ПЕТРОЛОГИЯ, 2007, том 15, № 3, с. 324-336
УДК 550.42:551.14(470.21)
ИЗОТОПЫ ГЕЛИЯ И АРГОНА В КСЕНОЛИТАХ НИЖНЕЙ КОРЫ БЕЛОМОРСКОГО ПОДВИЖНОГО ПОЯСА
© 2007 г. В. Р. Ветрин, И. Л. Каменский, С. В. Икорский
Геологический институт КНЦ РАН 184209 Апатиты, Мурманская обл., ул. Ферсмана, 14, Россия; e-mail: vetrin@geoksc.apatity.ru
Поступила в редакцию 19.01.2006 г.
Изучен изотопный состав благородных газов (He, Ar) в неоархейских-палеопротерозойских ксенолитах нижней коры Беломорского подвижного пояса, представленных главным образом гранатовыми гранулитами (Grt + Cpx + Pl ± Opx ± Qtz ± Kfs ± Phl ± Hbl), двупироксеновыми и гранатовыми пироксенитами (Cpx + Pl ± Grt ± Opx ± Hbl ± Qtz). Ксенолиты и вмещающие их девонские ультраосновные лампрофиры трубок взрыва и эксплозивных даек содержат флюиды, близкие по изотопному составу He и Ar. Установлено, что время захвата флюида породами и минералами ксенолитов близко к возрасту лампрофиров. Этот вывод основан на совпадении K-Ar датировок большинства ксенолитов и ультраосновных лампрофиров. Во время переноса ксенолитов к поверхности высокотемпературными ультраосновными расплавами происходила частичная (Ar) или полная (He) потеря ксенолитами содержащихся в них благородных газов. При внедрении в верхнюю кору расплавы были контаминированы метеорными водами, вследствие чего изотопный состав Ar в лампрофирах стал близким к его составу в атмосфере. Флюидная фаза, отделявшаяся при кристаллизации расплавов, активно воздействовала на ксенолиты, что приводило к выравниванию изотопного состава He и Ar в ксенолитах и ультраосновных лампрофирах. В изотопном составе He содержится примесь мантийного 3He, что определено по превышению измеренных концентраций 3He над расчетными, а также по повышенным значениям отношения 3He/36Ar в ксенолитах и вмещающих лампрофирах. Доля мантийного компонента в захваченном ксенолитами флюиде оценивается в ~20%.
Беломорский подвижный пояс расположен между Карельской и Кольской провинциями Балтийского (Фенноскандинавского) щита. В его северо-восточной части, в районе г. Кандалакши и Терского побережья Кандалакшского залива (рис. 1) находится более 1000 эксплозивных даек и более 40 трубок взрыва, часть которых содержит ксенолиты глубинных пород. Локализация эксплозивных объектов контролировалась Кандалакшским грабеном северо-западного простирания, входящим в состав Онежско-Кандалакш-ского палеорифта Беломорской рифтовой системы. Породы нижней коры региона представлены преобладающими гранатовыми гранулитами (T ~
~ 750°C, P = 12-15 кбар, Grt1 + Cpx + Pl ± Opx ± ± Qtz ± Kfs ± Phl ± Hbl), а также двупироксеновыми и гранатовыми пироксенитами (Cpx + Pl ± Grt ± ± Opx ± Hbl ± Qtz), образующими ксенолиты в ультраосновных лампрофирах трубок взрыва и даек с возрастом 380-360 млн. лет (Шуркин, Румянцева, 1979; Шарков, Пухтель, 1987; Ветрин, Калинкин; 1992; Beard et al., 1996; Kempton et al., 1995, 2001). В небольшом количестве встречают-
1 Символы минералов: Grt - гранат, Cpx - клинопироксен, Pl -плагиоклаз, Opx - ортопироксен, Qtz - кварц, Kfs - калиевый полевой шпат, Phl - флогопит, Hbl - роговая обманка, Rt - рутил, Cal - кальцит, Mag - магнетит, Scp - скаполит, Ap - апатит.
ся ксенолиты флогопит-гранат-ортопироксено-вых, амфибол-рутил-флогопит-гранатовых пород, горнблендитов и шпинелевых перидотитов.
В истории формирования нижней коры Беломорского подвижного пояса выделены 2 главных этапа: неоархейский и ранний палеопротерозой-ский. В позднем архее (2.9-2.7 млрд. лет) образование мафической нижней коры было связано с внедрением в основание ранней коры больших масс расплавов основного состава, аналогами которых в верхней части литосферы являются инициальные вулканиты Северо-Карельской системы зеленокаменных поясов (Ветрин, 2006). В раннем палеопротерозое (2.5-2.4 млрд. лет) увеличение мощности позднеархейской нижней коры происходило при внедрении в нее расплавов, формирующих в верхней коре расслоенные интрузии и комагматичные с ними вулканиты, интрузии друзитов и габбро-анортозитов. Изучение системы показало, что в изученных ксенолитах концентрации палеопротерозойского вещества варьируют от 8 до 99%. Последующие процессы преобразования нижнекоровых пород происходили локально и приводили к образованию в гранатовых гранулитах гидроксилсодержа-щих минералов - флогопита, эденитовой роговой обманки - и их более поздней гранитизации.
Рис. 1. Схема геологического строения северо-западной части Кандалакшского побережья Кольского полуострова. 1 - магматические породы палеозойского возраста: а - дайки ультраосновных лампрофиров, карбонатитов, мелили-титов, • - трубки взрыва, в - интрузии щелочно-ультраосновного состава; 2 - песчаники терской и турьинской свит (рифей); 3-6 - породы палеопротерозойского возраста: 3 - эндербит-гранитные породы умбинского комплекса, 4 -габбро-анортозиты, габбро, диориты, 5 - гранулиты основного (а) и кислого (б) состава, 6 - андезитобазальты, амфиболиты; 7 - гнейсы, тоналиты, амфиболиты комплекса основания (поздний архей); 8 - район работ. На врезке - географическое положение района работ в южной части Кольского полуострова.
Возраст флогопита, определенный Ar-Ar методом, оценивается в 2.2-2.0 млрд. лет (Kempton et al., 2001). Его образование связывают с метасо-матической переработкой гранатовых гранули-тов флюидами мантийного генезиса, на что указывает сходство времени образования флогопита и возраста процессов мантийного метасоматоза (2054±74 млн. лет); последний установлен при изучении мантийных ксенолитов (Арзамасцев, Беляцкий, 1999). Время проявления процесса гранитизации определено U-Pb методом по цирконам и составляет 1.71-1.82 млрд. лет (Ветрин, Немчин, 1998). Эти оценки сопоставимы с возрастом интрузий лицко-арагубского комплекса в восточном обрамлении Печенгской структуры (1763-1772 млн. лет), содержащих в составе захваченного флюида < 20% мантийного компонента (Ветрин и др., 2002). Наиболее поздними процессами преобразования нижней коры являются щелочной метасоматоз и амфиболизация (0.430.39 млрд. лет), происходившие перед внедрением ультраосновных лампрофиров трубок взрыва и даек (Beard et al., 1996; Арзамасцев, Беляцкий, 1999; Ветрин, Травин, 2003).
Из приведенного обзора следует, что при образовании и последующем изменении состава нижней коры существенную роль играли процессы мантийного магматизма и метасоматоза. Эти процессы изучались нами посредством геохимии изотопов He и Ar в породах и минералах ксенолитов и вмещающих лампрофирах, поскольку состав благородных газов дает информацию об источниках летучих компонентов, а вариации их изотопного состава характеризуют физические процессы, приводившие к образованию, транспортировке и сохранению флюидов (Noble gases..., 2002). К числу ключевых задач исследова-
ния относились: (1) определение концентраций и изотопного состава Не и Аг в ксенолитах и вмещающих лампрофирах; (2) оценка степени переработки ксенолитов флюидом вмещающих магматических пород из даек и трубок взрыва, переносивших ксенолиты к поверхности; (3) выявление первичных отношений 4Не/3Не и 40Аг/36Аг в ультраосновных лампрофирах и нижнекоровых ксенолитах и их сопоставление с величиной этих отношений в континентальной коре и верхней мантии.
ОБРАЗЦЫ И МЕТОДИКА АНАЛИЗА
Образцы ксенолитов и вмещающих ультраосновных лампрофиров отобраны из трубки взрыва и даек на о. Еловом, близлежащих островах (Олений, Средний Сальный) и на побережье Кандалакшского залива Белого моря. Простирание даек в северных румбах от 0-40 до 330°, мощность 0.5-1 м, прослеженная длина до 1 км. Трубка взрыва имеет размер выхода на поверхности 18 х х 10.5 м и расположена на контакте архейских гнейсо-гранитов с гранатовыми амфиболитами. Тело трубки выполнено эруптивной брекчией, состоящей из остроугольных обломков вмещающих гранитов и амфиболитов (20-30%), округлых включений гранатовых гранулитов (40-50%), пи-роксенитов, горнблендитов (5-10%) и связующей массы состава ультраосновных лампрофиров (10-20%). Размер включений гранатовых гранулитов составляет 3-10 см, иногда до 40-60 см. Ксенолиты гранатовых гранулитов и пироксени-тов часто окружены мелкозернистыми оторочками. К-Аг возраст лампрофиров трубки взрыва на о. Еловом и дайки на о. Среднем Сальном определен соответственно в 368 ± 15 и 360 ± 16 млн. лет
Таблица 1. Минеральный состав (%) ксенолитов
Номер образца Порода Grt Cpx Opx Pl Qtz Kfs Hbl Phl Rt Mag Cal Scp Ap
E/96-10(1) Grt-гранулит 25 30 25 5 + + + 5 10
E/96-10(2) » 20 25 50 5 + + 3 2
E/96-10(3) » 35 30 25 5 + + 5 +
37-30 » 12 32 12 40 + 2 2
16/89 » 44 8 37 3 1 + + 4 3
37-40 » 22 27 + 44 3 + + + 5 +
37-52 » 30 25 35 3 5 + + + 2
E/96-2(1) » 15 20 65 + +
37-20 » 15 15 45 20 + + + + 5 +
B/02-3 » 15 10 75 + +
K5-1 » 30 10 60 +
K2-09 » 30 40 30 + + + + + +
K5-2 » 20 30 50 + + + +
B/02-4 » 20 35 45 + + +
B-02-5 » 20 40 40 + + + +
37-2 » 42 28 1 20 5 2 + 2
37-3(4) » 20 33 25 15 3 + 2 2
67-12 » 38 40 20 + 2
37-9(4) Grt-пироксенит 8 14 74 1 + 2 6
41-5 » 10 88 + + + 2
E/Pxt » 10 85 + + 5
E/96-20(3) Grt-гранулит гранитизированный 5 15 40 15 25 + + +
37-50 Hbl-Rt-Phl-Grt порода 50 5 35 10 + + +
37-52 Phl-Pl-Cpx-Cal-Grt порода 25 15 10 20 10 + + 20 +
Примечание. Пропуск - минерал отсутствует, крестик - присутствуют единичные зерна минерала.
(Beard et al., 1996). Ультраосновные лампрофиры представлены слабо порфировидными породами с вкрапленниками оливина, диопсида и основной массой, сложенной диопсидом, флогопитом, кальцитом, хлоритом, содалитом, титаномагне-титом, апатитом и перовскитом. Минеральный состав ксенолитов приведен в табл. 1.
Определение концентраций и изотопного состава He и Ar выполнено в лаборатории геохронологии и геохимии изотопов Геологического института КНЦ РАН. Для выделения He и Ar использовали методы плавления и измельчения образцов (Каменский и др., 1984; Икорский, Каменский, 1998; Tolstikhin et al., 2002). Перед плавлением образцы, раздробленные до 0.25-0.5 мм, помещал
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.