ЛИТОЛОГИЯ И ПОЛЕЗНЫЕ ИСКОПАЕМЫЕ, 2011, № 5, с. 451-463
УДК 551
ПОДВИЖНОСТЬ Ce В ЭКЗОГЕННЫХ ОБСТАНОВКАХ БАЛТИЙСКОГО ЩИТА 2.8-2.1 МЛРД ЛЕТ НАЗАД: ДАННЫЕ ПО КОРАМ ВЫВЕТРИВАНИЯ
И ОСАДОЧНЫМ КАРБОНАТАМ © 2011 г. Н. А. Алфимова, С. Б. Фелицын, В. А. Матреничев
Институт геологии и геохронологии докембрия РАН 199034 Санкт-Петербург, наб. Макарова, 2; E-mail: n.a.alfimova@ipgg.ru Поступила в редакцию 25.09.2009 г.
Отсутствие Се аномалии и значимая положительная корреляция Се и Fe в корах выветривания и осадочных карбонатных породах Балтийского щита с возрастом от 2.8 до 2.1 млрд лет позволяют считать Fe3+ основной формой миграции железа в экзогенных обстановках архея—палеопротерозоя Балтийского щита. Главным фактором, влиявшим на распределение Се, являлся водородный показатель, а не окислительно-восстановительные условия.
Результаты изучения современных профилей выветривания свидетельствуют о накоплении РЗЭ в остаточных продуктах, тогда как аутиген-ные глинистые минералы обеднены этими элементами [Nesbitt, 1979]. Комплементарность спектров РЗЭ в различных зонах профилей выветривания рассматривается в качестве аргумента в пользу преимущественно механического переноса РЗЭ с кластическим материалом, что согласуется с их низкими концентрациями в природных водах [Taylor, McLennan, 1985]. Тем не менее, возможность существования церия в форме Ce4+ и Ce3+ в природных водах очевидна и подтверждается отрицательной цериевой аномалией в кислородсодержащих водах и положительной — в современных бескислородных водах. Учитывая различную подвижность Ce4+ и Ce3+ в водных растворах, следует ожидать, что поведение церия в корах выветривания определяется pH—Eh параметрами обстановок континентального химического выветривания.
Данные по распределению РЗЭ в современных профилях выветривания на субстрате различного состава показывают отсутствие единой закономерности формирования Ce аномалии в продуктах субаэрального химического выветривания. Иногда имеет место накопление церия в виде це-рианита на новообразованных глинистых минералах (коры выветривания по сиенитам в Центральной Африке) и появление значительной положительной цериевой аномалии [Braun et al., 1990]. В других случаях происходит вынос церия, например, из коры выветривания на гранитоидах Южной Европы [Middelburg et al., 1988] и на базальтах юго-востока Австралии [Price et al., 1991].
Результаты исследований геохимии РЗЭ в архейских и палеопротерозойских профилях выветривания в различных регионах также показывают отсутствие выраженных закономерностей распределения цериевой аномалии в продуктах континентального выветривания.
Обогащение всеми РЗЭ зоны окисления в ге-матитовом профиле выветривания на базальтах Онгелук (Южная Африка) возрастом 2.2 млрд лет сопровождается появлением выраженной отрицательной цериевой аномалии, что объясняется удалением Се3+ из остаточных продуктов выветривания [Ш§§епп§, Веикез, 1990]. Данные по распределению РЗЭ в хлоритовой и серицитовой зонах профиля выветривания по базальтам Маунт Ро (Западная Австралия) возрастом ~2.8 млрд лет также считаются свидетельством существования восстановительных условий при континентальном выветривании в позднем архее [Уап§ е! а1., 2002].
Вместе с тем, в коре выветривания древнее 2.0 млрд лет на архейских гранитах Вий Мари (Квебек, Канада) имеет место положительная це-риевая аномалия в верхней части 13-ти метрового профиля, позволяющая авторам предполагать окисление Се3+ в породах наиболее измененной части профиля [РапаЫ е! а1., 2000]. В палеопочвах Пронто на архейских щелочных гранитах (район Элиот Лейк, Онтарио, Канада) также не наблюдается цериевой аномалии [Nedachi е! а1., 2005]. В профиле Купер Лейк возрастом 2.45 млрд лет на основных вулканитах в том же районе распределение Се рассматривается в качестве свидетельства субаэрального выветривания в аноксидных условиях [и18ипотуа е! а1., 2003].
На территории Балтийского щита коры выветривания широко развиты и встречаются на всех стратиграфических уровнях архея и протерозоя на породах кислого и основного состава [Негру-ца, 1979; Хейсканен, 1990]. Наличие осадочных карбонатов с возрастом 2.9—1.8 млрд лет в этом регионе позволяет изучить подвижность церия и железа в экзогенных обстановках, что в сочетании с модельными расчетами перераспределения элементов при континентальном химическом выветривании в раннем докембрии [Алфимова, Матреничев, 2006] дает возможность определить пределы вариаций pH—Eh параметров миграции элементов в субаэральных условиях.
Задачей настоящей работы является изучение распределения РЗЭ в корах выветривания возрастом от 2.8 до 2.1 млрд лет на породах гранитоид-ного состава Балтийского щита и в осадочных карбонатных толщах того же возрастного интервала. Целью работы является оценка подвижности церия в экзогенных обстановках на ранних этапах развития Земли.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
В работе были использованы материалы по корам выветривания на порфировидных плагиогра-нитах (оз. Воронье, Лехтинская структура), мета-риодацитах (оз. Паанаярви, Паанаярвинская структура), гранит-порфирах (оз. Ватулма, Лехтинская структура), гранитах (оз. Кискинлампи, Куолаярвинская структура) и гранито-гнейсах (оз. М. Янисъярви, Северное Приладожье) предъятулийского возраста (рис. 1).
На оз. Воронье (Лехтинская структура, Северная Карелия) кора выветривания развивается по среднезернистым плагиогранитам фундамента и представляет собой горизонт кварц-мусковито-вых сланцев мощностью 1.5—2.5 м. Содержание биотита в породах субстрата не превышает 10 об. %. Среди акцессорных минералов немагнитной фракции преобладают циркон и апатит. Породы коры выветривания перекрываются метавулка-нитами охтинской серии.
Предсариолийский профиль выветривания на оз. Паанаярви (Паанаярвиская структура, Северная Карелия) развивается по метариодацитам сумия, имеет суммарную мощность до 3 м и в настоящий момент представляет собой слюдистый сланец. В породах субстрата основная масса представлена кислым плагиоклазом (32 об. %) и кварцем (30 об. %), содержание мусковита составляет около 20 об. %, биотита не превышает 12 об. %. В наиболее выветренной зоне профиля количество слюд (биотита и мусковита) увеличивается до 32 и 30 об. % соответственно.
На южном берегу оз. Ватулма (Лехтинская структура, Северная Карелия) профиль выветри-
вания развит на субвулканических гранит-порфирах с возрастом 2443 ± 5 млн лет [Левченков и др., 1994]. Гранит-порфиры представляют собой средне-, крупнозернистую кристаллическую породу серовато-розового цвета, сложенную полевым шпатом (5—10 об.%), слюдой (до 15—20%) и округлыми вкрапленниками опаловидного кварца, слагающими до 35% породы. Общая мощность выветренного горизонта достигает 6 м, и основная часть профиля сложена элювиальной брекчией гранит-порфиров, сцементированной материалом, по составу аналогичным субстрату, но более мелкозернистым. Главными среди акцессорных минералов данного профиля являются циркон и апатит. Количество циркона в породах коры выветривания в шесть раз превышает его содержание в субстрате.
Субстрат, по которому происходит образование коры выветривания на оз. Кискинлампи (Куолаярвинская структура, С. Карелия), представлен розовыми микроклин-плагиоклазовыми гранитами. Порода средне-крупнозернистая, массивная. Соотношение минералов в субстрате следующее: кварц — 30%, плагиоклаз — 5—35%, микроклин — 15—20%, биотит — 15—20% от объема породы. Общая видимая мощность гипергенного профиля не превышает 10 м. Большая часть коры выветривания в настоящий момент представляет собой элювиальную брекчию, в которой основную массу породы (до 80 об. %) слагают остроугольные обломки гранитоидов субстрата, сцементированные мелкозернистым обломочным материалом, по составу сходным с субстратом. Цемент сложен обломками зерен микроклина, плагиоклаза и зернами кварца с незначительным количеством слюд.
Профиль выветривания на северо-западном берегу оз. М. Янисъярви (С. Приладожье, Карелия) расположен в зоне контакта архейских гра-нито-гнейсов Карельской гранит-зеленокамен-ной области и нижнеятулийских терригенных пород. Субстрат, по которому развивается кора выветривания, представлен среднезернистыми гранито-гнейсами кварц-мусковит-полевошпатового состава с четко выраженной мигматитовой полосчатостью. В составе гранито-гнейсов присутствуют (об. %) кварц (до 40), микроклин (7— 15), плагиоклаз (от 20 до 30) и биотит (до 12), а также отдельные зерна апатита и сульфидов, общее количество которых не превышает 1.5—2.0%. Наиболее выветренная зона коры выветривания в настоящий момент сложена мелкозернистым серицитом с незначительным количеством обломков материнских пород и резорбированных зерен кварца.
Возраст коры выветривания Лехтинской структуры в районе оз. Воронье составляет 2.8 млрд лет [Алфимова, Матреничев, 2006], оз. Ватулма 2.4 млрд лет [Негруца, 1979]. На основании дан-
Рис. 1. Схема геологического строения Карельской гранит-зеленокаменной области [Миллер, 1988]. 1 — палеозойский платформенный чехол, 2 — свекофеннский пояс, 3 — отложения ятулийского яруса, 4 — отложения сумийско-сариолийского яруса, 5 — лопийские комплексы, 6 — карельская гранит-зеленокаменная область, 7 — беломорский пояс.
Цифры в кружках — районы, в которых проводились детальные исследования : 1 — Куолаярвинская структура, 2 — Па-анаярвинская структура, 3, 4 — Лехтинская структура (3 — оз. Воронье, 4 — оз. Ватулма), 5 — С. Приладожье (оз. М. Яни-съярви), 6 — Кукасозерская структура, 7 — Койкарская структура.
ных по геологии и стратиграфии возраст коры выветривания оз. Паанаярви принят равным 2.4 млрд лет, оз. Кискинлампи — 2.2 млрд лет [Политология И ПОЛЕЗНЫЕ ИСКОПАЕМЫЕ № 5
леховский, 1985; КиНкоу е! а1., 1980], а в районе оз. М. Янисъярви — 2.2 млрд лет [Глебовицкий и др., 2005].
В данной работе использованы данные по элементному составу осадочных карбонатов из следующих геологических структур Балтийского щита (см. рис.1).
1. Койкарская структура (Центральная Карелия). Породы представлены тонкослоистыми и массивными карбонатами серого цвета, слагающими слой мощностью не менее 100 м. Поро
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.