ПЕТРОЛОГИЯ, 2012, том 20, № 3, с. 282-299
УДК 552.3
ПЕТРОГЕНЕЗИС ВАРИОЛИТОВЫХ ЛАВ ОНЕЖСКОЙ СТРУКТУРЫ,
ЦЕНТРАЛЬНАЯ КАРЕЛИЯ © 2012 г. А. Н. Гудин*, Е. О. Дубинина*, **, А. А. Носова*
*Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН Старомонетный пер., 35, Москва, 119017, Россия; e-mail: vilfrid@bk.ru **University of Johannesburg Auckland Park Kingsway Campus, P.O. Box 524, Johannesburg, Republic of South Africa Поступила в редакцию 18.07.2011 г.
Получена после доработки 15.11.2011 г.
Проведено комплексное изучение состава вариолей и матрикса классических представителей глобулярных пород — вариолитов Ялгубского кряжа и о-ва Суйсари Онежской структуры (Центральная Карелия). Установлено существенное обогащение ядер вариолей кремнеземом, Na, K, Rb, Cl и Ba при низком отношении K/Na по сравнению с матриксом, а также значительное фракционирование изотопов кислорода в системе вариоль—матрикс (б18Оу—518От от 1.6 до 2.6%е). Рассмотрение возможных механизмов формирования онежских вариолитов с учетом имеющихся изотопных и геохимических данных (макросостав, распределение REE и элементов-примесей) показало, что наблюдающиеся геохимические характеристики матрикса и глобулей вариолитов Ялгубского кряжа и о-ва Суйсари не могут быть сформированы при смешении расплавов. Установлено, что такие процессы, как зеленокаменные изменения и кристаллизация сферолитов при переохлаждении расплава, не определяли изотопную и геохимическую специфику онежских вариолитов, а имели второстепенное значение.
Наименьшие противоречия с полученными данными демонстрирует ликвационная гипотеза, несмотря на значительный изотопно-кислородный сдвиг в системе вариоль — матрикс. Отсутствие достаточных экспериментальных данных по распределению редких элементов и изотопов кислорода при ликвации не позволяет полностью подтвердить или опровергнуть возможность ликвационного генезиса онежских вариолитов.
ВВЕДЕНИЕ
Термин вариолит ("оспенный камень") используется для обозначения пятнистых пород с овоидными обособлениями — вариолями (глобулами), размером от миллиметра до первых сантиметров, погруженными в микрокристаллическую или стекловатую матрицу. Глобулярные породы описаны в целом ряде вулканических провинций по всему миру (Fergusson, 1972; Gelinas et al., 1976; Fowler et al., 2002; Красивская и др., 2010).
Глобулярные текстуры известны в породах различного возраста — как в очень древних, например в метабазитах зеленокаменного пояса Исуа с возрастом 3.8—3.7 млрд. лет (Appel et al., 2009), так и в фанерозойских породах (Косарев и др., 2009; Кориневский, 2011; Sandsta et al., 2011 и ссылки в этой работе). Вариолиты — породы с глобулярной текстурой — чаще всего встречаются в комплексах раннедокембрийского возраста. Присутствие глобулярных пород считается столь же типичной особенностью древних коматиитов, что и структуры спинифекс. Наличие таких текстур отмечалось, например, в архейских коматиитовых разрезах Абитиби (Arndt, Fowler, 2004) и пояса Бар-бертон (Sandsta et al., 2011). Однако вариолиты
распространены и в палеозойских спрединговых и раннеостроводужных разрезах, примером чему является Южный Урал, где описаны прекрасно сохранившиеся вариолиты в девонских базальтах Мугоджар (р. Шулдык, Кориневский, 2011) и Магнитогорской дуги (вторая толща баймак-бу-рибаевской свиты, Косарев и др., 2009).
Глобулярные текстуры в базитах представлены округлыми обособлениями различного состава и природы. Как отмечено в (Arndt, Fowler, 2004), такие обособления при детальном изучении оказываются миндалинами, сферолитами, раскристал-лизованными вкраплениями другого расплава, автолитами, пятнами вторичных изменений перед фронтом их распространения, измененными фенокристами.
Механизм возникновения вариолитов до сих пор является предметом острых дискуссий в петрологии. Ряд исследователей (Левинсон-Лессинг, 1949; Gelinas et al., 1976; Fergusson, 1972) рассматривали вариолиты как пример ликвации базальтовых расплавов. Установление области низкотемпературной несмесимости расплавов в условиях, близких к природным (Реддер, 1983), привело к распространению ликвационной тео-
рии не только на глобулярные породы, но и на значительные массы контрастных по составу пород в вулканических сериях и крупных интрузивных комплексах, в том числе в расслоенных плутонах (Mc Birney, 1975; Veksler et al., 2007).
Для объяснения формирования глобулярных пород используют и противоположный процесс — смешение контрастных по составу расплавов, кислого и основного (Красивская и др., 2010; Apple et al., 2009). Согласно модели смешения, образование вариолитовых лав происходит в процессе внедрения одного расплава в другой, например захват подплавленного кислого материала в процессе подъема основного расплава. Именно такая модель была предложена для объяснения генезиса оцеллей дацитового состава в палеоархейских метабазитах пояса Исуа, Гренландия (Appel et al., 2009).
Еще одна распространенная точка зрения на происхождение вариолитовых текстур, характерных для афировых коматиитов, опирается на представления об их закалочной кристаллизации из сильно перегретого расплава. Вариоли в этом случае рассматриваются как результат очень быстрого роста плагиоклаза из переохлажденных расплавов в виде сферолитов (Arndt, Fowler, 2004; Sandsta et al., 2011). Как вариант этого механизма для объяснения происхождения вариолитов привлекается процесс метастабильной ликвации (Светов, 2008).
Наконец, некоторые исследователи рассматривают вариолиты как структурный рисунок, возникающий в ходе низкотемпературных вторичных изменений базитов (Hanski, 1993).
Преимущественно древний возраст вариолитов и, соответственно, подверженность этих пород интенсивным поздним изменениям существенно затрудняют расшифровку их первичной природы; это обуславливает многообразие точек зрения на их петрогенезис, но в целом оставляет проблему нерешенной. Такая ситуация способствует сохранению интереса исследователей к вопросу петрогенезиса вариолитов (например, Sandsta et al., 2011).
В настоящей работе сделана попытка установить механизм формирования классических ва-риолитовых базальтов палеопротерозойского возраста, локализованных в районе д. Ялгуба и о-ва Суйсари (Онежское озеро, Центральная Карелия) с привлечением не только петрографических и геохимических, но и изотопно-кислородных данных. Величины изотопно-кислородных сдвигов, возникающих при ликвационном, спино-дальном или ином другом распаде расплава, при смешении расплавов и в процессах низкотемпературных изменений пород должны отражать специфику поведения изотопно-кислородной системы в этих процессах. При формировании
вариолитов, за счет смешения основного и кислого расплавов, величины 518О в вариолях и в матриксе могут оказаться контрастными, за исключением редкого случая смешения расплавов, различных по химическому составу, но с одинаковым изотопным составом кислорода. Низкотемпературные вторичные изменения, агентом которых могла быть морская вода, метаморфический флюид и/или метеорные воды, также должны показать предсказуемые сдвиги изотопного состава кислорода. Таким образом, в комплексе с другими геохимическими методами изотопно -кислородные исследования вариолитов могут быть весьма информативными.
ОБЪЕКТЫ И МАТЕРИАЛЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
Образцы вариолитов были отобраны в восточной части Балтийского щита в Онежской структуре (Центральная Карелия, 30 км к северо-востоку от г. Петрозаводска). Эта структура сложена па-леопротерозойскими вулканогенно-осадочными комплексами (рис. 1). Особенностью тектонического строения этой в целом синклинальной структуры является чередование широких брахи-синклиналей и узких линейных антиклиналей, сопряженных с зонами сдвиговых деформаций. В пределах синклиналей, имеющих ширину 6— 12 км, степень структурно-вещественных преобразований палеопротерозойских комплексов очень невелика. Породы сохраняют субгоризонтальное залегание, разрывная и сдвиговая тектоника имеют локальные проявления. Степень метаморфизма пород не превышает зеленослан-цевой фации, а часто отвечает уровню зеленока-менных изменений (Онежская..., 2011). Такой стиль тектонического развития способствовал сохранности текстурно-структурных особенностей вариолитовых лав, оказавшихся в синклинальных участках структуры.
Нами исследовались вариолитовые лавы, относящиеся к суйсарской свите людиковия, возраст которых около 2 млрд. лет. Суйсарское время характеризуется масштабными проявлениями ба-зитового вулканизма плюмовой природы, который, наряду с лавовыми излияниями, сформировал многочисленные расслоенные силлы и рои даек. Возрастным репером для суйсарской свиты являются породы ультрамафит-мафитового Кон-чезерского силла (1980 ± 57 млн. лет, Куликов и др., 1999). С этим же этапом связывается и формирование крупных расслоенных силлов — Кой-каро-Святонаволокского (1983.4 ± 6.5 млн. лет, Филлипов, 2007) в западном и Пудожгорского (1984 ± 8 млн. лет, Филлипов, 2007) в восточном борту Онежской структуры.
В изученном лавовом разрезе Ялгубского кряжа (рис. 1), подробно охарактеризованном в ра-
80 км
I_I
Баренцево море
2 км
I_I
Рис. 1. Положение района работ в главных структурных доменах восточной части Балтийского щита в раннем па-леопротерозое, по (Шарков, Богатиков, 2010).
1 — свекофенниды (средний протерозой); 2 — палеопротерозойский вулканогенно-осадочный пояс с породами кремнеземистой высокомагнезиальной серии в основании; 3 — раннепалеопротерозойские подвижные пояса: Беломорский (БПП) и Терско-Лоттинский (ТЛБ) блоки; 4 — раннепалеопротерозойский Лапландско-Умбинский гранулито-вый пояс (ЛУГП) с Порьегубско-Умбинским блоком (ПУБ); 5 — архейский фундамент.
На врезке: 1 — суйсарская свита (около 2 млрд. лет); 2 — шокшинская свита (1.7 млрд. лет); 3 — падосская свита (1.65 млрд. лет); 4 — габбро-долериты падосской свиты; 5 — заонежская свита (2.0—2.1 млрд. лет); 6 — четвертичные отложения; 7 — положение изученных объектов.
Ялгуба о-в Суйсари
Рис. 2. Макро- и микротекстуры вариолитов Ялгубы (а, в) и о-ва Суйсари (б, г):
(а) — центральная часть лавового потока. Н
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.