УДК 552.33:550.34(470.21)
МОДЕЛЬ ФОРМИРОВАНИЯ ХИБИНО-ЛОВОЗЕРСКОГО РУДОНОСНОГО ВУЛКАНО-ПЛУТОНИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА
© 2013 г. А. А. Арзамасцев*, Л. В. Арзамасцева*, А. М. Жирова**, В. Н. Глазнев***
*Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт геологии и геохронологии докембрия РАН 199034, Санкт-Петербург, наб. Макарова, д.2 **Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Геологический институт Кольского научного центра РАН 184209, Апатиты, Мурманская обл., ул. Ферсмана, 14 *** Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
Воронежский государственный университет 394006, Воронеж, Университетская площадь, 1 Поступила в редакцию 6.06.2011 г.
Представлены результаты исследования крупной палеозойской рудно-магматической системы на северо-востоке Фенноскандинавского щита, объединяющей Хибинский и Ловозерский плутоны, Кургинскую интрузию, вулканогенные образования и многочисленные рои щелочных даек. Анализ материалов глубокого бурения и результаты трехмерного геофизического моделирования свидетельствуют о существовании на нижних горизонтах комплекса значительных объемов пород щелоч-но-ультраосновной серии. В составе плутонов перидотиты, пироксениты, мелилитолиты, мельтей-гиты, ийолиты занимают более 50% объема всего вулкано-плутонического комплекса в пределах доступного для гравиметрических работ уровня 15 км. Предложена модель формирования рудно-магматической системы как сопряженной сети разноглубинных магматических очагов, пульсаци-онно поставлявших расплавы двух автономных серий — щелочных ультрамафитов с карбонатитами и щелочных сиенитов — агпаитовых сиенитов, которые были сформированы в ходе синхронной эволюции мантийных источников, имевших единую систему магмовыводящих каналов. С учетом новых геохронологических данных, а также имеющихся изотопных датировок пород разных магматических серий, длительность формирования комплекса, начиная с этапа поступления в кальдеры первых порций расплавов и заканчивая постмагматическими событиями, проявившимися в образовании жил поздних пегматоидов, составляла не менее 25 млн лет.
БО1: 10.7868/8001677701305002Х
ВВЕДЕНИЕ
Северо-восточная часть Балтийского щита представляет собой классическую область развития континентального магматизма, представленного палеозойскими щелочными и щелочно-уль-траосновными интрузиями с карбонатитами. Центральное место в составе Кольской провинции занимают Хибинский и Ловозерский плутоны, которые входят в группу наиболее крупных щелочных интрузий мира. Современный уровень оценки рудоносности проявлений магматизма, так же как и разработки критериев поисков рудной минерализации, базируется на мультидисциплинарных исследованиях, дающих информацию о глубинном строении интрузий, системах их подводящих каналов и зонах магмогенерации, длительности формирования магматических систем и условиях миграции и концентрирования рудных элементов. При
Адрес для переписки: А.А. Арзамасцев. E-mail: arzamas@ ipgg.ru
изучении гигантских щелочных плутонов решение указанных проблем осложнено следующими факторами.
Во-первых, определение формы и глубинного строения большинства крупных интрузий требует, с одной стороны, значительного объема первичных геофизических данных, достаточных для построения трехмерных моделей тел с высоким разрешением, и, с другой, необходимости ком-плексирования геофизических методов (гравиметрических и сейсмических), что повышает достоверность результатов моделирования. Густота сети геофизических наблюдений в районе Хибинского и Ловозерского массивов достаточна для построения плотностных и сейсмических 3Э-моде-лей плутонов и оценки основных элементов их внутреннего строения до глубин 10—12 км.
Во-вторых, оценка длительности формирования сложных многофазных плутонов, развивавшихся поэтапно в течение длительного времени,
и определение возраста инициальных этапов их формирования затруднено, т.к. изотопные системы пород, как правило, нарушены воздействием поздних интрузивных фаз.
В-третьих, для расшифровки механизмов формирования таких гигантских вулкано-плутониче-ских комплексов, как Хибины и Ловозеро, места и роли в них процессов рудогенеза, необходимо исследование всех составляющих магматической системы — от момента заложения кальдер (заполнения ранних кольцевых разрывов фундамента первыми порциями щелочных расплавов) до завершающих событий, проявившихся в образовании даек и трубок взрыва, прорывающих все щелочные комплексы, а также жил поздних пегматоидов, распространенных в приконтактовых породах фундамента.
В-четвертых, открытие карбонатитов (Карбо-натиты ..., 1984), расширение ареала распространения и спектра щелочно-ультраосновных пород в Хибинском (Галахов, 1975) и Ловозерском массивах (Арзамасцев и др., 1998), обнаружение пород миаскитовой серии (Коробейников, Арзамасцев, 1994), приводят к необходимости существенного пересмотра модели формирования этого крупнейшего рудно-магматического узла. Очевидным следствием этих работ является уточнение представлений о структуре рудных зон крупнейших месторождений фосфора, стронция, редкоземельных элементов, циркония и ниобия, заключенных в этих массивах.
В предлагаемой статье изложены результаты комплексного изучения сформировавшейся в центральной части Кольского региона палеозойской рудно-магматической системы, главными элементами которой являются Хибинский и Ло-возерский массивы, примыкающие к ним небольшие ультраосновные и сиенитовые интрузии, а также крупный комплекс щелочных даек и разнообразные по составу субщелочные и щелочные вулканиты. Работа базируется на результатах проведенных в пределах массивов буровых работ и детальных геофизических исследований.
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Для исследования глубинного строения массивов была привлечена методика трехмерного моделирования, основанная на комплексной интерпретации гравиметрических и сейсмических данных. Методика изложена в работах (Лг2аша818еу et al, 2000; Глазнев и др., 2008). Алгоритмы расчета — разработанные оригинальные программы решения обратной задачи для гравитационного поля (Глазнев и др., 2002), основанные на принципах эквивалентного перераспределения (Кобрунов, Варфоломеев, 1981), и коммерческий пакет программ FIRSTOMO для решения обратной задачи
сейсмотомографии (Рослов и др., 2007). Для визуализации результатов использован пакет программ GL3DShow (Глазнев и Глазнев, 2007), что позволило представить результаты моделирования в наглядной форме. Проведенный в последние годы на более детальной фактурной основе анализ данных сейсморазведки в сочетании с плотностным моделированием позволил существенно детализировать внутреннее строение массивов.
40Аr/39Аr-изотопно-геохронологические исследования выполнены в Институте геологии и минералогии СО РАН (Новосибирск). Датирование проведено по зернам флогопита/биотита, отбор которых производился вручную под бинокулярной лупой из фракции 0.25—0.15 мм измельченного образца. Выделение аргона из образцов проводили методом ступенчатого прогрева по методике, опубликованной в работах (Пономарчук и др., 1998; Лепезин и др., 2006). Навески образцов, совместно с мусковитом МСА-11 (К-Аг-возраст 313 млн лет) и биотитом LP-6 (возраст 128.1 млн лет), используемыми в качестве мониторов, заворачивали в алюминиевую фольгу, помещали в кварцевую ампулу и после откачки из нее воздуха запаивали. Затем пробы облучали в кадмирован-ном канале научного реактора ВВР-К-типа в Научно-исследовательском институте ядерной физики (Томск). Градиент нейтронного потока не превышал 0.5% в размере образца. Эксперименты по ступенчатому прогреву проводили в кварцевом реакторе с печью внешнего прогрева. Холостой опыт по определению 40Аг (10 мин при 1200°С) не превышал 5 х 10-10 нем3. Очистку аргона производили с помощью Ti- и ZrAl-SAES-гет-теров. Изотопный состав аргона измерялся на масс-спектрометре Noble gas-5400 фирмы "Микромасс" (Англия). Ошибки измерений соответствуют интервалу ± 1а. Перед измерениями производили предварительную дегазацию образцов при температуре 300°С. Особое внимание уделялось контролю фактора изотопной дискриминации с помощью измерения порции очищенного атмосферного аргона. Среднее значение отношения 40Аг/36Аг на период измерений составило 296.5 ± 0.5. При интерпретации возрастных спектров использовали критерии, предложенные в работах (Fleek et al., 1977; Gustafson et al., 2001).
Rb-Sr метод. Навески валовых проб пород и минеральных фракций массой 100—200 мг разлагались по методике, описанной ранее (Беляцкий и др., 1994). Измерения изотопного состава и концентраций Rb и Sr методом изотопного разбавления осуществлялись в ИГГД РАН на твердо-
Фиг. 1. Схема геологического строения Хибино-Ловозерского рудоносного вулкано-плутонического комплекса. 1 — дайки и трубки взрыва; 2 — карбонатит; 3 — пуласкит; 4 — фойяит; 5 — неравнозернистый фойяит; 6 — К-нефели-новый сиенит; 7 — апатито-нефелиновая порода; 8 — ийолит и мельтейгит; 9 — хибинит трахитоидный; 10 — хибинит массивный; 11 — эвдиалитовый луяврит; 12 — породы дифференцированного комплекса луявритов-фойяитов-урти-тов; 13 — вулканиты ловозерской свиты; 14 — щелочно-ультраосновные породы; 15 — сиенит массива Курга; 16 — перидотит массива Курга; 17 — протерозойские базальты, порфиры и долериты; 18 — архейские тоналиты и трондьемиты. На врезках показано положение комплекса в пределах Балтийского щита и Кольского полуострова. Оценки возраста пород (цифры в прямоугольниках, млн лет). Залитые точки — данные авторов, кружки — по данным Кгашш etа1., 1993; Кгашш, Кс^агко, 1994; Зайцев и др., 1997; Баянова, 2004, 2011; Wu etа/., 2010. Показано положение разрезов, пересекающих контактовые зоны массивов.
фазном 8-коллекторном масс-спектрометре Finnigan МАТ-261 в статическом режиме. Изотопные отношения 87^Ь/8<^г измерялись с точностью не хуже ±0.5% (2а), а концентрации элементов с точностью ±0.5—1% (2а). В период работы значение изотопного отношения 8"^г/8<^г для стандарта было BCR-1 0.705037 ± 50 (п = 4), 8^г/8^г SRM-987 - 0.7102249 ± 18 (п = 23). Уровень холостого опыта составлял для
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.