ПЕТРОЛОГИЯ, 2007, том 15, № 5, с. 493-523
УДК 550.93 + 552.3 (470.22)
ГЕОЛОГИЯ И ПЕТРОЛОГИЯ АРХЕЙСКОГО ВЫСОКОКАЛИЕВОГО И ВЫСОКОМАГНЕЗИАЛЬНОГО ПАНОЗЕРСКОГО МАССИВА
ЦЕНТРАЛЬНОЙ КАРЕЛИИ
© 2007 г. С. Б. Лобач-Жученко*, X. Роллинсон**, В. П. Чекулаев*, Н. С. Гусева*, Н. А. Арестова*, А. В. Коваленко*
* Институт геологии и геохронологии докембрия РАН 199034 Санкт-Петербург, наб. Макарова, 2, Россия; e-mail: Lobach-Zhuchenko@cards.lanck.net ** Sultan Qaboos University, Oman, Muskat; Al-Khodh-123, PO Box 36 Поступила в редакцию 12.06.2006 г.
Проведено детальное картирование и петрологическое изучение Панозерской высококалиевой и высокомагнезиальной интрузии центрального типа, расположенной в Центральной Карелии на берегу оз. Сегозеро. Возраст интрузии 2737 ± 10 млн. лет; она сформирована в течение трех магматических циклов, разделенных дайками лампрофиров. Первый цикл представлен основными породами (расслоенный комплекс: пироксениты-горнблендиты-монцогаббро) и монцонитами 1; второй цикл - монцонитами 2 и третий - монцонитами 3 и кварцевыми монцонитами. Широко развиты дайки лампрофиров и зоны брекчий. Все породы в сравнении с известково-щелочными сериями обогащены К, Ba, Sr, P, LREE, имеют высокую магнезиальность (mg# = 0.5-0.65), повышенные содержания Cr и Ni. Рассчитан исходный состав магмы для расслоенного комплекса, отвечающий монцогаб-бро. Модельные расчеты показали, что вариации составов Панозерского комплекса - результат фракционной кристаллизации монцогаббро. Фракционирование имело место как в промежуточной камере, так и в ходе течения и кристаллизации магмы. Исходный состав интрузии был образован при частичном плавлении мантии, обогащенной рядом LIL-, LRE-элементов и летучими: С02 и Н20. Обогащенность расплава летучими отразилась в минеральном составе пород, наличии первичных газовых включений в апатите, различных текстурных особенностях. Сравнение составов пород Панозерского массива и ксенолитов метасоматизированной мантии на различных диаграммах парных несовместимых элементов показало, что мантийный источник пород Панозерского комплекса испытал метасоматоз с участием флюида, содержащего Н20 и С02, которые, по-видимому, имели различное происхождение.
В статье обсуждаются результаты геологического, геохимического и петрологического изучения позднеархейского Панозерского массива, сложенного высоко-Mg и высоко-K породами, кислые фазы которого относятся к санукитоидам - высокомагнезиальным гранитоидам, обогащенным щелочами, LILE и LREE. Впервые они были описаны на Канадском щите (Shirey, Hanson, 1984), а позднее были обнаружены и на других щитах. Высокие значения mg#, высокие содержания Ni и Cr, сочетающиеся с высокими содержаниями ли-тофильных элементов (LILE) и легких редкоземельных элементов (LREE), объяснялись образованием санукитоидов в результате прямого плавления обогащенного мантийного источника (Stern et al., 1989; Sutcliffe et al., 1990; Stern, Hanson, 1991; Stevenson et al., 1999). Было предложено несколько моделей, объясняющих состав источника и первичных магм санукитоидов. Наиболее распространенная модель рассматривает в качестве источника мантийный клин, обогащенный путем добавления флюидов и/или расплавов в субдукционной обстановке (Stern, Hanson, 1991;
Hattory et al., 1996; Shimoda et al., 1998). Позднее была предложена альтернативная модель (Smithies, Champion, 2000), которая предполагает обогащение мантии в результате добавления в нее ТТГ-расплава в ходе андерплейтинга.
Изучение санукитоидов представляется важным, так как они, являясь продуктами плавления мантийных источников, позволяют оценить состав метасоматизированной архейской мантии. Кроме того, с санукитоидами и ассоциирующими лампрофирами на древних щитах связаны проявления золотой минерализации и алмазов (Lefebvre et al., 2005).
На Балтийском щите интрузии, которые соответствуют по составу санукитоидам, описаны в Кольско-Норвежской провинции (Vetrin et al., 1995; Nordgulen et al., 1995; Levchenkov et al., 1995; Петровский, 2002) и в Карельской провинции (Иваников, 1997). Впервые высоко-Mg гранитои-ды Балтийского щита были отнесены к санукитоидам В.П. Чекулаевым (Чекулаев, 1999). Позднее они были обнаружены и изучены и в других рай-
АРХЕИ I IГpaнитoиды
Зeлeнoкaмeнныe noflca I I 3.00-2.95 млpд. лeт
2.90-2.80 млpд. лeт 2.80-2.75 млpд. лeт
Интpyзии caнyкитoидoв и cиeнитoв
ÑaÉra лaмпpoфиpoв
^ Гpaницы дoмeнoв Гpaницы зoн parapoCT-
32°в.д.
онах щита (Lobach-Zhuchenko et al., 2000, 2005; Halla, 2002, 2005).
Интрузии санукитоидов во времени и в пространстве сопряжены с сиенитами и дайками лам-профиров. Лампрофиры найдены и вне связи с са-нукитоидами (Гусева и др., 2001; Самсонов и др., 2001, 2004). В Карельской гранит-зеленокамен-ной области массивы санукитоидов располагаются главным образом вблизи границ между крупными террейнами, различающимися возрастом и историей развития коры (Лобач-Жученко др., 2000; Lobach-Zhuchenko et al., 2005), и образуют две зоны - Западную и Восточную (рис. 1). Массивы Западной зоны являются однофазными и варьируют по составу от монцодиорита до кварцевого монцонита (Лобач-Жученко и др., 2005а). Их возраст составляет 2700-2720 млн. лет (Bibik-ova et al., 2005). Массивы Восточной зоны обычно имеют сложное многофазное строение с существенной ролью пород основного и ультраосновного состава. Возраст массивов Восточной зоны 2730-2750 млн. лет (Чекулаев и др., 2003; Bibikova et al., 2005). Панозерская интрузия представляет интересный объект по нескольким причинам: 1) она является многофазной интрузией центрального типа, сформированной в течение трех магматических циклов; это единственный пример столь сложно построенной санукитоидной интрузии в архейских провинциях; 2) необычно важную роль в строении массива играют породы основного и ультраосновного состава; 3) интрузия представляет пример калиевого магматизма (шошо-нитовая серия), что отличает ее от большинства других санукитоидных интрузий; 4) интрузия хорошо обнажена, что позволяет наблюдать непосредственные геологические взаимоотношения практически всех типов пород и достоверно реконструировать последовательность их образования.
Задача данного исследования - на основе обширных геологических, петрографических и геохимических данных восстановить условия и последовательность формирования Панозерского массива, определить составы исходных (материнских) расплавов, рассмотреть процессы, которые были ответственными за вариации составов. Важной задачей также является разработка геодинамической модели образования массива.
ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПАНОЗЕРСКОГО МАССИВА: СТРОЕНИЕ
МАССИВА, ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ
ОБРАЗОВАНИЯ ИНТРУЗИВНЫХ ФАЗ
Панозерский массив расположен в Центрально-Карельском домене Карельской провинции (Лобач-Жученко и др., 2000) (рис. 1). Массив приурочен к тектонической зоне субмеридионального (~350°) простирания, секущей границу древнейшего Водлозерского и более молодого Центрально-Карельского доменов (рис. 1). Возраст массива 2740 млн. лет (Чекулаев и др., 2003; Bibik-ova et al., 2005). К этой же тектонической структуре приурочены Эльмусский, Бергаульский, Шарава-лампинский санукитоидные массивы, а также Сяргозерский и Хижъярвинский массивы сиенитов, имеющие такой же возраст (Bibikova et al., 2005; Бибикова и др., 2006).
Панозерский массив имеет форму овала размером 7 х 4 км, располагается по берегам и островам оз. Панозеро (рис. 2) и представляет собой интрузию центрального типа. Массив интрудиру-ет супракрустальные породы Западно-Сегозер-ского зеленокаменного пояса, представленные вулканогенно-кластическими и метаосадочными породами, метаморфизованными в условиях мусковит-хлоритовой субфации зеленосланцевой фации (Глебова-Кульбах и др., 1963). Вмещающие породы испытали, по крайней мере, два этапа деформаций, последний из которых связан со становлением массива. Непосредственно у контакта вмещающие породы рассланцованы, гидротермально изменены и содержат значительное количество рудных минералов.
Массив состоит из 5 главных магматических фаз, внедрившихся в течение трех импульсов, или циклов. Породы первого цикла представлены расслоенным комплексом мафитов-ультрамафи-тов и монцонитами 1 (рис. 2). Расслоенный комплекс располагается непосредственно вдоль восточного контакта массива с вмещающими сланцами и характеризуется вертикальной расслоенностью с чередованием ультрамафитов и монцогаббро-монцодиоритов. Соотношение ультрамафитов и мафитов составляет 30:70.
В монцонитах 1 присутствуют породы расслоенного комплекса в виде неправильных жил или паукообразных включений (рис. 3а, 36); форма включений свидетельствует о неполной солиди-фикации основных пород к моменту внедрения монцонитов 1 и указывает на практически одновременное внедрение мафитов расслоенного комплекса и монцонитов 1.
Рис. 1. Положение архейских санукитоидных и сиенитовых интрузий на геологической карте Карельской гранит-зе-ленокаменной области.
Границы архейских доменов даны по (Лобач-Жученко и др., 2000).
0 500 м
С
®63°17 с.ш. 33°23' в.д.
+
Расслоенный мафический комплекс
Монцониты 1
Зона глыбовых брекчий пород 1-го цикла, сцементированных мон-цонитами 2 (2-ой цикл)
Монцониты 2 Монцониты 3
Кварцевые
монцониты
Вмещающий
супракрустальный
комплекс
Дайки лампрофиров
I Места обнаружения ——I ультра-К пород
Рис. 2. Геологическая карта Панозерского массива.
Рис. 3. (а, б) - включения мафитов расслоенного комплекса в монцонитах 1; (в) - дайка, сложенная брекчией в монцо-нитах 1; (г) - двойная брекчия: фрагмент монцодиорита с обломками габбро (1) и обломок супракрустальной породы (2) в монцоните 2.
Состав мафитов, образующих включения в монцонитах 1, варьирует от ультраосновного до монцодиоритового, что также свидетельствует о близости во времени процесса дифференциации мафического комплекса и внедрения монцонитов 1.
Второй магматический цикл отделен во времени от первого образованием даек брекчий (рис. 3в) и формированием локальной тектонической зоны с линзами оцеллисодержащих миаски-товых лампроитов и дайками лампрофиров первой генерации. Мафиты зоны сохраняют
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.