ГЕОХИМИЯ, 2015, № 10, с. 888-912
ПРИРОДА "СВЕКОФЕННСКИХ" ЦИРКОНОВ БЕЛОМОРСКОГО ПОДВИЖНОГО ПОЯСА БАЛТИЙСКОГО ЩИТА И НЕКОТОРЫЕ ГЕОДИНАМИЧЕСКИЕ СЛЕДСТВИЯ
© 2015 г. А. А. Щипанский*, А. И. Слабунов**
*Геологический институт РАН 119017Москва, Пыжевский пер., 7 e-mail: shchipansky@mail.ru **Институт геологии Карельского НЦРАН 185910 Петрозаводск, ул. Пушкинская, 11 e-mail: slabunov@krc.karelia.ru Поступила в редакцию 24.04.2014 г. Принята к печати 18.06.2014 г.
Рассматривается природа архейского и палеопротерозойского цирконов из эклогитов и связанных с ними пород Беломорского пояса Балтийского щита на основе критериев их равновесности с расплавом, гранатом и флюидом. Показано, что во всех случаях палеопротерозойский циркон с низкими ТЬ/И отношениями (<0.1) и низкими концентрациями тяжелых и средних редких земель не отвечает критериям равновесной кристаллизации с гранатом. Такой циркон кристаллизовался из обогащенного 7г и ИГ флюида, неравновесного с ранее сформировавшимися эклогитовыми ассоциациями, но равновесного с амфиболом и плагиоклазом, что отвечает условиям амфиболитовой, а не эклогито-вой фации. Привнос флюида и его длительная (~100 млн лет) циркуляция в глубоких горизонтах архейской ювенильной коры Беломорского пояса инициированы Лапландско-Кольской орогенией, после кульминации которой породы пояса испытали крайне медленный подъем со скоростями, на порядок меньшими, чем это происходило в фанерозойских орогенах. Показано, что в популяции циркона позднеархейского возраста есть циркон, отвечающей критериям его совместной кристаллизации с гранатом, и протолитовый циркон океанического происхождения, равновесный с высоко-М§ базальтом/габбро архейской океанической коры. Это свидетельствует о субдукционном происхождении архейских эклогитов Беломорского пояса.
Ключевые слова: циркон, гранат, флюид, эклогит, палеопротерозой, архей, Беломорский пояс, Балтийский щит.
DOI: 10.7868/S0016752515100040
ВВЕДЕНИЕ
Более 10-ти лет прошло со времени публикации известной монографии (Zircon, 2003), где под-водены итоги исследований циркона в конце прошлого столетия, связанных с появлением масс-спектрометрии вторичных ионов (SIMS) — нового локального метода его датирования. Было замечено, что изотопные возрасты в каймах цирконов отличны от возраста их ядер и грубо соответствуют возрасту метаморфизма, оцениваемому по геологическим данным. Оказалась, что такие каймы отличаются низкими Th/U отношениями (<0.1). Это привело к заключению, что такой циркон связан с метаморфизмом, а циркон с Th/U > 0.1 имеет магматическое происхождение. Однако, примерно в это же время появились публикации, опровергающие универсальность такого подхода; подчеркивалось, что он может стать причиной серьез-
ных ошибок в геодинамической интерпретации изотопных возрастов (Möller et al., 2002). Дальнейшие исследования углубили понимание, во-первых, циркона как твердого раствора, и, во-вторых, состава циркона как индикатора обстановок его кристаллизации.
Циркон имеет номинальную формулу ZrSiO4. Такой идеальный циркон может сохраняться в сухих условиях до ~1600°C (Vaczi et al., 2009), что позволяет ему существовать даже в полном цикле ко-рово-мантийного рециклинга. Однако, в подавляющем большинстве природные цирконы — это неидеальные твердые растворы; они включают в разных пропорциях гафноновый (HfSiO4), коффи-нитовый (USiO4), торитовый (ThSiO4) и ксеноти-мовый (YPO4) миналы. Степень неидеальности структуры циркона влияет на механизм его трансформации, т.е. на характер реакций, с которыми
связаны изменения соотношений родительских и дочерних изотопов U, Th и Pb во времени. Циркон, более близкий по составу к идеальному, имеет более прочную структурную решетку, и его последующая трансформация протекает по механизму диффузионных реакций, фиксируемых по закономерному расположению точек на дискордии. Циркон, представляющий в большей степени неидеальный твердый раствор, имеет менее прочную структурную решетку, а его последующая трансформация протекает по механизму объединенного процесса растворения и переосаждения. Он выражается в распределении точек датирования вблизи конкордии (субконкордантно), где происходит практически полное переуравновешивание изотопной системы (Geisler et al., 2007).
Очевидно, степень неидеальности структуры природного циркона может быть разной в зависимости от состава циркона, что в свою очередь означает зависимость от состава среды, в которой он кристаллизовался. Наиболее четко это выявлено при статистическом сравнении составов цирконов из пород океанического ложа и цирконов из пород континентальной коры, которые показали смещенные друг относительно друга области составов, часть которых имеют либо чисто континентальные, либо чисто океанические характеристики (Grimes et al., 2007, 2009).
Другим важным следствием изучения геохимического состава циркона явилась возможность выяснения степени его равновесности через сравнение экспериментально определенных коэффициентов Kd циркон/расплав, циркон/минерал, циркон/флюид с вычисленными коэффициентами D для природных ассоциаций (Rubatto and Hermann, 2007; Luo and Ayers, 2009; Peters, 2012). Такой инструментальный подход к исследованию цирконов позволяет жестко ограничивать спекуляции о генезисе датированного циркона, что критически важно во многих случаях для геодинамических выводов.
Новые подходы в изучении циркона приобретают особое значение в полиметаморфических областях, где проблемы датирования цирконов и интерпретации их возрастов очень часто приводят к серьезным разночтениям в интерпретации их геодинамической эволюции (Harley et al., 2007; Harley and Kelly, 2007).
Беломорский пояс Балтийского щита издавна рассматривается в качестве полиметаморфического пояса, где метаморфизм повышенных давлений проявлялся как в архее, так и палеопроте-розое (Глебовицкий и Седова, 2005). Возрастные оценки метаморфизма как архейского, так и па-леопротерозойского времени, по изотопным методам датирования практически отсутствуют, а корректность имеющихся данных остается под вопросом. Тем не менее, палеопротерозойское метаморфическое событие в Беломорском поясе
по нижнему пересечению дискордий в районе 1.9—1.8 млрд лет получило определение "свеко-феннского" вследствие близости по времени к свекофеннской орогении в восточной части Балтийского щита. В последнее время появился ряд публикаций, в которых с "свекофеннским" метаморфизмом отождествляются обнаруженные здесь эклогиты, ранее датированные неоархейским возрастом (Володичев и др., 2004).
Поскольку вопросы возрастной интерпретации раннедокембрийских эклогитов выходят далеко за рамки региональной проблемы, то возникла необходимость рассмотреть их историю, как в геологическом контексте, так и в контексте изотопно-геохимической памяти, сохранившейся, прежде всего, в цирконах. Это и определяет цель настоящей статьи.
ОСНОВНЫЕ ЧЕРТЫ ГЕОЛОГИЧЕСКОГО СТРОЕНИЯ БЕЛОМОРСКОГО ПОЯСА
В структуре восточной части Балтийского щита Беломорский пояс располагается между Карельским кратоном (архейской гранит-зеленока-менной областью) и Кольской композитной провинцией, где наряду с архейскими комплексами выделяется узкий складчато-надвиговый пояс, сложенный метаморфизованными палеопротеро-зойскими комплексами, маркирующими область внутри- или межконтинентальной коллизии, получившей наименование Лапладско-Кольского оро-гена (Daly et al., 2006). Его формированию предшествовал длительный континентальный рифтинг (2.5—2.1 млрд лет) и раскрытие небольшого океанического бассейна (2.1—1.97 млрд лет), после чего последовала субдукция и закрытие океана в результате межконтинентальной коллизии, или лапланд-ско-кольской орогенении, с пиком коллизии в 1.93—1.92 млрд лет. Палеопротерозойская юве-нильная кора установлена только в ядре орогена, где ее высокобарические породы в виде тектонических пластин чередуются с пластинами пород архейского возраста. Беломорский пояс располагается непосредственно к югу от Лапландско-Кольско-го орогена (рис. 1). В рамках обозначенной выше модели пояс рассматривается в качестве форланда орогена, представляя собой эродированный пара-автохтон, ранее перекрывавшийся надвиговыми пластинами со стороны его хинтерланда.
Несмотря на очевидное сопряженное положение ядра Лапландско-Кольского орогена и Беломорского пояса, тектоно-термальная переработка последнего в литературе получила не вполне корректное определение "свекофеннской". Действительно, Свекофеннский ороген расположен примерно в 500 км к юго-западу от Беломорского пояса, относится к типу аккреционных орогенов с началом развития 1.89—1.86 млрд лет (внешняя зона свекофеннид) и окончанием 1.83—1.80 млрд лет (внутренняя зона свекофеннид) (Балтыбаев, 2013).
Рис. 1. Схема, иллюстрирующая положение Беломорского пояса в структуре восточной части Балтийского щита. Звездочками обозначено местоположение обсуждаемых в тексте эклогитов: КВ — Куру-Ваара, С — Салма, Ст — Столбиха. Цифрами в кружках обозначена зональность в распределении И—РЬ возрастов сфенов Беломорского пояса: 1 — 1940— 1870 млн лет, 2 - 1870-1820 млн лет, 3 - 1780-1750 млн лет по (БМкота ег а1., 2001).
36° В
68° С
БЕЛОЕ — Беломорский МОРЕ
64° С
60° С
Непереработанные преимущественно мезо-и неоархейские ТТГ комплексы, граниты
ТТГ комплексы переработанные в палеопротерозое | | Мезо- и неоархейские зеленокаменные пояса
Палеопротерозойские вулканогенно-осадочные породы Палеопротерозойские гранулиты и ортогнейсы
Его влияние на граничащие с востока архейские комплексы затрагивают лишь узкие зоны, находящиеся далеко за пределами Беломорского пояса. Таким образом, с геодинамической точки зрения употребление термина "свекофеннский" к структуре или вещественному комплексу в Беломорском поясе лишено смысла, вследствие чего в названии настоящей статьи оно взято в кавычки.
Наиболее ярким свидетельством сопряженного развития в палеопротерозое Беломорского пояса и Лапландско-Кольского орогена являются данные по возрастам сфенов и рутилов, показавшим зональность в распределении возрастов за-
крытия их И-РЬ систем (Б1Ыксуа ег а1., 2001). Наиболее ран
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.