ГЕОТЕКТОНИКА, 2010, № 4, с. 20-38
УДК 551.22: 550.93: 551.71 (470.22)
ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ, ПЕТРОЛОГИЧЕСКИЕ И ИЗОТОПНО-ГЕОХИМИЧЕСКИЕ ОГРАНИЧЕНИЯ ГЕОДИНАМИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ОБРАЗОВАНИЯ АРХЕЙСКИХ ТОНАЛИТ-ТРОНДЬЕМИТ-ГРАНОДИОРИТОВЫХ АССОЦИАЦИЙ ДРЕВНИХ КРАТОНОВ
© 2010 г. А. Б. Вревский, С. Б. Лобач-Жученко, В. П. Чекулаев, А. В. Коваленко, Н. А. Арестова
Институт геологии и геохронологии докембрия РАН, Санкт-Петербург, 199034, наб. Макарова, д. 2
Поступила в редакцию 30.06.2008 г.
Проведен анализ геологического положения, геохимического состава и изотопной систематки Мё тоналит-трондьемит-гранодиоритовых (ТТГ) серий древних кратонов. Показано, что формирование ТТГ происходило в течение ~1600 млн. лет (от ~4.2 до 2.6 млрд. лет назад) в пределах древнейших ядер континентов, причем для многих ТТГ отсутствует временная связь с зеленокаменными поясами. Это следует из эволюции древних кратонов, таких, как Слейв (Канадский щит), Водлозер-ский (Балтийский щит), кратоны Пилбара и Йилгарн (Австралийский щит), в которых ранние зе-ленокаменные ассоциации появляются позже древнейших ТТГ. На примере Балтийского щита установлено, что образование первичных расплавов мезоархейских ТТГ присходило на меньших глубинах (Р < 15 кбар) в сравнении с неоархейскими ТТГ, что, по-видимому, отражало увеличение мощности континентальной коры Балтийского щита во времени.
Анализ изотопного состава Мё ТТГ мира продемонстрировал для значительной их части существенный (>150 млн. лет) интервал времени между возрастом протолита и временем его плавления с образованием расплавов состава ТТГ Исходя из расчетов скорости охлаждения литосферных плит, эти данные свидетельствуют о малой вероятности образования большинства архейских ТТГ в суб-дукционно-аккреционных конвергентных геодинамических обстановках. Приведены изотопные и геохимические ограничения для реконструкции состава протолитов архейских ТТГ. Петрологическое моделирование условий формирования и изотопный состав Мё метабазальтов зеленокамен-ных поясов свидетельствуют, что эти метабазальты не могли быть источником ТТГ. Наиболее вероятным изотопно-геохимическим аналогом протолита ТТГ являлись архейские амфиболиты (ЕМё-мафиты), отличающиеся от метабазальтов зеленокаменных поясов более низкими значениями Бш/Кё отношений и повышенными содержаниями ряда литофильных элементов. Совокупность приведенных в работе данных предполагает возможность генерации первичных расплавов ТТГ при плавлении амфиболитов и гранулитов такого состава в нижней коре.
НЕКОТОРЫЕ ОСОБЕННОСТИ МОДЕЛЬНЫХ ПРЕДСТАВЛЕНИЙ О ПРОИСХОЖДЕНИИ АРХЕЙСКИХ ТТГ АССОЦИАЦИЙ И ИХ ПРОТИВОРЕЧИЯ
Одной из главных задач в определении процессов, приводящих к формированию архейской континентальной коры, является установление источников и механизмов формирования тона-лит-трондьемит-гранодиоритовых (ТТГ) серий древних кратонов и их временных и генетических сотношений с зеленокаменными поясами. Несмотря на то, что этими проблемами занимается не одно поколение геологов, многие вопросы остаются нерешенными.
В соответствии с общими представлениями об эволюции Земли ее первичная кора была сложена базальтами и ее мощность могла достигать 26 км. По представлениям Дж. Крамерса [70, 94], после-
дующая фракционная кристаллизация магматического базальтового океана могла привести к возникновению тоналитового слоя. Близкая точка зрения высказана В. Гамильтоном [64], который предполагает, что в интервале времени 4.4— 3.5 млрд. лет почти вся поверхность Земли была покрыта корой кислого состава. Оба эти представления — о первичной базитовой коре и ранней сиалической коре — нашли подтверждение в работах последних лет. В зеленокаменном поясе Нуввуагиттук на СВ провинции Сьюпериор был установлен возраст 4.28 млрд. лет [85] амфиболитов, которые, в соответствии с выводами авторов, являются вероятными реликтами первичной базальтовой коры. О присутствии ранней "кислой" коры свидетельствуют древнейшие детритовые цирконы из комплекса Нарриер в Австралии (>4.1 млрд. лет), источником которых являлись тоналиты [47]. Возможность возникновения кон-
Возраст и петрологический состав средней коры по Р. Рудник и С. Гао [83]
Мощность коры, км Район Возраст, млрд. лет Состав
36 Каапвальский кратон (Купол Вредефор) 3.6-2.6 Гранито-гнейсы амфиболитовой фации
37 Сьюпериор провинция (Пиквитоней, гранулитовый домен) 3.1-2.5 Тоналитовые гнейсы, немного анортозитов и кварцитов (амфиболитовая-гранулитовая фации)
43 Сьюпериор провинция (блок Капускасинг) 2.7-2.5 87% - кислые породы, 8% - амфиболиты и мафические гранулиты, 5% - метаосадки (амфиболитовая фация)
40 Северо-Китайский кратон (зона Вутай—Джининг) 2.8-2.5 89% - ТТГ, 8% - амфиболиты и мафические гранулиты, 3% - метапелиты (амфиболитовая-низы гранулитовой фации)
тинентальной коры вскоре после стадии планетарной аккреции предполагалась рядом исследователей, в том числе К. Конди [52, 53]. Согласно этим моделям, базальтовая кора в силу большой плотности была неустойчива, и ее прогибание и погружение в мантию приводили к образованию эклогитов и их плавлению с образованием кислых пород.
Фрагментарность сохранности реликтов ранней "кислой" коры на современном эрозионном срезе объясняется ее разрушением в интервале времени от 4.5 до 4 млрд. лет, в том числе, возможно, из-за интенсивной метеоритной бомбардировки поверхности Земли в это время. Сохранившиеся фрагменты древней сиалической коры в пределах древних кратонов различных континентов позволяют исследовать ее эволюцию, начиная с 4.0—3.8 млрд. лет.
Проблемой роста континентальной коры в па-леоархее занимались многие исследователи, предложившие различные, часто взаимоисключающие, модели: кора росла непрерывно [49, 63] и ее масса увеличивалась [80, 100], кора росла эпизодически [81, 100], масса коры оставалась постоянной [38, 39]. Нет единого мнения и о времени окончания процессов формирования древних кратонов. К. Конди [54] считает, что они были сформированы к концу неоархея, тогда как часть кратонов, например, Каапвальский, в основном сформировалась в мезоархее, примерно к 3 млрд. лет.
В строении континентальной коры докем-брийских щитов по геофизическим данным выделяются верхняя гранит-метаморфическая кора, средняя — преимущественно метатоналит-трон-дьемитовая и нижняя, сложенная метаморфизо-ванными мафитами.
По геофизическим данным архейские тона-лит-трондьемит-гранодиоритовые ассоциации на 90—100% слагают среднюю часть коры древних кратонов (таблица), что определяет стабильность (плавучесть) континентальной литосферы [95]. Нижняя кора до недавнего времени рассматрива-
лась как рестит от выплавления верхнекоровых гранитов, но более поздние исследования показали несостоятельность этого положения. В настоящее время установлено, что нижняя кора сложена метаморфизованными основными породами — продуктами плавления мантии. Основной механизм ее образования — это андерплейтинг базальтового материала, возникающего при подъеме плюмов [55, 65]. Для граничной зоны перехода кора—мантия предполагается, что она сложена перидотитами, насыщенными телами основных пород [5].
К настоящему времени предложено несколько геодинамических моделей образования пород ТТГ серии. Наиболее популярной является модель плавления субдуцирующих океанических метабазальтов [49, 60, 78, 79], причем их состав обычно отождествляется с толеитовыми матаба-зальтами зеленокаменных поясов. Варианты этой модели связаны с представлениями о плавлении вещества мантийного клина благодаря флюидам, образующимся при дегидратации субдуцирую-щей океанической литосферной плиты, или смешением производных плавления слэба с расплавами, генерировавшимися из мантийного клина [90]. В качестве аргументации таких моделей обычно приводятся данные о подобии ряда изотопно-геохимических характеристик ТТГ серий фанерозойским адакитовым, бонинитовым и ба-яитовым вулканическим сериям [37]. Если для известково-щелочных вулканических серий некоторых неоархейских зеленокаменных поясов такие геодинамические модели во многом геохимически аргументированы, то для ТТГ ассоциаций надсубдукционные режимы петрогенезиса имеют ряд принципиальных ограничений. Прежде всего, как подробнее будет показано ниже, таким ограничением является отсутствие временной взаимосвязи ТТГ ассоциаций с магматизмом зеленокаменных поясов, что подразумевает иной, нежели толеиты этих поясов, протолит первичных расплавов ТТГ. Об этом же свидетельствуют результаты экспериментальных работ и петроло-
го-геохимических модельных расчетов [75, 90, 93, 98], показывающие, что в надсубдукционных обстновках генерируются расплавы, существенно отличающиеся от составов природных ТТГ высокой магнезиальностью, низкими содержаниями А1203 и 8Ю2. И, наконец, установлено, что адаки-товый магматизм не всегда связан с надсубдукци-онными режимами петрогенезиса [96, 103].
Субдукционная модель происхождения архейских ТТГ ассоциаций имеет существенные изотопно-петрологические ограничения. Сохранение Р-Т параметров, которые могут обеспечить плавление слэба в зоне субдукции, возможно в случае "горячего", т.е. молодого слэба. Показано, что максимальный интервал времени между кристаллизацией базальта в зоне спрединга и его последующим плавлением в зоне субдукции, в течение которого сохраняются необходимые условия для плавления, оценивается интервалом времени от > 5 млн. лет [62] до 30 млн. лет [101]. Как будет показано ниже, такой диапазон времени не согласуется с существенно большими интервалами между временем отделения протолита пород ТТГ серии от деплетированной мантии, определяемыми на основании модельного возраста — Т^М)Ш для значительной части пород ТТГ серии.
Существует также представление об образовании пород ТТГ серии путем прямого плавления сильно обводненного мантийного вещества до отделения воды гидросферы [8]. Эта модель опирается на эксперименты Куширо, И.Д. Рябчико-ва, Майсена и Беттчера по плавлению водосодер-жащей мантии [27]. Однако полученные в этих экспериментах расплавы имели андезитовый, а не тоналит-трондьемитовый состав. Другая группа исследователей обосновывает образование расплавов состава ТТГ
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.