научная статья по теме ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ РАСПЛАВА ОСНОВНОГО СОСТАВА С ВМЕЩАЮЩИМИ ПОРОДАМИ ПРИ ФОРМИРОВАНИИ РАССЛОЕННОГО ИНТРУЗИВА КИВАККА, СЕВЕРНАЯ КАРЕЛИЯ Геология

Текст научной статьи на тему «ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ РАСПЛАВА ОСНОВНОГО СОСТАВА С ВМЕЩАЮЩИМИ ПОРОДАМИ ПРИ ФОРМИРОВАНИИ РАССЛОЕННОГО ИНТРУЗИВА КИВАККА, СЕВЕРНАЯ КАРЕЛИЯ»

ПЕТРОЛОГИЯ, 2012, том 20, № 2, с. 115-135

УДК 550.42

ВЗАИМОДЕИСТВИЕ РАСПЛАВА ОСНОВНОГО СОСТАВА С ВМЕЩАЮЩИМИ ПОРОДАМИ ПРИ ФОРМИРОВАНИИ РАССЛОЕННОГО ИНТРУЗИВА КИВАККА, СЕВЕРНАЯ КАРЕЛИЯ

© 2012 г. Н. М. Ревяко*, **, Ю. А. Костицын*, **, Я. В. Бычкова*, **

*Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН ул. Косыгина, 19, Москва, 119991, Россия; e-mail: revyako@geokhi.ru **Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, Геологический факультет Воробьевы горы, МГУ, Москва, 119899, Россия; e-mail:yanab66@yandex.ru Поступила в редакцию 15.11.2010 г. Получена после доработки 20.09.2011 г.

Изучение степени вещественного взаимодействия между мантийными расплавами и коровыми породами важно для расшифровки истории эволюции земной коры и для лучшего понимания состава мантийных источников, в частности степени их вещественной гетерогенности. В работе представлены результаты ЯЬ-Зг и Зт-Мё изотопных исследований 37 образцов расслоенного интрузива Ки-вакка, вмещающих его пород и пород на контакте, проведенных с целью проверки гипотезы о возможной контаминации основного расплава породами земной коры в камере кристаллизации. Обнаружена начальная изотопная гетерогенность стронция и неодима в разрезе расслоенного интрузива Кивакка, а также обратная корреляция между начальным изотопным составом неодима и его концентрацией. Породы массива характеризуются низкими значениями ЕМё(Т).

ВВЕДЕНИЕ

На протяжении всей истории существования и эволюции континентальной земной коры она пополнялась веществом за счет мантийных источников (Сопё1е, 1998). Одним из таких процессов является непосредственное внедрение в кору расплавов ультраосновного и основного состава, их дифференциация и, в той или иной мере, взаимодействие с вмещающими породами. Определение степени вещественного взаимодействия между мантийными расплавами и коровыми породами важно как для расшифровки истории эволюции земной коры, так и для понимания состава мантийных источников, и в частности степени их вещественной гетерогенности. Континентальные базит-гипербазитовые породы имеют широкие пределы вариаций изотопного состава неодима, от типично мантийных до коровых значений, что может отражать как контаминацию ювенильных расплавов веществом коровых пород, так и изотопную гетерогенность магматических резервуаров.

Возможность изучения степени взаимодействия мантийных и коровых пород с помощью изотопных методов основана на том, что при формировании коры (ее отделении от мантии) в нее поступали преимущественно некогерентные для базальтовых расплавов элементы. В частности, породы коры в целом характеризуются более высокими ЯЬ/8г отношениями (в базальтах ЯЬ — более несовместим, чем 8г) и более низкими 8т/Мё отношениями (Мё — более несовместим, чем 8т). С

течением времени в результате радиоактивного превращения 87ЯЬ в 878г и 1478т в 143№ в земной коре изотопное отношение 878г/868г увеличивалось быстрее, чем в мантии, а 143Мё/144Мё — медленнее, так как скорости изменения этих изотопных отношений зависят от ЯЬ/8г и отношений, соответственно. Таким образом, коровое вещество характеризуется более высокими изотопными отношениями стронция и пониженными изотопными отношениями неодима по сравнению с некон-таминированными мантийными продуктами. Многие мантийные породы континентального происхождения имеют коровые значения изотопных отношений стронция, неодима и других элементов. Примером могут служить многочисленные карельские интрузивы и Довыренский массив в Северном Прибайкалье, породы которого как это ни парадоксально имеют еще более коровые значения изотопных отношений стронция и неодима, чем обнаруженные в них ксенолиты осадочных пород (АтеНп е! а1., 1996). Обычно такие изотопные отношения объясняют либо происхождением расплава из обогащенного мантийного источника, либо контаминацией расплава основного состава коровыми породами.

В конце ХГХ—начале XX века в геологии доминировали представления, что все базит-гипербази-товые породы имеют мантийное происхождение, все кислые породы — коровое, а породы среднего состава — результат смешения коровых и мантийных магм. После исследований Боуэна (Во^«п, 1928) лидирующими стали идеи о возможной эво-

люции основного расплава до среднего и кислого состава в результате магматической дифференциации. При этом процессам взаимодействия кислых и основных магм не уделялось должного внимания. Реальным свидетельством ассимиляции считалось лишь наличие ксенолитов. Однако оно неоднозначно, поскольку отсутствие ксенолитов может быть результатом глубокого взаимодействия и их полного растворения. Таким образом, было бы неправильным считать находки ксенолитов в породе единственным критерием ассимиляции.

С развитием изотопной геохимии появилось немало свидетельств взаимодействия мантийных расплавов с коровым веществом в тех объектах, где раньше не было обнаружено явных признаков ассимиляции. Так, в серии работ видного петролога Морзе (Morse, 1979a, 1979b, 1981a, 1981b, 1982), посвященных разноплановым исследованиям расслоенного интрузива Киглапайт, была представлена модель фракционной кристаллизации материнского базальтового расплава в закрытой системе. Эта модель количественно объясняла многие петрологические и геохимические особенности плутона, но стройная картина нарушилась, как только он выполнил изотопный анализ стронция (Morse, 1983). Морзе не смог допустить, что вариации изотопного состава стронция связаны с контаминацией расплава, и попытался объяснить их фракционированием 87Sr относительно 86Sr в процессе дифференциации магмы (Morse, 1983). Масс-за-висимое фракционирование изотопов возможно в природе, но, во-первых, для стронция в силикатном расплаве оно очень невелико, и, во-вторых, гораздо сильнее оно проявляется при изотопном анализе элементов в источнике масс-спектрометра (Russell et al., 1978; Костицын, Журавлев, 1987). Стандартная процедура нормирования измеренных изотопных отношений с высокой точностью устраняет последствия масс-зависимого фракционирования изотопов, происходящего как в природных процессах, так и при изотопном анализе в масс-спектрометре.

Позже Де Паоло (De Paolo, 1985) провел Rb-Sr и Sm-Nd изотопные исследования пород и минералов интрузива Киглапайт и обнаружил закономерные вариации изотопного состава неодима и стронция, которые интерпретировал как свидетельства ассимиляции коровых пород материнским расплавом в процессе его остывания и кристаллизации. В камере интрузива Киглапайт протекал процесс контаминации расплава, который был сильно затушеван фракционной кристаллизацией, поэтому на основе только лишь элементного анализа невозможно было выявить признаки ассимиляции.

С тех пор подобные аномалии были обнаружены во многих интрузивных и эффузивных породах, как основного-ультраосновного (Puchtel

etal., 1997), так и кислого состава (Костицын, Волков, 1989; De Paolo et al., 1992).

Представленная работа посвящена исследованию взаимодействия дунит-габбро-норитового раннепротерозойского расслоенного массива с коровыми породами позднего архея. Более ранние изотопные исследования ряда базит-гипер-базитовых расслоенных массивов Карелии (Ame-lin, Semenov, 1996) не обнаружили признаков внутрикамерной контаминации расплавов породами коры, хотя в целом изотопные отношения неодима и стронция в этих породах мантийного происхождения заметно сдвинуты в сторону типично коровых значений. Для этих массивов проводилось численное моделирование (Коптев-Дворников и др., 2001) с использованием программного комплекса КОМАГМАТ (Арискин, Бармина, 2000), которое показало, что массивы формировались по законам фракционной кристаллизации в закрытой системе, и полученные модельные распределения минералов и элементов хорошо согласуются с природными данными. Таким образом, налицо отсутствие каких-либо свидетельств нарушения химического состава взаимодействием с вмещающими породами. Для исследований авторами был выбран Киваккский массив (хорошо изученный с точки зрения геологии и геохимии и не подвергшийся процессам метаморфизма) и вмещающие его архейские гнейсы, как типичные представители коровых образований. В статье приводятся новые данные для изотопных характеристик Киваккского интрузива и обрамляющих его пород. Особое внимание было уделено породам из эндо- и экзоконтактов массива для проверки гипотезы о возможной контаминации основного расплава породами земной коры в камере кристаллизации.

ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ РАССЛОЕННОГО ИНТРУЗИВА КИВАККА И ЕГО ОБРАМЛЕНИЯ

Киваккский интрузив расположен в Северной Карелии на северо-западном берегу оз. Пяозеро. Он входит в Олангскую группу расслоенных пе-ридотит-габбро-норитовых массивов (рис. 1). Вмещающие породы представлены мигматизиро-ванными биотитовыми и амфиболовыми гнейсами, гранитогнейсами и гранодиорито-гнейсами верхнего архея (Лавров, 1979). По отношению к вмещающим породам интрузивы дискордантны. Они обладают первичной магматической рассло-енностью.

Интрузив Кивакка представлен конусовидным телом с современным наклоном оси 40° на северо-запад (рис. 2). На эрозионном срезе обнажены верхние 2000 м вертикального разреза (Ко-птев-Дворников и др., 2001). Строение Кивакк-ского интрузива характеризуется анизотропно-

Рис. 1. Схема геологического строения Фенноскандинавского щита и положение на нем раннепротерозойских расслоенных интрузивов, по (Geological map..., 2001).

Верхнеархейские супракрустальные образования

□ Протерозойские осадочно-вулканогенные образования

Гранитоиды верхнего карелия Каледонские образования Расслоенные массивы

ш

Ладожское оз.

стью и резко выраженной расслоенностью. В пределах массива установлен ряд разломов северо-западного, поперечного к слоистости простирания. Наиболее крупный из них отделяет юго-западную часть интрузива, образуя приподнятое и сдвинутое на север крыло. Максимальная амплитуда смещения по нему достигает 500 м.

В вертикальном разрезе Киваккского плутона выделяют верхнюю и нижнюю приконтактовые зоны и расслоенную серию, слагающую основной объем интрузива (рис. 2).

Нижняя приконтактовая зона (НПЗ) сложена главным образом габбро-норитами

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.

Показать целиком