ПЕТРОЛОГИЯ, 2014, том 22, № 5, с. 496-515
УДК 552.33(470.21)
U-Pb ГЕОХРОНОЛОГИЯ И ИЗОТОПНАЯ (Sr, Nd) СИСТЕМАТИКА МИНЕРАЛОВ ЩЕЛОЧНО-УЛЬТРАОСНОВНЫХ МАССИВОВ
КОЛЬСКОЙ ПРОВИНЦИИ © 2014 г. А. А. Арзамасцев*, Фу-Ян Ву**
*Институт геологии и геохронологии докембрия РАН наб. Макарова, 2, Санкт-Петербург, 199034, Россия; e-mail: arzamas@ipgg.ru **State Key Laboratory of Lithospheric Evolution, Institute of Geology and Geophysics, Chinese Academy of Sciences,
P.O. Box 9825, Beijing 100029, China Получена в редакцию 30.03.2014 г.
Приведены результаты U-Pb геохронологических и изотопно-геохимических (Sr, Nd) исследований (LA-ICP-MS) перовскита, апатита, титанита и кальцита из щелочно-ультраосновных пород палеозойской Кольской щелочной провинции Фенноскандинавского щита. На основе полученных данных в истории формирования палеозойских интрузий этой провинции выделены два главных этапа: 1) образование щелочно-ультраосновных серий массивов Ковдора, Африканды, Турьего мыса, Озерной и Лесной Вараки и др., а также щелочно-ультраосновных серий в составе Хибинского и Ловозерского массивов (385—375 млн лет); 2) формирование агпаитовых сиенитов в Хибинской и Ловозерской кальдерах (375—360 млн лет) и связанных с ними апатито-нефелиновых залежей (370 млн лет). В результате изотопно-геохимических (Sr, Nd) исследований перовскита, апатита и титанита, которые являются главными концентраторами редкоземельных элементов и стронция в щелочно-уль-траосновных породах, показано, что изменение изотопных характеристик (Sr, Nd) этих пород во многом обусловлено коровой контаминацией в ходе подъема родоначальных для них расплавов к поверхности и их кристаллизации в магматических камерах. Это приводит к тому, что изотопные характеристики (Sr, Nd) поздних кристаллизующихся фаз (апатит, титанит) не отражают первичные отношения изотопов Sr и Nd в исходной магме. Ближе всего первичным отношениям в исходных мантийных расплавах отвечают изотопные характеристики фаз (например, перовскита), кристаллизующихся на ранних этапах.
DOI: 10.7868/S0869590314050021
ВВЕДЕНИЕ
К палеозойской Кольской магматической провинции Фенноскандинавского щита относятся гигантские уникальные агпаитовые массивы Хибин и Ловозера, многочисленные щелочно-ультраосновные массивы с карбонатитами, рои даек щелочных пикритов, меланефелинитов, ме-лилититов, нефелинитов и карбонатитов, а также щелочные и субщелочные вулканиты. Щелочные ультрамафиты присутствуют также в составе Хибинского и Ловозерского массивов (Галахов, 1975; Арзамасцев и др., 1998). Хорошая обнаженность территории и доступность большинства массивов Кольской провинции позволяют отнести их к числу эталонных объектов для изучения щелочно-ультраосновных серий. Опубликованные на сегоднящний день результаты геохронологических исследований (Kramm et al., 1993; Kramm, Kogarko, 1994; Amelin, Zaitsev, 2002; Баянова, 2004; Rukhlov, Bell, 2010; Wu et al., 2010а) дают все основания полагать, что проявления палеозойского щелочного магматизма на Фенноскандинав-
ском щите относятся главным образом к интервалу 380—360 млн лет. Кроме того, для субщелочных ультрамафитов из располагающегося вблизи Ловозера массива Курга (Арзамасцев и др., 1999), а также толеитовых даек Баренцевоморского побережья Кольского полуострова (Арзамасцев и др., 2010) получены более древние оценки возрастов (405—390 млн лет). Однако этих данных пока еще недостаточно для полной реконструкции истории формирования Кольской провинции, что во многом обусловлено методическими трудностями геохронологических исследований многофазных щелочно-ультраосновных массивов.
Другой проблемой, актуальность которой возрастает по мере накопления изотопных данных, является идентификация источников, участвовавших в формировании магматических пород Кольской щелочной провинции. Существующие гипотезы образования щелочно-ультраосновных серий предполагают их появление в результате дифференциации и/или ликвации на этапе отделения карбонатитовых фракций (\eks1er й а1.,
1998; Harmer, 1999; Mitchell, 2005; Woolley, Kjars-gard, 2008). Для Кольской провинции, характеризующейся значительными вариациями Sr-Nd изотопных характеристик пород, допускается не-когенетичность карбонатитов и щелочных силикатных пород и их формирование в результате смешения разных порций мантийных расплавов при минимальном участии процессов коровой контаминации (Kramm et al., 1993; Kramm, Kog-arko, 1994; Zaitsev, Bell, 1995; Verhulst et al., 2000; Dunworth, Bell, 2001; Sindern et al., 2004; Lee et al., 2006).
В настоящей статье в плане решения указанных проблем обсуждаются результаты U-Pb геохронологических исследований перовскита из наиболее ранних членов щелочно-ультраоснов-ной серии (оливинитов, пироксенитов, мелили-толитов и фоидолитов), а также результаты изотопно-геохимических (Sr, Nd) исследований перовскита, апатита, титанита и кальцита из этих пород.
ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ ПОЛОЖЕНИЕ ЩЕЛОЧНЫХ ИНТРУЗИЙ КОЛЬСКОЙ ПРОВИНЦИИ И ХАРАКТЕРИСТИКА ИЗУЧЕННЫХ ОБРАЗЦОВ
Проявления щелочного магматизма палеозойской Кольской магматической провинции Фенноскандинавского щита сосредоточены преимущественно в пределах Лапландско-Коль-ско-Беломорской коллизионной зоны, которая интерпретируется как высокопроницаемый мобильный пояс, расположенный между Мурманским и Карельским архейскими кратонами (Митрофанов, 2001; Самсонов и др., 2001; Слабунов, 2008) (рис. 1). Как архейские, так и раннепротеро-зойские образования этих кратонов испытали влияние эндогенных и экзогенных процессов, связанных со свекофеннским орогенезом, который завершился 1.8 млрд лет назад. К этому возрастному рубежу произошла стабилизация главных структур Северо-Восточной Фенноскандии, после которой последовал длительный амагматический период, прерванный в палеозое мощными плюм-лито-сферными процессами, проявившимися в образовании Кольской щелочной провинции.
Первые данные о размещении щелочных интрузий указывали на их пространственную приуроченность к зоне северо-восточного простирания, параллельной области каледонского фронта (Кухаренко и др., 1971). Однако более поздние находки проявлений палеозойского магматизма в разных районах Кольского полуострова свидетельствуют о незакономерном размещении щелочных пород на площади более 100000 км2, в
центре которой располагаются агпаитовые массивы Хибин и Ловозера.
В формировании палеозойских магматических комплексов северо-восточной части Фенноскан-динавского щита можно выделить три стадии: 1) инициальную стадию (405—380 млн лет), во время которой произошло заложение Хибинской, Ловозерской и Контозерской кальдер и частичное заполнение их субщелочными вулканитами; 2) главную стадию магматической активности (380—360 млн лет), в течение которой образовались многофазные комплексы Хибин и Ловозера и интрузии щелочно-ультраосновных пород с карбонатитами; 3) заключительную стадию (370—360 млн лет), во время которой были сформированы рои даек и трубки взрыва щелочных пикритов, меланефелинитов, мелилититов и кимберлитов (Арзамасцев и др., 2009).
Щелочно-ультраосновные серии представлены в интрузиях, имеющих многофазное строение. Наблюдаемая зональность строения тел отражает следующую последовательность внедрения пород серии: 1) оливинит, 2) пироксенит, 3) мели-литовые породы (турьяит, мелилитолит, окаит), 4) якупирангит-мельтейгит, 5) ийолит, 6) нефе-линовый/канкринитовый сиенит, 7) карбонати-ты и фоскориты. Наиболее полный набор пород представлен в Ковдорском, Вуориярвинском и Ту-рьемысском массивах, тогда как в остальных интрузиях на современном эрозионном срезе вскрыты лишь отдельные группы пород.
Помимо главных породообразующих минералов, в породах щелочно-ультраосновной серии сквозными акцессорными минералами-концентраторами REE являются: перовскит, апатит и титанит (табл. 1). В оливините из массива Лесная Варака (обр. Z-11) перовскит, присутствующий в количестве 1—5 об. %, представлен редкими округлыми и гипидиоморфными зернами размером 0.1—0.3 мм, располагающимися в интерсти-циях между оливином и магнетитом. В пироксе-ните содержание перовскита варьирует в пределах 5—20 об. %, достигая максимума (25—30 об. %) в перовскитовых рудах массивов Африканда и Ву-ориярви. Перовскит образует относительно крупные (1—4 мм) идиоморфные зерна. Нередки включения зерен перовскита в клинопироксене. Пегма-тоидная перовскит-апатитовая порода (обр. 4-OV), присутствующая в виде ксенолитов в ийолитах массива Озерная Варака, представляет, по-видимому, кумулат, сформировавшийся на ранней стадии становления массива. В мелилитовых породах (обр. 282/71, 282/83, 1010/1059) перовскит ксеноморфен и располагается в интерстициях. В фоидолитах перовскит, как правило, присутствует в виде реликтовых зерен, частично замещен-
с.ш.
- 67°
66°
в.д.
Рис. 1. Схема размещения палеозойских щелочных интрузий Кольской щелочной провинции.
1 — палеозойские щелочные интрузии агпаитовых сиенитов (а) и щелочно-ультраосновных пород с карбонатитами (б); 2 — осадочные комплексы рифейского возраста; 3 — вулканогенно-осадочные образования палеопротерозойских рифтогенных структур; 4 — гранулитовые пояса; 5 — архейские метавулканиты основного, среднего и кислого состава. Показаны возрасты щелочных интрузий по данным (Amelin, Zaitsev, 2002; Arzamastsev, Petrovsky, 2012; Downes et al., 2005; Арзамасцев и др., 1999, 2009; Kramm et al., 1993; Kramm, Kogarko, 1994; Rukhlov, Bell, 2010; Wu et al., 2010с).
ных титанитом. Перовскит поздней генерации образует каймы вокруг зерен магнетита. В Хибинах перовскит присутствует как в ксенолитах пи-роксенитов (обр. KHI-1338), так и в мелкозернистых ийолитах, образующих линзы в апатито-не-фелиновых рудах (обр. KHI-1, KHI-2).
Представительные химические анализы перов-скитов приведены в табл. 2. Они характеризуются высоким отношением (La/Yb)N, варьирующим в пределах 600—1000 (рис. 2). Наиболее высокие величины отношения (La/Yb)N, достигающие значений 1100, установлены в перовските из фоидоли-тов массива Озерная Варака. В отличие от прочих проанализированных образцов, в перовските из оливинитов установлены наиболее низкие содержания Sr, Nb, а та
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.