ПЕТРОЛОГИЯ, 2004, том 12, № 3, с. 264-280
УДК 552.323+552.125.3
ОСОБЕННОСТИ СТРОЕНИЯ И СОСТАВА ДРЕВНЕЙШЕГО ВУЛКАНИЧЕСКОГО СТЕКЛА В БОНИНИТОПОДОБНЫХ ЛАВАХ РАННЕГО ПАЛЕОПРОТЕРОЗОЯ
ЮЖНОЙ КАРЕЛИИ
© 2004 г. Е. В. Шарков, Н. В. Трубкин, И. С. Красивская, О. А. Богатиков, А. В. Мохов, А. В. Чистяков, К. А. Евсеева
Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН 119017 Москва, Старомонетный пер., 35, Россия; e-mail: sharkov@igem.ru Поступила в редакцию 10.04.2003 г.
Впервые инструментальными методами с использованием просвечивающего электронного микроскопа JEM-100C с энергодисперсионным рентгеновским спектрометром Kevex-5000 выполнено исследование древнейшего вулканического стекла из уникально сохранившихся лав кремнеземистой высоко-Mg (бонинитоподобной) серии свиты Ветреный Пояс с возрастом около 2.41 млрд. лет из одноименной рифтогенной структуры в Карелии. Обнаружено два типа такого стекла: (1) стекло в форме не успевших закристаллизоваться участков первичного магматического расплава; оно имеет базитовый состав, и (2) остаточное, развитое в интерстициях между микроспинифексовыми кристаллами пироксенов и выделениями оливина; его состав варьирует от андезита до андезидацита. Установлено, что вулканическое стекло образовано аморфным кремнеземом, содержащим нанокрис-таллы преимущественно водосодержащих силикатов (амфиболов, различных слоистых силикатов), ортопироксена, а-кварца и тридимита, а также редких выделений галита, анатаза и куприта. Минеральный состав этих нанофаз резко отличается от состава фенокристаллов и кристаллов основной массы лав, представленных оливином, высокоглиноземистыми клинопироксенами, плагиоклазом и хромитом. Все эти нанофазы неравномерно распределены в стекле, обеспечивая его пятнистую окраску в отраженных электронах и различный состав в разных точках, определенный микрозондом. Их распределение не связано с какими-либо вторичными процессами, а скорее отражает структуру первичной неоднородности расплава, сохранившуюся вследствие его быстрой закалки. Природа этих нанофаз в настоящее время неизвестна. По-видимому, они являются продуктом раскристалли-зации мицелл частично упорядоченных силикатов в кремнеземистой матрице, имевшей место как сразу же после закалки стекла, в еще горячем веществе - это ортопироксен, тридимит и а-кварц, так и в процессе его дальнейшего остывания и последующего длительного существования в земной коре, в уже существенно более низкотемпературных условиях, когда формировались другие нано-кристаллы.
Вулканические породы раннего докембрия, как правило, сильно изменены наложенными процессами и сохраняют свой первичный состав и структурные особенности только в исключительных случаях. Одним из таких случаев являются раннепалеопротерозойские базальты свиты Ветреный Пояс в одноименной рифтогенной структуре в Юго-Восточной Карелии, где местами сохранилось вулканическое стекло. Эти образования были впервые описаны В.С. Куликовым (1988), а их геохимия и изотопия были позднее охарактеризованы И. С. Пухтелем и др. (РиеМе1 й а1., 1997, 2001). Этим же исследователями различными изотопными методами (Бт-Ш, Яе-Ов и и-РЬ по циркону) был определен и возраст вулканических пород свиты, составивший от 2.45 млрд. лет в нижних частях ее разреза до 2.41 млрд. лет в верхних.
Параллельно эти вулканиты изучались Е.Б. Золотых и В.М. Ладыгиным (2000, 2001), которые исследовали их состав и физико-механические свойства в связи с проблемой технического использования и также подтвердили наличие в них вулканического стекла. Дополнительный каменный материал по этим породам был собран нами в 2000 г. в процессе кратковременных полевых работ в самой юго-восточной части структуры Ветреный Пояс, где сохранились наиболее свежие породы. Обработка этого материала производилась преимущественно в ИГЕМ РАН.
До наших работ факт существования вулканического стекла в этих породах обосновывался только петрографическими методами, что вызвало необходимость привлечения современных фи-
зических методик для его более надежной диагностики и выявления особенностей его строения.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ГЕОЛОГИЧЕСКОМ ПОЛОЖЕНИИ СТРУКТУРЫ ВЕТРЕНЫЙ ПОЯС И СЛАГАЮЩИХ ЕЕ ПОРОДАХ
В течение раннего палеопротерозоя (2.52.3 млрд. лет назад) на территории восточной части Балтийского щита сформировалась крупная магматическая провинция кремнеземистой высо-
комагнезиальной (бонинитоподобной) серии (Шарков и др., 1997), которая была образована расслоенными базит-ультрабазитовыми интрузивами, роями даек и вулканогенно-осадочными комплексами в грабенообразных структурах, одной из которых являлся Ветреный Пояс (рис. 1). По своему геологическому положению и масштабам развития эта провинция была близка к крупным магматическим провинциям фанерозоя, связанным с активностью суперплюмов, таким, на-
БП ^
1
5
6
8
Рис. 1. Схема геологического строения восточной части Балтийского щита.
1 - Свекофеннский блок; 2 - палеопротерозойские вулканогенно-осадочные пояса (в том числе П - Печенгский, И-В -Имандра-Варзугский); 3 - подвижные пояса: Беломорский и Терско (Т)-Лоттинский (Л); 4 - Лапландско-Умбинский гранулитовый пояс (ЛГП - Лапландский и УГП - Умбинский фрагменты); 5 - архейские кратоны; 6 - раннепроте-розойские расслоенные интрузивы (МП - Мончегорский и БП - Бураковский плутоны); 7 - Главный Лапландский разлом (ГЛР); 8 - местоположение горы Мяндуха.
2
4
Рис. 2. Фотографии шлифов базальтов (без анализатора).
(а) - вкрапленники оливина и скелетные беспорядочно ориентированные зерна клинопироксена в стекле (темное), обр. 71; (б) - структура клинопироксеново-го микроспинифекса в вулканическом стекле (темный фон); видны мелкие выделения оливина (светлое), обр. 323.
пример, как Сибирские траппы, но резко отличалась от них составом слагающих ее пород.
Вулканические породы Ветреного Пояса по своему вещественному составу (высокой магнези-альности темноцветных минералов при наличии стекла андезитового состава, геохимическим и изотопно-геохимическим особенностям), а также своеобразным метельчатым микроструктурам близки к высококальциевым бонинитам Изу-Бо-нинской дуги (Murtón et al., 1992). Однако такая близость признаков не является свидетельством их одинакового происхождения, поскольку изученные нами докембрийские породы, в отличие от подобных образований фанерозоя, возникали во внутриплатной континентальной обстановке.
Их происхождение связывается с крупномасштабной ассимиляцией вещества нижней коры поднимающимися высокотемпературными мантийными расплавами по механизму зонной плавки (Шарков и др., 1997). Такой тип тектономагма-тической активности был характерен для раннего палеопротерозоя всех докембрийских щитов, и в этом плане Балтийский щит не является исключением (Во§аИкоу е! а1., 2000).
На рубеже около 2.0-1.9 млрд. лет территория щита подверглась мощным тектоническим процессам, связанным с раскрытием в его центральной части Свекофеннского океана и возникновением на его восточной окраине Лапландско-Кольского коллизиона, расположенного в пределах Кольского полуострова к северо-востоку от Главного Лапландского разлома (Шарков и др., 2000). Это сопровождалось появлением многочисленных тектонических нарушений, в результате чего часть пород провинции, примыкающая к коллизионной зоне, подверглась динамомета-морфическим преобразованиям. В наименьшей степени ими были затронуты только структуры, находившиеся в "тектонической тени". К их числу и относится Ветреный Пояс, где местами сохранились практически неизмененные породы.
ПЕТРОГРАФИЯ ПОРОД
Нами были изучены породы верхней части разреза свиты Ветреный Пояс на юго-восточном окончании одноименной грабенообразной структуры в районе горы Мяндуха. Здесь находится вулканическая толща, в которой выделяются семь пологозалегающих базальтовых потоков общей мощностью около 200 м. Судя по наличию пиллоу-лав и гиалокластитов, излияние лав происходило в подводных условиях. В процессе последующих преобразований породы неравномерно подверглись низкотемпературным изменениям с появлением волокнистого актинолита, хлорита, серпентина, талька и т.д. Однако среди них местами встречаются исключительно свежие разновидности, где сохранились как первично-магматические минералы, так и вулканическое стекло. По минеральному составу среди них выделяется целый ряд разновидностей с разным содержанием вулканического стекла.
Породы часто имеют порфировую структуру с вкрапленниками оливина, реже пироксена, а также микрофенокристаллами хромита (рис. 2). Наиболее примечательной особенностью основной массы пород являются структуры типа микроспи-нифекс, характеризующиеся развитием игольчатых длиннопризматических выделений, спутанно-волокнистых, радиально-лучистых и метельчатых агрегатов клинопироксена (авгита и пижонита), реже плагиоклаза, а также скелетных форм пироксена в вулканическом стекле. В наи-
Таблица 1. Составы (мае. %) вкрапленников оливинов из оливин-клинопироксеновых базальтов горы Мяндуха
Компо-
Номер образца
ненты 323-1 323-2 323-3 323-4 100-1 100-1а 100-2 100-3 100-4 100-5 100-6 100-7 33
8102 37.65 36.13 38.08 35.79 38.94 38.29 37.37 36.75 38.90 36.70 35.92 36.96 35.87
БеОсум 18.55 22.41 19.97 21.37 15.77 17.11 19.45 26.09 18.40 28.23 30.96 26.45 32.44
МпО 0.25 0.32 0.27 0.32 0.22 0.27 0.31 0.43 0.28 0.27 0.45 0.43 0.49
Mg0 41.54 39.35 41.47 41.76 44.03 43.41 42.85 35.52 41.88 33.88 32.02 35.04 30.66
СаО 0.27 0.27 0.25 0.25 0.29 0.27 0.22 0.24 0.22 0.16 0.50 0.22 0.12
N10 0.20 0.14 0.15 0.15 0.18 0.17 0.19 0.14 0.15 0.14 0.16 0.16 0.00
Сумма 98.46 98.62 100.19 99.64 99.43 99.52 100.39 99.17 99.82 99.36 100.01 99.25 99.57
Fo 0.80 0.76 0.79 0.78 0.83 0.82 0.80 0.71 0.80 0.68 0.65 0.70 0.63
Таблица 2. Составы пироксенов (мае. %) из базальтов горы Мяндуха
Компо-
Номер образца
ненты 323-1 323-2 323-3 323-4 323-5 1 33-1 33-2 33-6 39-1 39-2 39-3 71-1 71-2 71-3
8102 50.83 49.85 49.15 49.59 48.97 54.12 46.95 48.33 47.12 52.69 51.79 51.81 48.82 49.01 49.16
Т1О2 0.90 0.85 0.75 0.85 1.03 0.06 0.94 0.91 0.97 0.37 0.35 0.33 0.72 0.65 0.83
М2О3 6.65 6.88 7.52 7.90 7.22 4.35 9.3
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.