ГЕОХИМИЯ, 2003, № 3, с. 275-292
Sm-Nd, Rb-Sr И K-Ar ИЗОТОПНЫЕ СИСТЕМЫ В УСЛОВИЯХ РЕГИОНАЛЬНОГО МЕТАМОРФИЗМА (БЕЛОМОРСКИЙ ПОЯС, КОЛЬСКИЙ ПОЛУОСТРОВ)
© 2003 г. В. М. Саватенков, И. М. Морозова, Л. К. Левский
Институт геологии и геохронологии докембрия РАН 199034 Санкт-Петербург, наб. Макарова, 2 Поступила в редакцию 03.07.2001 г.
Исследовались изотопные системы (Sm-Nd, Rb-Sr, K-Ar) архейских пород и минералов Беломорского пояса (Кольский полуостров) в условиях регионального метаморфизма эпидот-амфиболито-вой фации. Воздействие свекофенского метаморфизма не изменило архейских Sm-Nd изотопных характеристик в биотитовых плагиогнейсах и амфиболитах. Значения TDM = 2.88-2.94 млн. лет и eNd(t) = +2.5 определяют нижнюю границу формирования протолита гнейсов (2.9 млрд. лет) и его источник как деплетированную мантию без участия более древнего корового материала. Rb-Sr система для образцов породы в целом частично открылась в свекофеннское время, но первичное отношение стронция (~0.700), рассчитанное с учетом возраста цирконов, также указывает на деплетированную мантию как источник вещества гнейсов.
Верхняя граница архейского метаморфизма ограничена U-Pb данными для циркона - 2.73 млрд. лет. Протерозойское воздействие эпидот-амфиболитовой фации проявлено в дискордантных значениях возраста породообразующих и акцессорных минералов в интервале 1.97-1.55 млрд. лет, полученных Sm-Nd, Rb-Sr и K-Ar методами. Большая часть значений возраста является результатом последовательного закрытия изотопных систем в процессе охлаждения на регрессивной стадии протерозойского метаморфизма. Дискордантные значения, полученные для одинаковых минералов из гнейсов и сланцев одним методом (Sm-Nd или Rb-Sr), указывают на существенную роль флюидной фазы в уравновешивании изотопных систем. Чувствительность апатита по отношению к флюиду позволяет установить время проявления флюида (1.77 млрд. лет: Sm-Nd и 1.67: Rb-Sr). Средняя скорость охлаждения пород Беломорского комплекса составляет ~ 2°/млн. лет-1 на основании разницы между Sm-Nd возрастом минералов гранатового амфиболита и Rb-Sr возрастом биотита с учетом значения температуры закрытия соответствующих изотопных систем. Вместе с тем характер кривой T, t эволюции позволяет выделить два этапа охлаждения на регрессивной стадии процесса: медленная скорость остывания (много меньше 2°/млн. лет-1), обусловленная длительным существованием пород на глубине, и последующий быстрый подъем (более 10°/млн.лет-1) за счет коллизионных процессов. Подобная интерпретация поддерживается особым положением исследуемого региона, который с юга примыкает к зоне сочленения Беломорского пояса со структурой Имандра-Варзуга.
Посткристаллизационные метаморфические и метасоматические процессы неизбежно отражаются на состоянии изотопно-геохронологических систем (U-Pb, Sm-Nd, Rb-Sr, K-Ar), связывающих радиоактивные и радиогенные изотопы. Особенно существенно влияние метаморфизма на изотопные системы докембрийских полиметаморфических пород, что приводит к получению "кажущихся" значений возраста минералов, якобы лишенных геологического смысла. Соответственно, первичные изотопные отношения Nd и Sr, зависящие от генезиса пород и определяющие их место в системе кора-мантия, также искажаются. Влияние метаморфизма, т. е. его P, T, X-па-раметров, на поведение изотопных систем можно исследовать в зонах контактового и регионального метаморфизма [1-7], а также путем лабораторного моделирования миграции изотопов [8-
13]. Несмотря на значительные достижения, проблема остается дискуссионной и требует дальнейшего изучения с использованием всех изотопных методов для породообразующих и акцессорных минералов. Дискордантные значения изотопного возраста минералов являются важным источником информации о скорости изменения уровня пород в земной коре, т.е. скорости их подъема и охлаждения, что, в свою очередь, обусловлено тектоническими моделями развития региона [14-16].
В настоящей работе исследуется Sm-Nd, Rb-Sr, K-Ar и U-Pb систематика минералов и пород архейского полиметаморфического беломорского комплекса (Кольский полуостров), и полученные изотопные данные рассматриваются в параметрах T-t эволюции протерозойского метаморфизма эпидот-амфиболитовой фации.
275
3*
Рис. 1. Геологическая схема района и места отбора образцов.
1 - биотитовые плагиогнейсы, 2 - зона фенитизации, 3 - щелочно-ультраосновная интрузия, 4 - тела гранатовых амфиболитов, 5 - места отбора образцов. На верхней врезке: ЛГП - лапландский гранулитовый пояс. И-В - зона Иман-дра-Варзуга.
ГЕОЛОГО-ГЕОХРОНОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ОБЪЕКТА ИССЛЕДОВАНИЯ И ОТБОР ПРОБ
Объектом исследования являются метаморфические породы Беломорского комплекса с возрастом 2.7 -2.9 млрд. лет, которые составляют основную часть Кольско-Лапландского мобильного пояса (Кольский полуостров) [14-20]. Район изучения расположен в южной части Кольского полуострова в области сочленения Терской и
Имандра-Варзугской структур (рис. 1). Детальные геологические исследования в этом районе ранее не проводились, но на основании полевых наблюдений и петрографических данных очевидно, что породы представлены биотитовыми пла-гиогнейсами, частично мигматизированными и в разной степени микроклинизированными. Среди гнейсов встречаются линзы гранатовых амфиболитов. Плагиогнейсы, согласно петрохимическим и текстурным характеристикам, являются орто-породами и относятся к ассоциации тонолит-
трондьемит-гранодиоритов (ТТГ), так называемых "серых гнейсов" архея. По тектонической классификации, породы соответствуют гранито-идам вулканической дуги [21, 22]. Гранатовые амфиболиты по химическому составу соответствуют толеитам. По величинам отношений Ti/Sr они близки к базальтам океанических хребтов [22, 23], но вместе с тем несут признаки метасомати-ческих преобразований, связанных с кальциевым метасоматозом.
Исследуемые породы испытали два этапа метаморфизма [24]: первоначально в условиях высокотемпературной амфиболитовой фации и затем эпидот-амфиболитовой фации. О втором этапе метаморфизма свидетельствует появление в породах неравновесных минеральных ассоциаций Кв + Пл + Би + Кпш - кварц-мусковитовые агрегаты, а также интенсивное рассланцевание и бла-стомилонитизация биотитовых плагиогнейсов.
Присутствие кварц-мусковитовых агрегатов указывает на то, что температурные условия второго этапа не превышали 600°С, что соответствует границе амфиболитовой и эпидот-амфиболитовой фации. Последнее геологическое событие -внедрение щелочно-ультраосновной интрузии Озерная Варака, принадлежащей к Хабозерской группе каледонского магматического комплекса [25, 26].
Возраст биотитовых плагиогнейсов по данным U-Pb возраста циркона составляет 2731 ± ± 0.014 млн. лет. Гранатовые амфиболиты имеют практически такой же возраст 2698 ± ± 0.016 млн. лет. Полученный возраст соответствует верхней границе архейского метаморфизма [27]. Предварительные Sm-Nd, Rb-Sr и K-Ar данные о возрасте минералов указывали на све-кофеннское время второго метаморфического эпизода [28-30].
Время внедрения щелочно-ультраосновной интрузии Озерная Варака по данным Rb-Sr метода по породе в целом ~360 млн. лет [31], что согласуется с U-Pb данными по апатиту 370 ± 5 млн. лет (настоящая работа). Масштабы фенитизации соизмеримы с размерами интрузии. Предшествующие работы по изучению температурно-флюид-ного влияния щелочно-ультраосновной интрузии [32, 33] позволили установить, что изменение Sm-Nd и Rb-Sr систем минералов ограничено видимой зоной фенитизации. На рис. 1 представлена геологическая схема и отмечены места отбора проб. Пробы, используемые в настоящем исследовании, отобраны вне зоны контактовых изменений, и эволюция их изотопно-геохронологических систем ограничена докембрийским временем. Масса проб составляла в среднем 15-20 кг, из которых после удаления корок выветривания и дробления отквартовывалась представительная валовая проба. Из нее после ситования выделя-
лись фракции породообразующих и акцессорных минералов: сначала методом магнитной сепарации, а затем методом гравитационного разделения в тяжелых жидкостях (клеричи, бромоформ). Каждая фракция дочищалась вручную под бино-куляром.
АНАЛИТИЧЕСКИЕ МЕТОДИКИ
Разложение образца в присутствии Rb-Sr и Sm-Nd трассера проводилось смесью концентрированных (HF и HNO3) кислот в пропорции 5 : 1 при температуре 115°С в течение 48 час. в плотно закрытых тефлоновых бюксах. Фториды, оставшиеся после разложения и выпаривания, удалялись концентрированной HCl на горячей плитке. Химическое разделение Rb, Sr, и РЗЭ проводилось на стандартных катионобменных колонках (Bio-Rad AG 50Wx8-mesh) объемом 2 мл с последующей очисткой стронция на этих же колонках. Sm и Nd из фракции РЗЭ выделялись по методике, описанной в работе [34]. Изотопный анализ выполнен на многоколлекторном твердофазном масс-спектрометре Finnigan MAT-261. Воспроизводимость определения концентрации Rb, Sr, Sm и Nd, вычисленная на основании многократных анализов стандарта BCR-1, соответствует ± 0.5%. величина холостого опыта составляла: 0.05 нг для Rb, 0.2 нг для Sr, 0.03 нг для Sm и 0.08 нг для Nd.
Результаты анализа стандартного образца BCR-1 (6 измерений): [Sr] = 336.7 мкг/г, [Rb] = = 47.46, [Sm] = 6.47, [Nd] = 28.13 мкг/г. Воспроизводимость изотопных анализов контролировалась определением состава стандартов La Jolla и SRM-987. За период измерений Sr, полученное значение 87Sr/86Sr в стандарте SRM-987 соответствовало 0.710241 ± 15 (2а, 10 измерений), а величина 143Nd/144Nd в стандарте La Jolla составила 0.511908 ± 8 (2а, 12 измерений). Изотопный состав Sr нормализован по величине 88Sr/86Sr = = 8.37521, а состав Nd - по величине 148Nd/144Nd = = 0.24157. Кроме того, изотопный состав Nd приведен к табличному значению стандарта La Jolla (143Nd/144Nd = 0.511860). Концентрация радиогенного аргона определялась методом изотопного разбавления с индикатором 38Ar на масс-спектрометре МИ-1330, работающем в статическом режиме. Величина холостого опыта по 40Ar составляла 2 х 10-8 см3 Ошибка в определении аргона 2% на уровне 2а. Флюидный анализ выполнялся на масс-спектрометрической ус
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.