УДК 552.33+553.22/.23(470.21)
ПЕТРОГЕНЕЗИС МЕТАСОМАТИТОВ ЗОН ФЕНИТИЗАЦИИ ЩЕЛОЧНО-УЛЬТРАОСНОВНОГО КОМПЛЕКСА ОЗЕРНАЯ ВАРАКА
(КОЛЬСКИЙ П-ОВ)
© 2015 г. Е. Н. Козлов*, А. А. Арзамасцев**
*Геологический институт КНЦ РАН ул. Ферсмана, 14, Апатиты, Мурманская область, 184209, Россия; e-mail: kozlov_e.n@mail.ru **Институт геологии и геохронологии докембрия РАН наб. Макарова, 2, Санкт-Петербург, 199034, Россия; e-mail: arzamas@ipgg.ru Поступила в редакцию 29.01.2014 г.
Получена после доработки 20.05.2014 г.
Представлены результаты изучения процессов метасоматического изменения гнейсов фундамента в пределах контактового ореола щелочно-ультраосновного массива Озерная Варака. На основе минералогических и геохимических данных произведена типизация метасоматитов, проанализированы вариации петрогенных и рассеянных элементов по разрезу, пересекающему контактовую зону, оценена степень подвижности компонентов в ходе метасоматического преобразования пород, определены количественные характеристики привноса-выноса компонентов. Полученные результаты позволили определить тренды изменения минеральных ассоциаций, установить механизмы миграции флюидных потоков и, что наиболее значимо, оценить масштабы привноса-выноса петрогенных и ряда рассеянных компонентов на различных этапах эволюции метасоматической системы в пределах зон экзо- и эндоконтактов. Показано, что отделение флюидной фазы произошло непосредственно из магматической камеры, заполненной щелочно-ультраосновным расплавом, что фиксируется по высокому значению отношения He3/He4 (5.9 х 10-6) во флюиде, отвечающему содержанию 50% мантийной компоненты. Установлено, что значительный объем флюидной фазы, связанной со щелочно-ультраосновным расплавом, не сопровождался существенным привносом высокозарядных и редкоземельных элементов. В отличие от этого, флюиды последовавшего карбо-натитового этапа были обогащены летучими компонентами (F, Cl, P, S), что обусловило привнос в зону фенитизации REE и вынос Ta, Zr, Hf. Пониженные отношения He3/He4 в этом флюиде свидетельствуют о контаминации состава благородных газов коровой компонентой и указывают на просачивание раствора по трещинным системам и зонам дробления из корневой части магматической системы. Щелочной метасоматоз заключительной постмагматической стадии произошел под воздействием преимущественно водного флюида и сопровождался выносом как всего спектра редкоземельных, так и большинства высокозарядных элементов (Nb, Ta, Zr, Hf). Сопоставление зон фенитизации комплекса Озерная Варака и агпаитовых сиенитовых массивов Хибин и Ловозера показало, что если метасоматическая переработка гнейсов в многофазном щелочно-ультраосновном комплексе была полистадийной и сопровождалась как привносом, так и выносом компонентов, то одноактная фенитизация в агпаитовых плутонах, происходившая под воздействием незначительных объемов гетерофазного водно-фторидного флюида, привела к существенной миграции в зоне контакта редкоземельных и высокозарядных элементов.
DOI: 10.7868/S0869590315010021
ВВЕДЕНИЕ
Изучение механизмов формирования метасоматитов щелочных комплексов имеет важное теоретическое и прикладное значение. Процессы внедрения и кристаллизации щелочных и карбо-натитовых магм сопровождаются изменением их состава за счет выноса компонентов и/или биме-тасоматического обмена с породами обрамления. Исследование продуктов метасоматической переработки позволяет оценить масштаб массопе-реноса, а также дает важную информацию о геохимическом характере мигрирующих растворов и их эволюции во времени, что обеспечивает понимание конвергентного развития щелочных интру-
зивов и вмещающих их пород. Кроме того, контактовые зоны щелочно-ультраосновных массивов — это уникальный природный объект для определения условий флюидной мобилизации и транспортировки крупноионных литофильных (LILE), высокозарядных (HFSE) и редкоземельных (REE) элементов, характерных для алюмосиликатных и карбонатитовых магм.
Изучением различных аспектов формирования метасоматитов щелочных комплексов занимались многие исследователи на протяжении нескольких десятилетий (Сергеев, 1959; Кухаренко и др., 1965; Currie, Ferguson, 1971; Евдокимов, 1982; Rubie, Gunter, 1983; Kresten, Morogan, 1986; Andersen, 1989; Бардина, Попов, 1994; Morogan,
1994; 8тёегп, Кгатт, 2000; Drйppel ^ а1., 2005; Расс и др., 2006; Арзамасцев и др., 2011). Обзор имеющихся публикаций показал, что на фоне незатухающего интереса к подобным объектам, к сожалению, существуют значительные пробелы в исследовании щел очно-ультраосновных комплексов одной из крупнейших в мире Кольской щелочной провинции. Помимо того, при всей детальности проведенных работ, большинством исследователей изучались метасоматиты массивов, преобразованных в связи с формированием значительных объемов карбонатитов: Альне (Швеция), Фен (Норвегия), Калландер Бэй (Канада), Свортбуисдриф (Намибия) и др. Воздействие растворов из карбонатитового источника могло оказать существенное влияние на первичный состав пород контактовых зон, что препятствует корректной оценке масштабов миграции петро-генных и малых элементов на ранних этапах формирования комплексов. Эти факторы и определили выбор в качестве эталонного объекта породы контактовой зоны интрузии Озерная Варака, в которой ультрамафиты и карбонатиты присутствуют в подчиненном количестве.
Целью наших исследований являлась оценка характера метасоматического воздействия на до-кембрийские породы обрамления в ходе различных этапов становления щелочно-ультраосновных комплексов, начиная с момента внедрения и остывания фоидолитовых магм. Помимо геолого-петрографического изучения пород контактовых зон, нами решался широкий спектр задач, включавший (1) типизацию метасоматитов из зон контактово-реакционного взаимодействия и установление их относительных возрастных соотношений; (2) определение минералого-геохи-мических индикаторов воздействия разновозрастных метасоматических процессов; (3) анализ вариаций петрогенных и рассеянных элементов по разрезу, пересекающему контактовую зону;
(4) оценку степени подвижности компонентов в ходе метасоматического преобразования пород;
(5) определение количественных характеристик привноса-выноса компонентов. Полученные результаты позволили определить тренды изменения минеральных ассоциаций, установить механизмы миграции флюидных потоков и, что наиболее значимо, оценить масштабы привноса-выноса петрогенных и ряда рассеянных компонентов на различных этапах эволюции метасома-тической системы в пределах зон экзо- и эндо-контактов.
ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ, ПЕТРОГРАФИЯ И ВЕЩЕСТВЕННЫЙ
СОСТАВ КОНТАКТОВОЙ ЗОНЫ
Массив Озерная Варака расположен в зоне сочленения Беломорского мегаблока и Имандра-Варзугского пояса карелид (юг Кольского полу-
острова). Вмещающие породы представлены средне- и мелкозернистыми биотит-олигоклазо-выми гнейсами беломорского комплекса, среди которых в подчиненном количестве присутствуют биотит-амфиболовые гнейсы и гранат-пла-гиоклазовые амфиболиты. Возраст биотит-оли-гоклазовых гнейсов составляет 2723 ± 17 млн лет (Ризванова и др., 1994). Центральную часть массива Озерная Варака слагают щелочные ультрамафиты, главным образом нефелиновые пирок-сениты и мельтейгиты (рис. 1а). Возраст формирования пород данного комплекса оценен в 376.1 ± 2.9 млн лет (Кгатт е! а1., 1993). Они окружены широким кольцом фоидолитов второй фазы внедрения (представленных преимущественно ийолитами), занимающих более 60% площади интрузии на современном эрозионном срезе. К третьей фазе внедрения отнесены канкринито-вые и канкринит-нефелиновые сиениты, представленные в виде немногочисленных жил мощностью 1—2 м, секущих пироксениты и фоидоли-ты. Наиболее поздними породами массива являются карбонатиты (преимущественно каль-цитовые), которые наблюдаются в виде жильных и штокообразных тел. Возраст карбонатитов оценен в 369.6 ± 5.3 млн лет (Кгатт е! а1., 1993). При небольших размерах самой интрузии площадь, занимаемая экзоконтактовыми метасоматитами (0.66 км2), сопоставима с площадью интрузивных образований (0.8 км2) (Кухаренко и др., 1965; Арзамасцев и др., 2009). Зона южного и западного контактов массива прослеживается в обнажениях, вскрыта канавами и расчистками. Полный разрез контактовой зоны изучен в двух скважинах, пересекающих как зоны экзо-, так и эндо-контактов на протяжении 200 м. Геолого-петрографическое изучение показало, что основной объем обрамляющих массив метасоматитов сформировался на фоидолитовом этапе. Кроме того, установлено присутствие в пределах экзо-контактового ореола массива наряду с метасома-титами данного этапа (фенитизированными гнейсами и апогнейсовыми фенитами) пестрого набора более поздних разновозрастных гидротер-мально-метасоматических пород, чрезвычайно разнообразных по своему химическому составу, в том числе по меньшей мере трех генераций кар-бонатитов и карбонатизированных силикатных пород, различающихся по морфологии тел и вещественному составу. Отметим, что в настоящей статье приведены результаты исследования только тех карбонатитов и карбонатно-силикатных пород, которые приурочены к зоне экзоконтакта массива Озерная Варака и для которых вмещающими являются фениты и фенитизированные гнейсы. По классификации, приведенной в (Самойлов, 1984), данные карбонатиты и карбонати-зированные силикатные породы отвечают кали-шпат-кальцитовой, альбит-кальцитовой и хлорит-
33°33' в.д.
(а)
67°26'-
I" 67°26' с.ш.
33°33'
г- (б)
С
V
л
__ 11
а .. б
507-60К
1 2
3
4
5
6
7
8 9
10
12
13
14
15
16 17
I II III II IV Породы эндоконтакта
> №0
у \ ш 1 ► У 1 >4 1 л % Ь т и л т ».И н V > * V
807-60А 807-60В S07-60D 807-60Б 807-60Н 807-60К
807-60С
807-60Е
807-600
■ 2 м .
18
,'//// '¿п//
19
ш
20
у
ч
21
WO
WO
Рис. 1. Схема геологического строения комплекса Озерная Варака (а) по данным МГРЭ и работам (Дудкин и др., 1980; Арзамасцев и др., 2009) и детальный разрез контактовой зоны на юго-западе массива (б). На врезке — положение массива на схеме Кольского полуострова.
1 — четвертичные отложения; 2 — халцедоновые брекчии в зонах дро
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.