CC BY
39
УДК 551+552,4 (234, 74)
ЭВОЛЮЦИЯ ВЕЩЕСТВЕННОГО СОСТАВА СУПРАКРУСТАЛЬНЫХ КОМПЛЕКСОВ
АРХЕЯ КОЛЬСКОГО РЕГИОНА
Н. Е. Козлов 1,2, Н. О. Сорохтин 1,2,3, Е. В. Мартынов 1,2
1Геологический институт КНЦ РАН, Апатиты, [email protected] 2Апатитский филиал МГТУ, Апатиты 3Институт океанологии РАН им П. П. Ширшова, Москва
В статье рассматриваются вопросы эволюции состава супракрустальных комплексов архея Кольского региона. Для относительного возраста формирования каждого из них была разработана оригинальная методика, основанная на выявлении их геохимических особенностей и позволяющая в заданных рядах совокупностей выявить эволюционный тренд их дометаморфического развития. Таким образом удалось показать не только пространственно-временную изменчивость их составов, но и то, что наиболее древними из них являются супракрустальные комплексы Кейвского домена.
Ключевые слова: эволюция состава, супракрустальные породы, докембрий, эволюционный тренд.
EVOLUTION OF THE MATERIAL COMPOSITION OF THE ARCHEAN SUPRACRUSTAL COMPLEXES OF THE KOLA REGION
N. E. Kozlov 4 N. O. Sorokhtin W, E. V. Martynov 1,2
1 Geological Institute KSC RAS, Apatity 2 MSTU Apatity Branch, Apatity 3 P. P. Shishov Institute of Oceanology of RAS, Moscow
This article discusses the evolution of the composition of the Archean supracrustal complexes of the Kola region. An original technique based on the detection of their geochemical features has been developed to determine the relative age of formation of each of them allowing a given series sets to determine the evolutionary trend of their premethamorphic development. It gave an opportunity to determine not only the spatial and temporal variability of their composition but also show that the most ancient of them are supracrustal complexes of the Keivy domain.
Keywords: evolution of the composition, supracrustal rocks, Precambrian, evolutionary trend.
Введение
Архейские образования
Кольского региона представлены метаморфитами одноименной гра-нулито-гнейсовой области (ГГО) и значительной частью породных комплексов Беломорского подвижного пояса (рис. 1). С востока и юго-востока Кольская ГГО перекрывается чехлом Русской плиты, а с северо-востока и севера ограничена разломом Карпинского в Баренцевом море. Палеопротерозойские структурно -вещественные комплексы региона представлены зеленока-
менными ассоциациями Печенга-Имандра-Варзуга-Устьпонойского пояса, рассекающего архейские структуры с запада на восток.
Исследование дометаморфиче-ской эволюции архейских образований Кольского региона (как и многих других регионов мира) сопряжено с трудностями определения про-толитов структурно-вещественных комплексов и восстановления последовательности их формирования. В связи с этим одной из первостепенных задач докембрийской геологии является разработка методов
пространственно-временного распределения геологических тел и комплексов. Понимая, что при решении этой проблемы будущее, без сомнения, принадлежит изотопной геохимии и геохронологии, авторы настоящей работы полагают, что определенную роль в данных вопросах могут играть и петрогеохимические методы, позволяющие использовать данные о трендах изменения состава пород и их ассоциаций во времени, как это было показано ранее [2,3].
ЪестНик ИГ Коми НЦ УрО РАН, январь, 2015 г., № 1
ÜÍ
ной коры северо-восточной части Балтийского щита ([2] с дополнениями). Домены коры: 1 — Мурманский, 2 — Кольско-Норвежский, 3 — Лоттинский, 4 — Кейвский, 4а — Верхнепонойский, 5 — Восточно-Кольский, 6 — Чапомский, 7 — Терский. Зеленокаменные и гранулитовые пояса: 8—10 — архейские: 8 — Лапландско-Колвицкий, 9 — Титовско-Колмозерский (Колмозеро-Воронья), 10 — Сергозерско-Стрельнинский; 11, 12 — неопротерозойские: 11 — Печенга-Имандра-Варзуга-Устьпонойский, 12 — Северо-Карельский; 13 — рифтогенные и окраинно-конти-нентальные отложения рифейского возраста
Объекты и методы исследования, постановка задачи
Для нахождения тенденций в изменении вещественного состава ранее нами был предложен метод поиска линейного тренда отличий в заданных рядах совокупностей при введенном исследователем отношении частичного порядка [3]. Это позволило существенно расширить круг решаемых задач при исследовании закономерностей изменчивости вещественного состава горных пород для произвольного количества геологических объектов, описываемых совокупностями многомерных показателей. Тем самым была получена возможность искать тренды относительно множества геологических объектов, для части которых изначально не определены их взаимоотношения (в отличие от традиционных статистических методов) и обычные требования, например, близости к нормальному распределению и др., могут не выполняться.
Методологически авторы придерживались выбранного ранее подхода — сравнения однотипных по петрогеохимической номенклатуре образований. При реконструкции
первичной природы использовалась известная методика [5]. С учетом того, что она не дает однозначного ответа на вопрос о первичной природе некоторой части пород кислого состава (так же, как и иные разработанные для этих целей методы), при расчете различных параметров, характеризующих условия осадкона-копления, задача решалась в двух вариантах. Все породы, точки состава которых попали в поле перекрытия осадочных и магматических образований, были отнесены и к той, и к другой группе, и далее сравнивались закономерности, выявляющиеся при том или ином варианте реконструкций.
Результаты и обсуждение
Ранее нами [3] с использованием метода поиска тренда отличий в заданных рядах совокупностей был найден фактор, позволяющий с определенной долей вероятности ранжировать архейские метабазиты Кольского региона (а следовательно, и переслаивающиеся с ними ме-татерригенные породные комплексы) по времени формирования их
протолитов (рис. 2). При этом они сравнивались с древнейшими мета-морфитами Карелии (Водлозерский блок), Канады и Гренландии. Кроме того, было показано, что при дополнении этих данных сведениями о составе палеопротерозойских ба-зитовых метамагматитов отчетливо просматривается цикличность эволюции состава пород раннедокем-брийских комплексов региона.
В ходе настоящего исследования эти материалы были дополнены информацией о составе архейских су-пракрустальных образований, которые могут быть интерпретированы по первичной природе как осадочные. Для их геохимической характеристики были использованы такие параметры, как интенсивность выветривания (Wj) и значение параметров А в метасубграувакках и К в метапелитах [5], химический индекс изменения CIA [8], индекс изменения плагиоклаза PIA [7], а также данные о содержании в выборках метапелитов, ме-таморфизованные аналоги которых, как и исследованные ранее метаба-зиты, распознаются в метаморфических комплексах наиболее надежно и достаточно широко распространены в пределах большинства изученных раннедокембрийских породных ассоциаций. Перечисленные методики, достаточно широко использующиеся геологами-докембристами, были выбраны из всего многообразия разработанных на сегодня методов в силу определенной преемственности с предшествующими работами авторов настоящей статьи. Эти данные были дополнены сведениями об особенностях состава метабазитов.
Кроме того, в качестве «эталонных» для раннедокембрийских образований Кольского региона были рассмотрены тенденции изменения перечисленных выше параметров в ходе эволюции терригенных пород палеопротерозойских толщ, положение которых в разрезах соответствующих комплексов, а следовательно, и ранжирование по времени формирования их протолитов, в отличие от архейских структур, установлено геолого-структурными и геохронологическими методами достаточно надежно [1]. Всего в работе было использовано около 1800 полных силикатных анализов метаосадочных пород и более 1500 анализов метабазитов.
Результаты сопоставлений приведены в таблице. При переходе от более ранних образований палео-
1а 1 23 456 7 8 —I-©-.—о—т-00-1—ОСЬ-©-нЗ-Т-к ^
24 25 26
Рис. 2. Положение точек составов архейских метабазитов Кольского региона в сравнении с образованиями Карелии (Водлозерский блок), Канады, Гренландии на факторе Г:= 0.34 8Ю2-0.46 ТЮ2+0.25 А1203+0.19£Ге+0.19 Мп0-0.07 Мв0+0.38 Са0-0.24 №20-0.57 К20, значимом на 5%-м уровне значимости [3]: 1а — древнейшие образования Карелии, Канады, Гренландии; 1—8 — домены Кольского региона: 1 — Кейвский, 2 — Лоттинский (аллареченский и нотозерский комплексы), 3 — Чапомский, Терский 4 — Кольско-Норвежский, 5 — Мурманский, 6 — Беломорский подвижный пояс; 7—8 — архейские пояса Кольского региона: 7 — Лапландско-Колвицкий, 8 — Титовско-Колмозерский (Колмозеро-Воронья)
протерозоя Кольского региона к более поздним наблюдается возрастание количества метапелитов в группе метаосадочных пород, параметров Wj, CIA, PIA, глиноземистости метасубграувакк, а также уменьшение параметра К в метапелитах. Все перечисленные тенденции свидетельствуют о возрастании от ранних к более поздним периодам па-леопротерозоя степени осадочной дифференциации, степени выветривания (разложения) пород и в более широком плане — об относительной стабилизации к концу палеопроте-розоя тектонического режима, что представляется вполне закономерным и ожидаемым. Таким образом, выбранные петрогеохимические характеристики достаточно корректны для описания тенденций, наблюдающихся в пределах геологических систем Кольского региона.
Аналогичные тенденции наблюдаются и для архейских образований, расположенных в последовательности, отражающей их положение на факторе Р1 (рис. 2) и подчеркивающей правомерность предложенной ранее трактовки относительного возраста формирования их протолитов (см. таблицу). При более дробном разделении архейских образований на «слагающие крупные площади» (группы 2+3 и 4+5+6) и «формирующие пояса» (группы 7 и 8) структуры эти тенденции проявляются еще более отчетливо, подчеркивают наличие внутри архея Кольского региона импульсов активизации и стабилизации тектонических режимов. Тенденций изменения исследованных параметров при переходе от группы (2+3) к группе (4+5+6) и от группы 7 к группе 8, сходны с тенденциям и характеризу-
ющим и палеопротерозойский период развития региона. Такому выводу не противоречит и изменение состава метабазитов: к концу выделенных циклов характерно некоторое снижение количества их глиноземистых разностей (см. таблицу).
Отдельно следует остановиться на особенностях состава метаморфических образований Кейвского домена. Ранее было показано [3], что метабазиты этой структуры с учетом положения их составов на «временном» факторе могут рассматриваться как древнейшие в Кольском регионе образования, наиболее близкие по составу к древнейшим породам Канады, Гренландии и Карелии (рис. 2). Поскольку подавляющее количество метабазитов сосредоточено в пределах патчервтундровской свиты, реже в низах лебяжинской свиты [5], для поиска тенденций из-
Изменение некоторых петрогеохимических параметров в супракрусталъных образованиях раннедокембрийских комплексов Кольского региона в сравнении с данными по Канаде, Гренландии и Центральной Карелии
Параметры №№ групп пород*
1а Ii 2+3 4+5+6 Ь 1з I2+I3 7 8 9 10
Количество проб метаосадочных пород в группах 37** 67 39 85 100 120 141 177 183 202 77 101 260 303 175 199 192 225 76 96 192 214
Количество метабазитов в выборках 76 208 117 141 - - - 200 93 367 356
Глиноземистость метасубграувакк (А по [5]) 20.8 8.7 44.5 21.1 25.1 12.1 28.4 11.3 48.8 22.7 52.3 47.2 49.8 30.9 28.9 20.9 41.9 23.4 27.2 14.9 38.9 26.8
Количество метапелитов в группе метаосадочных пород, % 14.3 4.1 12.8 5.9 16.0 13.3 40.8 23.7 88.5 80.2 48.1 36.6 76.5 65.6 29.1 25.6 61.5 52.4 32.9 26.0 48.9 43.9
Значение параметра К [5] в метапелитах 8.07 -8.8 2.4 -3.4 1.36 8.35 3.43 8.38 -7.9 13.6 -8.3
Интенсивность выветривания Wi [5] 11.1 17.7 27.1 12.9 16.4 8.6 38.7 14.3 198.5 182.3 88.5 75.2 165.9 146.6 33.6 27.3 50.3 38.4 38.6 30.2 37.4 34.3
Химический индекс изменения CIA [8] 53.8 52.2 59.7 55.9 57.1 56.3 60.3 56.7 84.1 81.9 71.6 69.3 80.4 77.7 59.5 58.7 62.8 61.3 59.1 58.6 61.0 61.1
Индекс изменения плагиоклаза PIA [7] 54.8 53.1 63.4 58.7 59.5 61.1 62.9 58.6 88.5 86.6 80.1 78.2 86.1 83.8 62.7 61.6 64.8 63.1 65.1 63.9 65.0 65.4
Доля глиноземистых метабазитов в группе основных пород, % 61.8 57.7 57.3 56.7 - - - 67.0 46.6 36.8 34.0
»номера групп архейских образований 1а — 8 соответствуют номерам на рис. 2. Группа 1 разделена на свиты: 11 — лебяжинскую и патчервтундровскую, 1г — червуртскую и выхчуртскую, 1з — песцовотундровскую. Группа 9 — породы среднего Карелия, группа 10 — образования верхнего Карелия (калевия) Кольского региона;
**в числителе — количество проб и значения соответствующих показателей при их расчете лишь для тех пород, осадочная протоприрода которых распознается однозначно, в знаменателе — эти же данные для групп, где все неоднозначно определенные (нераспознанные) породы отнесены к группе метаосадочных. Поскольку поле метапелитов не перекрывается полем метамагматитов, для них значение неизменно при любом варианте реконструкции первичной природы пород в выборке.
Âecmtutê ИГ Коми НЦ УрО РАН, январь, 2015 г., № 1
менения параметров осадконако-пления в древнейших образованиях Кейвской структуры были выбраны метаосадочные породы этих свит.
Характер изменения исследованных параметров при переходе от метаосадочных пород Канады, Гренландии и Карелии к аналогичным по протоприроде образованиям Кейвской структуры сходен с тенденциями, выявленными для других раннедокембрийских комплексов региона (см. таблицу). Напомним, что метабазиты Кейв имеют минимальные для региона значения фактора (рис. 2). Всё вышеизложенное позволяет предполагать, что супракрустальные комплексы патчервтундровской и ле-бяжинской свит могли формироваться на завершающем этапе более древнего в сравнении с другими архейскими комплексами региона цикла, начало которого маркируют древнейшие породные ассоциации Канады, Гренландии и Карелии. Метаосадочные породы Кейвского домена, входящие в данную группу, формировались в этом случае в условиях тектонической стабилизации, предшествовавшей началу следующего периода, в который были сформированы супракрустальные комплексы остальных архейских доменов, а затем, на завершающем этапе, также поясов Кольского региона. В это же время шло формирование и верхних частей кейвского разреза.
Вопрос о более определенном месте метаосадочных пород червурт-ской, выхчуртской и песцовотунд-
ровской свиты Кейв в общей истории формирования породных ассоциаций требует дальнейшего изучения. По петрогеохимическим характеристикам они близки к другим образованиям архея Кольского региона (см. таблицу).
Такой вариант трактовки возраста кейвских образований не противоречит геологическим данным. Напомним, что метаморфические преобразования супракрустальных комплексов Кейвского домена протекали в условиях амфиболитовой и эпидот-амфиболитовой фаций, что существенно отличает их от образований прилегающего к нему с запада Кольско-Норвежского домена, где породы претерпели полиметаморфические преобразования в условиях от амфиболитовой до гранулито-вой фации повышенных давлений [4]. Таким образом, сегодня на одном гипсометрическом уровне совмещены структурно-вещественные комплексы, образованные (и преобразованные) на различных глубинах.
По имеющимся в настоящее время геологическим и геофизическим данным, азимуты падения поверхностей всех геологических границ Кейвского домена направлены в сторону его сочленения с другими областями коры. Это позволяет предполагать, что все окружающие континентальные массивы надвинулись на него и сформировали в позднеархейскую (ребольскую) фазу складчатости опоясывающие оро-генные пояса. Сам Кейвский микро-
континент был притоплен, а на его поверхности, сложенной метавулка-нитами и, возможно, переслаивающимися с ними метаосадочными породами, начал формироваться про-топлатформенный чехольный комплекс. Один из основополагающих законов теории тектоники литос-ферных плит гласит, что более древняя литосфера всегда субдуцирует (поддвигается) под более молодую плиту того же типа. Это позволило ранее [6] предположить, что кора Кейвского домена заведомо древнее всех прилегающих к ней участков коры континентального типа.
Выводы
1. Использование разработанного ранее [3] метода поиска тренда отличий в заданных рядах совокупностей и определения с его помощью относительного времени формирования протолитов различных породных ассоциаций позволяет выявить черты цикличности изменения параметров осадконакопления и изменения характеристик тектонических режимов в ходе формирования раннедокембрийских комплексов Кольского региона.
2. Особенности вещественного состава супракрустальных комплексов низов разреза Кейвского домена (лебяжинская, патчервтунд-ровская свиты) позволяют предполагать, что их протолиты являются древнейшими в пределах Кольского региона образованиями.
Литература
1. Предовский А. А., Мележик В. А., Болотов В. И., Федотов Ж А., Басалаев А. А., Козлов Н. Е., Иванов А. А., Жангуров А. А., Скуфьин П. К., Любцов В. В. Вулканизм и седиментогенез докембрия северо-востока Балтийского щита // Л.: Наука; Ленингр. отд-ние, 1987. 185 с.
2. Козлов Н. Е., Сорохтин Н. О. Глазнев В. Н., Козлова Н. Е., Иванов А. А., Кудряшов Н. М., Мартынов Е. В., Тюремнов В. А., Матюшкин А. В., Осипенко Л. Г. Геология архея Балтийского щита // СПб.: Наука, 2006. 329 с.
3. Козлов Н. Е., Мартынов Е. В., Сорохтин Н. О., Марчук Т. С. Эволюция вещественного состава метабазитов раннего докембрия Кольского региона // Вестник МГТУ. 2014. Т. 17. № 2. С. 304-313.
4. Петров В. П. и др. Метаморфизм супракрустальных комплексов раннего докембрия (северо-восточная часть Балтийского щита). М.; Л.: Наука, 1986. 272 с.
5. Предовский А. А. Реконструкция условий седиментогенеза и вулканизма раннего докембрия. Л.: Наука, 1980. 152 с.
6. Сорохтин Н. О. Эволюция континентальной литосферы в раннем докембрии (на примере восточной части Балтийского щита): Автореф. докт. дис. Апатиты: Изд-во. КНЦ РАН, 2000. 44 с.
7. Fedo C. M, Nesbitt H. W, Young G. M. Unraveling the effects of potassium metasomatism in sedimentary rocks and paleosols, with implications for paleoweathering conditions and provenance // Geology. 1995. V. 23. P. 921-924.
8. Nesbitt H. W, Young G. M. Early
Proterozoic climates and plate motions inferred from major element chemistry of lutites // Nature. 1982. V. 299. P. 715-717.
References
1. Predovskii A. A., Melezhik V. A., Bolotov V. I., Fedotov Zh. A., Basa-laev A. A., Kozlov N. E., Ivanov A. A., Zhangurov A. A., Skufin P. K., Lyubtsov V. V., Vulkanizm isedimentogenezdokembriya severo-vostoka Baltiiskogo schita (Volcanism and sedimentogenesis of Precambrian North-Eastern Baltic Shield), Leningrad: Nauka, 1987, 185 pp.
2. Kozlov N. E., Sorokhtin N. O., Glaznev V. N., Kozlova N. E., Ivanov A. A., Kudryashov N. M., Martynov E. V., Tyuremnov V. A., Matyushkin A. V., Osipenko L. G., Geologiya arheya Baltiiskogo schita (Geology of Archean Baltic Shield),
Saint-Petersburg: Nauka, 2006, 329 pp.
3. Kozlov N. E., Martynov E. V., Sorohtin N. O., Marchuk T. S., EvoTyutsiya veschestvennogo sostava metabazitov rannego dokembriya KoT'skogo regiona (Evolution of material composition of metabasites of Early Precambrian Kola region) // Vestnik MGTU, 2014, V. 17, No 2, pp. 304-313.
4. Petrov V. P. et al. Metamorfizm suprakrustaTnyh kompTeksov rannego dokembriya: (severo-vostochnaya chast' BaTtiiskogo schita) (Metamorphism of supracrystal complexes ofEarly Precambrian period (north-eastern part of Baltic Shield), Moscow: Nauka, 1986, 272 pp.
5. Predovskii A. A. Rekonstruktsiya uslovii sedimentogeneza i vulkanizma rannego dokembriya. (Reconstruction of sedimentogenesis conditions and volcanism of Early Precambrian period), Leningrad: Nauka, 1980, 152 pp.
6. Sorokhtin N. O. Evolyutsiya kontinentalnoi litosfery v rannem dokembrii (na primere vostochnoi chasti Baltiiskogo schita) (Evolution of continental lithosphere in Early Precambrian (on the example of eastern part of Baltic Shield), Apatity: KSC RAN, 2000, 44 pp.
7. Fedo C. M., Nesbitt H. W., Young G. M. Unraveling the effects of
potassium metasomatism in sedimentary rocks and paleosols, with implications for paleoweathering conditions and provenance // Geology, 1995, V. 23, pp. 921-924.
8. Nesbitt H. W., Young G. M. Early Proterozoic climates and plate motions inferred from major element chemistry of lutites // Nature, 1982, V. 299, pp. 715-717.
Рецензент д. г.-м. н. Я. Э. Юдович
