ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК, 2009, том 429, № 6, с. 784-788
= ГЕОЛОГИЯ
УДК 551.2 (470.21)
ТОЛЕИТЫ ИЗ ДЕПЛЕТИРОВАННОЙ СУБКРАТОННОЙ МАНТИИ В КОРНЕВОЙ ЗОНЕ МОНЧЕГОРСКОГО ПЛУТОНА, БАЛТИЙСКИЙ ЩИТ © 2009 г. Ж. А. Федотов, П. А. Серов, Д. В. Елизаров
Представлено академиком Ф.П. Митрофановым 23.04.2009 г. Поступило 23.04.2009 г.
В восточной части Балтийского щита на территории Кольского полуострова, Карелии и Финляндии широко распространены раннепротеро-зойские расслоенные интрузивы, образующие крупную изверженную провинцию, связанную с подъемом мантийного плюма [1, 2]. Наиболее изучен среди них Мончегорский плутон, несущий месторождения сульфидных медно-никеле-вых, хромовых и малосульфидных руд металлов платиновой группы [3—6]. В его корневой зоне нами установлены дайки своеобразных низкокалиевых толеитов, близкие ему по времени становления, но принципиально отличающиеся по составу пород и природе мантийного источника. Их исследование имеет большое значение для понимания природы мантийного плюма и познания состава субконтинентальной литосферы. В настоящей работе излагаются результаты геолого-геохимического изучения этих уникальных образований.
Район исследований располагается на границе Кольского и Беломорского блоков архейской континентальной коры в месте пересечения разделяющей их Печенгско-Варзугской рифтообра-зующей системы разломов северо-западного простирания субмеридиональным трансформным разломом. Трансформный разлом фиксируется гигантским массивом габбро-норит-анортозитов Главного хребта, ветвью которого в рифтообразу-ющей системе разломов является мульдообраз-ный Мончетундровский интрузив. Мончегорский никеленосный плутон залегает в архейских гранодиоритах и гнейсах Кольского блока. Две его мульдообразные ветви сходятся в юго-западном направлении к зоне Лойпишнюн — тектоническому контакту северо-западного простирания с Мончетундровским массивом. Зона Лойпишнюн сложена серией круто залегающих параллельных трещинных тел дунитов, гарцбургитов, ортопироксенитов, норитов и габбро-норитов с
Геологический институт Кольского научного центра Российской Академии наук, Апатиты Мурманской обл.
редкими тектоническими пластинами архейских гнейсов между ними (рис. 1). Погружение дна Мончегорского плутона к зоне Лойпишнюн и обилие в ней трещинных тел, сложенных породами близкими по составу породам его расслоенной серии, позволило Е.К. Козлову [4] рассматривать ее как корневую зону Мончегорского плутона. Породы плутона вблизи зоны Лойпишнюн прорваны большим количеством даек и жил мелано-ритов, габбро-норитов, микрогаббро, гранофи-ров и микрогранитов.
Низкокалиевые толеиты установлены в керне глубокой скважины М-1 под дном Мончетунд-ровского габбро-норит-анортозитового массива и на склонах Пентландитового ущелья. Они залегают в плагиосланцах и гиперстеновых роговиках, представляющих собой архейские гнейсы, переработанные под воздействием тепла мантийных базит-гипербазитовых расплавов [6]. В гнейсах за пределами корневой зоны плутона дайки такого состава не известны. Они нигде не прорывают и интрузивные породы. Таким образом, дайки низкокалиевых толеитов пространственно явно связаны с корневой зоной Мончегорского плутона, но образовались, возможно, раньше расслоенных интрузивных массивов.
Низкокалиевые толеиты относятся к дайковой фации, но форма их тел сложная, местами конформная складчатости вмещающих пород. Пластовые наклонные тела залегают в крыльях складок и имеют мощность до 10 м. Встречаются тела штокверкового облика, образованные мелкими соединяющимися между собой дайками.
Низкокалиевые толеиты имеют нетипичный для дайковых пород облик. В их телах практически отсутствуют зоны закалки. Вместо офитовых структур, характерных для дайковых пород такого состава, в них преобладает микрогаббровая структура, отражающая отсутствие идиоморфизма зерен какого-либо из породообразующих минералов. Выделения темноцветных силикатов имеют амебовидную форму и агрегатное строение. Различаются две крайние разновидности то-
ТОЛЕИТЫ ИЗ ДЕПЛЕТИРОВАННОЙ СУБКРАТОННОЙ МАНТИИ
785
Рис. 1. Схема геологического строения раннепротерозойского Мончегорского рудного узла [6]. 1 — гнейсы, AR; 2 — осадочно-вулканогенные толщи, PR1; 3, 4 — интрузивные породы, PR1: 3 — габбро-норит-анортозиты Мончетундры и 4 — бластокатаклазиты по ним; 5 — дуниты; 6 — перидотиты и пироксениты; 7 — нориты; 8 — габбро-нориты Мончегорского плутона и смежных массивов; 9 — дайки норитов; 10 — разломы; 11 — элементы залегания.
1 =! 2 у.,-3
:".".": 4 ■ 5 □ 6
О 7 ~ 8 п:;] 9
10 25^ 11
Т^СГТк-
леитов — оливиновые и пижонитовые. Минеральный состав оливиновых толеитов (об. %): плагиоклаз Ап65 45, клинопироксен 30, оливин Ро55 20, титаномагнетит 5; пижонитовых толеитов: плагиоклаз Ап65-70 45, клинопироксен ^042Еп36Б822 30, ортопироксен ^02Еп53Б845 15, титаномагнетит 10. Размер зерен силикатных минералов составляет 0.1—0.5 мм, а титаномагнетита — меньше 0.1 мм. Плагиоклаз замутнен и окрашен в буровато-серый цвет микроскопическими включениями магнетита. Ортопироксен представляет собой инвертированный пижонит и содержит мелкие каплевидные включения клинопироксена, образующие правильный рисунок. Агрегат оливиновых зерен на границе с плагиоклазом обрамлен четкой двухслойной келифитовой каемкой. Она имеет шестоватое строение и сложена зеленым актинолитом во внешнем слое, замещающим плагиоклаз, и бесцветным тремолитом, развивающимся по оливину. Мелкие ксеноморфные зерна титаномагнетита располагаются по границам зерен пироксена.
Результаты химического анализа низкокалиевых толеитов приведены в табл. 1. Их выделяет отсутствие калия и низкое содержание кремнезема и натрия. По нормативному составу они относятся к группе оливин-нормативных пород нормальной щелочности. Определяет же уникальность состава этих образований распределение
редкоземельных элементов. На рис. 2 сопоставлено распределение РЗЭ в толеитах и в породах Мончегорского плутона. Толеиты резко обеднены легкими РЗЭ (Ьа/УЬ)ж = 0.3) при слабой дифференциации содержания тяжелых элементов с максимумом в точке европия. Такое распределение РЗЭ характерно для самых примитивных базальтов D-типа срединно-океанических хребтов [7]. Породы расслоенной серии Мончегорского
Порода/Хондрит
Рис. 2. Хондрит-нормализованные графики распределения РЗЭ в оливин-пижонитовых толеитах и породах расслоенной серии Мончегорского плутона по данным [6].
786 ФЕДОТОВ и др.
Таблица 1. Химический состав дайковых толеитов (мас. % и г/т)
Компонент 1 2 Компонент 1 2 Компонент 1 2
44.94 45.3 Си 67.9 198 Ьа 0.635 0.780
ТЮ2 0.76 1.4 Ga 14.7 19.0 Се 2.34 2.61
А1203 14.33 13.45 Ш 0.404 0.590 Рг 0.495 0.520
Ре2°3 14.28 18.87 № 0.413 0.970 № 3.54 3.44
МпО 0.21 0.25 N1 220 56.6 Sm 1.82 1.41
мбо 10.81 7.6 РЬ <0.9 <0.9 Еи 0.896 0.605
СаО 13.70 12.5 Rb <0.6 <0.6 Gd 2.50 1.89
№20 1.03 1.23 Sr 92.1 105 ТЬ 0.399 0.339
К2О <0.05 <0.05 Та 0.030 0.080 Dy 2.97 2.27
Р2О5 <0.05 0.10 Th <0.1 <0.1 Но 0.657 0.497
П.п.п. —0.23 —0.41 V 329 432 Ег 1.88 1.48
Сумма 99.83 99.84 У 14.2 17.8 Тт 0.315 0.224
Ва 5.58 6.60 7п 96.7 136 уь 1.81 1.33
Со 66.8 65.8 7г 9.57 14.5 Ьи 0.279 0.213
Сг 451 35.4
Примечание. Анализы выполнены методом 1СР в центре геохимических исследований Нанси, Франция. 1 — оливиновый и 2 — пижонитовый толеиты.
Таблица 2. Изотопные Sm—Nd- и Rb—Sr-данные в низкокалиевых толеитах
№ обр. Содержание, ррт 147Sm/144Nd 143Nd/144Nd Возраст, млн. лет £ш(Т)
Sm №
М1-1856 0.941 1.919 0.296448 0.514282 ± 10 2507 —0.13
М1-1982 1.592 3.531 0.272620 0.513998 ± 13 2507 2.03
М1-2019 1.328 3.250 0.247033 0.513589 ± 10 2507 2.30
2293 1.538 4.361 0.213165 0.512904 ± 21 2507 —0.15
2296 1.026 2.181 0.284376 0.514355 ± 11 2507 5.22
2298 1.738 4.774 0.220071 0.513130 ± 21 2507 2.04
2299 1.081 2.871 0.227567 0.513168 ± 20 2507 0.36
2365 1.193 2.757 0.261690 0.513847 ± 10 2507 ± 20 3.30
Срх 2.300 4.800 0.29492 0.514431 ± 4
Р1 0.200 0.800 0.12011 0.511539 ± 17
Rb Sr 87Rb/86Sr 8^г/8^г ЫТ)
2365 1.0 92.7 0.030754 0.70219 ± 32 2507 0.701079
Примечание. Анализы выполнены на масс-спектрометрах 'Тт^ап-МАТ 262" (RPQ)—Sm—Nd и МИ-1201Т—Rb—Sr по методике [8, 9].
плутона наоборот обогащены легкими РЗЭ ((Ьа/УЬ)^ = 5-6).
Для оценки возраста даек и природы мантийного источника были изучены Sm—Nd- и Rb—Sr-изотопные системы низкокалиевых толеитов (табл. 2). Времени кристаллизации породы отвечает изохрона (Р1, Срх, WR) — 2507 ± 20 млн. лет (рис. 3). Самые высокие оценки возраста, полу-
ченные для пород Мончегорского плутона — 2507 ± 9, Мончетундровского массива — 2505 ± 6 и для дайки габбро-норита, прорывающей дуниты, — 2506 ± 10 млн. лет [6], близки оценке возраста то-леита. Это однозначно указывает на принадлежность пород к одному магматическому событию. Но относительный возраст у них, скорее всего, разный. Дайки низкокалиевых толеитов не уста-
ТОЛЕИТЫ ИЗ ДЕПЛЕТИРОВАННОИ СУБКРАТОННОИ МАНТИИ
787
143Nd/144Nd 0.515
0.514
0.513
0.512
0.511
Л У PI
2507 ± 20 млн. лет СКВО = 0.103
£Nd = +3.3
X WR
X
Cpx
/
0.08 0.12 0.16 0.20 0.24 0.28 0.32
147Sm/144Nd
Рис. 3. Sm-Nd-изохрона для плагиоклаза (Pl), клино-пироксена (Cpx) и породы в целом (WR) из образца оливинового толеита 2365, Пентландитовое ущелье.
£Nd
+4
+2 0 -2
С
DM
BSE
7°
• i
О 2
>. Расслоенные массивы о \ Балтийского щита
0.700
0.702
0.704
0.706
'Sr
Рис. 4. Корреляционная диаграмма изотопных отношений SNd и Isr на время 2.5 млрд. лет для оливин-пи-жонитовых толеитов (1) и пород Мончегорского плутона (2). DM — деплетированная мантия, BSE — первичный однородный резервуар [10], данные по расслоенным интрузивам [9].
новлены в породах расслоенных массивов в отличие от молодых даек габбро-норитов, микрогаббро, гранофиров и микрогранитов корневой зоны Мончегорского плутона.
В образцах низкокалиевых толеитов из разных даек значение еш для времени 2507 млн. лет варьирует от —0.15 до +5.2 при явном преобладании положительных значений (табл. 2). Положительному значению еш(7) в толеитах соответствует параметр /^(Т) = 0.70108 (табл. 2). Эти данные говорят о том, что исх
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.