CC BY
45
Геолого-петрогеохимические особенности и метаморфизм архейских пород северо-восточного обрамления Печенги как критерий выбора их в качестве гомологов глубинных пород разреза СГ-3
H.Е. Козлов1'2, Е.В. Мартынов1'2, Н.Е. Козлова1'2, A.A. Иванов1,
3 2
Ю.П. Смирнов , A.B. Колодкина
1 Геологический институт КНЦ РАН, Апатиты
2 Апатитский филиал МГТУ
3 Научно-производственный центр "Кольская сверхглубокая "
Аннотация. Работа базируется на имеющихся в ГИ КНЦ и НПЦ "Кольская сверхглубокая" каменных и аналитических материалах, в т.ч. базах петрогеохимических данных общим объемом около 20000 полных силикатных химических анализов различных гнейсов и амфиболитов Кольского региона, включая порядка 2000 анализов пород из КСГ-3, а также на оригинальных методиках обработки информации. Показано, что в качестве гомологов метаморфитов архейского разреза КСГ-3, наиболее пригодных для сравнения на минеральном уровне, могут рассматриваться образования, развитые в северном-северо-восточном обрамлении Печенгской структуры.
Abstract. The paper has been based on materials and data of the Geologic institute of KSC RAS and Scientific Centre "Kola Superdeep" and also original methods of information processing. The work has proved that the formations of the northern and north-eastern frame of the Pechenga structure can be considered as homologues of the Archaean superdeep borehole metamorphites most suitable for comparison at a mineral level.
I. Состояние проблемы
Проблема поиска гомологов метаморфитов Кольской сверхглубокой скважины (КСГ-3) обсуждается в литературе достаточно давно. Наиболее активные дискуссии по этому вопросу связаны с постановкой исследований по Проекту № 408 МПГК ЮНЕСКО "Сравнение состава, структуры и физических свойств пород и минералов в Кольской сверхглубокой скважине и их гомологах на поверхности". Авторы настоящей публикации в ходе работ по данному Проекту также неоднократно обращались к этой проблеме (Козлов и др., 2000; 2001а,б; Kozlov et al, 2001), что существенно облегчает изложение новых материалов. Следует подчеркнуть, что в работе разделяются вопросы поиска гомологов и выбора из их числа тех, которые могут быть использованы для решения задачи, поставленной Проектом.
Ввиду неоднозначности трактовки многих методологических положений различными исследователями, прежде, чем перейти к описанию полученных результатов, необходимо определить, что под термином "гомологи" нами понимаются образования, относившиеся изначально к предположительно единым комплексам, т.е. одновозрастные по времени формирования протолитов породы и породные ассоциации, сформированные в одинаковой геодинамической обстановке, имеющие одинаковое внутреннее строение, средний химический и нормативный минеральный составы.
Следует еще раз подчеркнуть также, что метаморфизм не входит, по нашему мнению, в число критериев гомологичности, а сходство минеральных составов не является обязательным, так как в случае полизональных преобразований одни и те же тела могут находиться в разных зонах и, соответственно, иметь различный модальный минеральный состав. Кроме того, вряд ли в качестве строгого критерия могут быть использованы данные о соотношении тех или иных разновидностей пород, учитывая обычную для докембрийских комплексов региона латеральную изменчивость как по мощности, так и по составу разновидностей слагающих их образований.
Таким образом, отдавая бесспорный приоритет геологическим данным, можно полагать, что при недостатке геологической информации лишь петрогеохимические материалы могут служить приемлемым критерием поиска гомологов пород КСГ-3 на поверхности. Данный тезис можно аргументировать на примере Печенгской структуры. В связи с ее прекрасной геологической изученностью вопросов о поиске на поверхности гомологов печенгского разреза, вскрытого КСГ-3, не возникает. Поэтому степень достоверности перечисленных выше критериев можно оценить применительно к метаморфитам данной структуры по соответствию полученных с их помощью выводов данным, однозначно определенным благодаря имеющейся геологической информации.
Используя сведения о геологическом строении Печенгской структуры и ее метаморфизме (Загородный и др., 1964; Беляев, Петров, 1974), можно утверждать, что корреляция протерозойских образований в разрезе КСГ-3 и на поверхности по степени метаморфических преобразований (и, соответственно, по составу минералов) или по мощности разновидностей пород представляется крайне проблематичной. По крайней мере, многие районы распространения печенгских образований на поверхности были бы отвергнуты ввиду их отличия по метаморфизму или по соотношению в разрезе тех или иных разновидностей пород.
Так, к примеру, если брать в качестве критерия для сопоставления метаморфические ассоциации, породы свиты матерт, для которых характерен метаморфизм от пренит-пумпеллиитовой до биотит-актинолитовой фации (Петров, Волошина, 1995), не были бы в полном объеме идентифицированы с образованиями этой же свиты, вскрытыми скважиной, поскольку преобразованы там в обстановке исключительно пренит-пумпеллиитовой фации (Кольская сверхглубокая, 1984). Также не очень ясно, когда в качестве эталона при сопоставлении используется соотношение тех или иных типов пород. К примеру, в пределах нижнеколасйокской подсвиты в выходах на поверхности в пределах 25 км по латерали мощности меняются от 50 до 170 м при полном исчезновении в некоторых частях разреза таких реперных комплексов, как косослоистые аркозовые и кварц-полевошпатовые гематитовые метапсаммиты или, скажем, метапсаммиты с линзами гравелитов и конгломератов или ораногенные доломиты (Мележик, Предовский, 1982, рис. 24, с.64).
Таким образом, при отсутствии надежных геологических данных в качестве возможного источника информации о местонахождении гомологов могут служить лишь сведения о составе пород. Насколько надежно решение данной задачи с использованием разработанных авторами методик, будет показано ниже.
2. Методика исследований
Подробное изложение методики приведено в серии публикаций (Козлов, 2001а,б; КжЬу а1., 2001), поэтому в данной работе мы остановимся лишь на некоторых моментах, связанных с ее усовершенствованием. Наиболее существенный момент при поиске гомологов - удачный выбор меры близости (отличия) составов породных ассоциаций на глубине и поверхности. Рассмотрим эту проблему при решении задач данного класса.
Как правило, эти составы представлены неоднородными выборками (полимодальное распределение составов, наличие аномальных значений и т.п.), поэтому использование методов прямого их сопоставления на основе известных статистических критериев представляется некорректным. Кроме того, номенклатуры пород, слагающих сравниваемые ассоциации, не всегда находятся в однозначном соответствии между собой.
В такой ситуации сначала необходимо провести сравнение для каждой отдельной породы, входящей в состав обеих ассоциаций, и только затем будет возможно получить оценку степени соответствия этих ассоциаций "в целом". При этом вывод о гомологичности образований должен осуществляться с учетом как степени соответствия набора пород в ассоциациях, так и статистических оценок соответствия составов однотипных пород.
Рассмотрим две ассоциации горных пород: А и В. Первая представлена выборкой составов пород, слагающих эту ассоциацию, X = {х,}, где х - «-мерный вектор состава соответствующей пробы, а п - число измеренных параметров состава. Аналогично, вторая представлена выборкой У = {у}. Таким образом, каждый тип пород ассоциации А представлен выборкой (к-му типу соответствует выборка Хк). При этом выполнено соотношение X = иХк (для ассоциации В, соответственно, имеет место соотношение У = и У).
Для целей сравнения однотипных пород (в рамках выбранной классификации) из ассоциаций А и В, представленных выборками Хк и У, введем меру их близости (отличия). А именно, будем говорить об их полном соответствии (Хк = У), если многомерные средние этих выборок отличаются статистически незначимо при выбранном уровне значимости а (обычно выбирается а= 0.05 или а= 0.01). При сравнении средних можно использовать непараметрический критерий Пури-Сена-Тамуры (Справочник..., 1987, с.76-77). В случае, когда гипотеза о равенстве средних выборокХк и У отвергается, для оценки степени отличия составов можно воспользоваться значением статистики Пури-Сена-Тамуры Л(Хк,У ), а именно: чем больше значение этой статистики, тем выше степень отличия составов.
Если ассоциации А и В представлены одним и тем же набором породных разновидностей, то в качестве меры их близости (отличия) может быть выбрана следующая величина: ДА,В) = Е^х^соУ))}, где г(хк^,со(Ук)) - обычное евклидово расстояние от состава пробы х^ из к-ой породной разновидности ассоциации А до выпуклой оболочки со(Ук) выборки составов к-ой разновидности ассоциации В, Е{.} - среднее этих расстояний для всех проб породной ассоциации А. Следует отметить, что обычно ДА,В) Ф р(В,А).
При сравнении эталонной ассоциации А с некоторой совокупностью ассоциаций {Вь...,Вт} ассоциация В,- будет наиболее близка к А, по сравнению с другими, если при выбранном уровне значимости выполняются статистические гипотезы: р(А,В-) < ДА,Вк) для всех к ФПричем для проверки гипотезы р(А,В-) < ДА,Вк) предлагается использовать упомянутый выше критерий Пури-Сена-Тамуры.
При сравнении ассоциаций пород, подвергнувшихся метаморфизму, использование этой меры связано с рядом ограничений. Во-первых, в ходе метаморфических преобразований в породах могут существенно меняться содержания некоторых компонентов. Во-вторых, использование указанной меры предполагает, что все образования исследуемых ассоциаций надежно классифицированы относительно их первичной природы по породным разновидностям. Поэтому сначала необходимо осуществить пересчет химических составов пород, исключив влияние компонент, наименее устойчивых в процессах метаморфизма.
Это можно сделать следующим образом: выбрав устойчивые компоненты состава, пересчитать их на 100 %, исключив из рассмотрения остальные. После этого, сравнение ассоциаций А и В предлагается проводить по схеме, приведенной ниже.
Одна из выборок составов, например У (ассоциация В), подвергается кластеризации (разделению на некоторое заранее неизвестное число статистически однородных непересекающихся групп): У = {У,}. Алгоритм такого рода кластеризации известен (Справочник..., 1987, с.83-87). Затем вычисляется мера сходства между А и В: ДА,В) = Е{ш1пкг(х,-,со(Ук))}. Здесь г(х,-,со(Ук)) - обычное евклидово расстояние от состава пробы х, из ассоциации А, охарактеризованной выборкой X, до выпуклой оболочки кластера представленного выборкой Ук, а Е{.} - оценка среднего этих расстояний для всех проб породной ассоциации А. В качестве этой оценки можно выбрать медиану.
Отметим, что соотношение ДА,В) = ДВ,А) чаще всего не выполняется. Поэтому наиболее надежный результат при сравнении эталонной ассоциации А с некоторой совокупностью ассоциаций {Вь...,Вт} будет получен в следующем случае: ассоциация В,- наиболее близка к А, по сравнению с другими, если ДА,В,-) < р(А,В,), ДВ,-,А) < ДВ^А) для любого ] Ф - и эти соотношения статистически значимы при выбранном уровне значимости.
Поскольку не всегда полученные оценки позволяют выбрать единственно возможный вариант, для окончательного решения необходимо использовать дополнительные критерии сходства, например, близость структур ковариационной и корреляционной матриц. Сходство связей между компонентами состава является, по нашему мнению, одним из важных критериев.
Возможности данной методики были изучены на примере поиска на поверхности гомологов печенгского разреза КСГ-3. Поскольку геологические материалы позволяют решать эту задачу однозначно, в данном случае был возможен строгий контроль за результатом геохимических исследований. Как это видно на рис. 1, все без исключения комплексы метаморфитов Печенгской структуры удовлетворительно коррелируют с соответствующими им в разрезе толщами, т.е. узнаются, следовательно, задача поиска гомологов может быть решена с помощью разработанного авторами метода достаточно надежно и с высокой степенью достоверности.
l-толща КСГ-3
Рис. 1. Степень сходства метаморфитов I, II, III и IV
толщ протерозойского разреза КСГ-3 и соответствующих комплексов Печенги. Чем меньше значение коэффициента отличия, тем больше сходство сравниваемых объектов
IVтолща КСГ-3
толщи Печенгской структуры
3. Обсуждение результатов
Ранее нами на основе геолого-петрогеохимических данных в качестве района для поиска гомологов архейских пород, вскрытых в разрезе КСГ-3, была выбрана территория к северу-северо-востоку от скважины (Козлов и др., 2000; 2001а,б), в пределах комплекса Ярфиорд-Кола (рис. 2). Поскольку при любых подходах к поиску гомологов приоритет, без сомнения, следует отдавать геологическим материалам, а именно соответствие наших выводов геологическим данным чаше всего вызывает вопросы некоторых исследователей, остановимся на этом подробнее.
Как указывалось ранее (Добржинецкая и др., 1993), "корреляция архейских пород между Серварангером и Кольским полуостровом невозможна без привлечения к интерпретации модели тектонических террейнов. Норвежско-Кольский террейн отличается от Сванвик-Лоттинского по следующим критериям: структуры разграничения, положение зеленокаменных поясов, состав нижней коры, запечатленный в гранитоидном магматизме в ходе орогении". С юга Норвежско-Кольский террейн ограничен поясом Бьерневатн-Оленегорск.
1-3 - раннепротерозойские интрузии:
1 - граниты и гранодиориты Вайноспаа и Лицко-Арагубского комплексов,
2 - плагиограниты, гранодиориты Каскельяврского, Шуонинского, Руоссельского куполов,
3 - граниты Нейден,
4-6 - раннепротерозойские структурно-вещественные комплексы:
4 - Северо-Печенгская зона,
5 - Южно-Печенгская зона,
6 - Лапландский гранулитовый комплекс,
7-15 - позднеархейские структурно-вещественные комплексы:
7 - Беломорский террейн,
8 - террейн Инари,
9-14 - Серварангер-Кольский террейн; комплексы:
9 - Сванвик,
10 - Бранфиллет,
11 - Бьерневатн,
12 - Варангер, Киркенес, Хутоявр,
13 - Ярфиорд-Кола,
14 - Хомпен,
15 - Мурманский террейн, Титовский блок,
16 - раннепротерозойские
а) надвиги,
б) крутопадающие и
в) субвертикальные разломы,
17 - позднеархейские
а) надвиги,
б) крутопадающие разломы,
18 - геофизические профили,
19 - разрывные нарушения неясного падения,
20 - элементы залегания,
21 - местоположение детальных участков
Рис. 2. Схема главных структурных элементов Лапландско-Печенгского района. Составлена В.И. Пожиленко (Сейсмогеологическая модель, 1997) с дополнениями авторов
В аспекте обсуждаемого нами вопроса проблематично, к какому из террейнов принадлежит архейская часть разреза КСГ-3. В этой связи заметим, что геологическая интерпретация архейского разреза КСГ-3 (Сейсмогеологическая модель, 1997), согласно которой границы между комплексами Ярфиорд-Кола, Бьерневатн и Сванвик подсекаются КСГ-3 на различных глубинах и имеют субгоризонтальное положение, является весьма условной. На поверхности все границы между названными комплексами являются тектоническими и крутопадающими, и нет прямых геологических наблюдений, позволяющих говорить хотя бы о тенденции к выполаживанию их под Печенгской структурой, как предлагает и на чем основывается названная гипотеза.
Установлено, что отложения Печенги занимали в протерозое, вероятно, более обширную, чем сегодня, площадь (Вулканизм и седиментогенез..., 1987). Если выполаживание разломов под Печенгской структурой имело место, оно должно было бы фиксироваться на поверхности в ее обрамлении (т.е. на территории, которая некогда также находилась под Печенгской структурой), чего в действительности не наблюдается. Более того, палеолитологические реконструкции (Вулканизм и седиментогенез..., 1987) свидетельствуют о том, что, по крайней мере, на ранних этапах развития Печенгской структуры более глубокими являлись не южные и юго-восточные, а северные и северо-западные части палеобассейна, что делает названную схему геодинамического развития региона еще более проблематичной.
В связи с изложенным гипотеза о погружении блоков, сформированных архейскими толщами, с выполаживанием существующих крутых разломов между комплексами Киркенес, Сванвик, Бьерневатн
(Сейсмогеологическая модель, 1997), имеет право на существование лишь как один из возможных вариантов сценария тектонического развития района, причем довольно проблематичный. С такой же долей вероятности можно предполагать блоковое опускание архейских пород в период формирования Печенгской структуры по серии крутых сбросов. В этом случае упомянутые разломы могли сохраняться крутыми, и интерпретация разреза, вскрытого КСГ-3, была бы иной, к примеру, такой, как это предполагают В.И. Казанский и К.В. Лобанов в той же работе (Сейсмогеологическая модель, 1997). Геофизические материалы о глубинном строении района очень неоднозначны и не противоречат ни одной из названных гипотез.
Таким образом, геологические данные не запрещают корреляцию архейского разреза КСГ-3 как с породами Бьерневатн, так и с образованиями Ярфиорд-Кола. Отметим также, что если другие районы могут представлять интерес с точки зрения обнаружения в их пределах гомологов пород разреза КСГ-3 в зависимости от правомерности той или иной модели, предлагаемый нами район остается объектом для исследования при выборе любой из существующих моделей. Речь идет лишь о том, в пределах каких участков комплекса Ярфиорд-Кола поиск гомологов наиболее вероятен, а также о том, гомологи каких именно толщ архейского разреза КСГ-3 можно встретить на поверхности в северном-северо-восточном обрамлении Печенгской структуры.
Геохронологические данные также не противоречат нашим предложениям о возможном нахождении гомологов разреза КСГ-3 в пределах комплекса Ярфиорд-Кола. Так, в разрезе КСГ-3 наиболее древними являются биотитовые гнейсы 1У-Й толщи (9745 м): 2930±52 млн лет (Бибикова и др., 1993, Кольская сверхглубокая, 1998). Относительно более молодой возраст имеют биотитовые гнейсы I и II толщи: 2832 млн лет и гнейсы IX толщи: 2832±6 - 2835±6 млн лет. Хотя недавно для амфиболитов IX толщи был получен более древний модельный возраст - 2938 млн лет (Bayanova et al., 2001).
Возраст гранитных пегматитов, рвущих тоналитовые гнейсы (гл. 11570-11575, 11747-11750) и фиксирующих процесс позднеархейского метаморфизма, равен 2740±14 млн лет. Возраст гранитизации датирован Ц-РЬ методом по цирконам гранитоидов из основания разреза КСГ-3 в 2225±5 млн лет.
В северо-западном, северном и северо-восточном обрамлении Печенгской структуры развиты образования близкого возраста. Так, для тоналитовых Хомпен гнейсов установлен возраст 2902±9 млн лет (Levchenkov et al, 1995), для эндербитов Веже тундры - 2830±70 млн лет (Бибикова, 1989), тоналитовых гнейсов Сванвик - 2825±34 млн лет (Levchenkov et й1, 1995). Плагиограниты района г. Заполярного (оз. Питьевое) имеют возраст 2753±22 млн лет (Бибикова и др., 1993; Levchenkov et о7., 1995).
В последующем породы архея претерпели неоднократные метаморфические преобразования и гранитизацию 2.50; 2.45-2.30; 2.25-2.20; 2.10-1.90 и 1.82-1.78 млрд лет назад в связи с многократной протерозойской активизацией тектонического режима и процессами базитового магматизма (Сейсмогеологическая модель, 1998). Таким образом, все приведенные датировки не исключают нахождения в северном-северо-восточном обрамлении Печенгской структуры гомологов архейского разреза КСГ-3. Заметим, что цифры возраста, не противоречащие этому выводу, были получены и нами при изучении метаморфитов района баренцевоморского побережья (Козлов и др., 2001а).
Ранее гомологи метаморфитов IX толщи архейского разреза КСГ-3 были выявлены нами на побережье Баренцева моря к северу от пос. Лиинахамари (Козлов и др., 2000; 2001а,б). Тогда же, с учетом различной степени метаморфизма, был сделан вывод, что для поиска участков, пригодных для проведения исследований на уровне сопоставления состава минералов, необходимо проведение детальных работ не на баренцевоморском побережье, а вблизи Печенгской структуры, где степень метаморфических преобразований близка к наблюдаемой в разрезе КСГ-3. Исходя из этого дальнейшие детальные исследования проводились нами в районе горы Генеральской и на площади от пос. Луостари до р. Титовка (рис. 2).
Северо-восточное и восточное обрамление Печенгской структуры отличается от других частей Кольско-Норвежского мегаблока более низкой степенью метаморфизма (силлиманит-ставролитовая субфация амфиболитовой фации по О.А. Беляеву с соавторами, 1977). В связи с этим одни исследователи рассматривали гнейсы данного района в качестве образований тундровой серии, коррелируя их с гнейсами тальинской свиты, выделенной в южном обрамлении Печенги (Макиевский, 1973), другие разделяли гнейсы кольской серии на два комплекса и рассматривали их в качестве пород более молодого верхнего комплекса (Чудинова и др., 1987).
Для восточного обрамления Печенги (р-н пос. Луостари) характерно преобладание северовосточных структур, сохраняющихся при продвижении к юго-востоку - востоку (в р-ны горы Кариквайвиша, ст. Перевал) (Радченко и др., 1992) и наблюдающихся в реликтовых блоках, окаймляемых наложенными более поздними зонами северо-западной переработки пород.
В ходе настоящего исследования были закартированы в масштабе 1:200 четыре детальных участка. Участок Генеральский (1) расположен под горой Генеральской в максимальном приближении к Печенгской структуре, Луостаринский (2) - у пос. Луостари, Полигонный (3) - в 5 км к Ю-В от Луостари, Студенческий (4) - вблизи р. Титовка (15 км от Луостари), участки обозначены соответствующими номерами на рис. 2.
Таблица. Структурно-возрастная шкала последовательности эндогенных процессов в восточном обрамлении Печенгской структуры
Цикл Этапы деформации Структурные формы
ПРОТЕ- В8 Трещины, смещающие части ксенолита гнейсов в гранитоиде (участок
РОЗОЙ " Луостаринский").
б7 Маломощные сдвиговые левосторонние кварц-хлоритовые зоны. Хорошо проявлены на участке Луостаринский. Располагаются в гранитогнейсах (в них образуются зоны брекчирования, мощностью до 0.5 м и просто очень тонкие зонки рассланцевания). Рассланцовываются апофизы дайки долерита. В этих зонках в долерите наблюдаются мелкие асимметричные складки Ш^-350^74°. На участке Генеральский расланцовываются и хлоритизируются породы интрузии г. Генеральской.
Вб Внедрение даек долеритов СВ простирания участка Луостаринский.
АРХЕИ Вз Совместная деформация гнейсов, пегматитов и гранитоидов - деформация в условиях левостороннего пластического сдвига. На участке Луостаринский в складки изгибается граница между гнейсами и гранитоидами. Ш^-314^55°. На Полигонном полюса СЦПС рассеиваются вокруг Ш^315^30°, на Студенческом - вокруг Ш^338^50°. По маршрутным пересечениям СЦПС рассеивается вокруг Ш^-328^50°. В гранитоидах наблюдаются прямые кварцевые жилы (в одном случае система эшелонированных жил), свидетельствующие о направлении сжатия на участке Луостаринский примерно по линии 230°, на Полигонном - 290°. Возможно внедрение прямых жил плагиогранитов параллельно ОП складок?
В4 Внедрение гранитоидов (в них наблюдаются реликты уже испытавших деформацию гнейсов). Гранитоиды секут крылья ранних складок и Б1, смятую в пологие изгибы.
Вз Деформация, обусловившая структурный рисунок гнейсов на участке Луостаринский. Пологие изгибы Б1, рассеивание полюсов Б1 вокруг Ш^-225^50°. Возможно, эта деформация вызвала ундуляцию шарниров ранних складок. Простирание гнейсов на данном участке СЗ-ЮВ.
В2, Р2, Ш2 Смятие перечисленных плоскостных текстур в изоклинальные складки. В редких обнажениях наблюдается обычно один реликтовой замок такой складки. На участке Луостаринский Ш^122^30°, на Полигонном Ш^40^50°, на Генеральском Ш^218^18-35°, по маршрутам шарниры таких редких ранних складок0 Ш^-350^74°. Параллельно их осевым плоскостям (ОП^168^65°) образуются пегматиты мощностью от первых см до 20 м (простирание пегматитов 230-280°). Наблюдается развитие новой сланцеватости и образование второй, более крупной генерации граната в гранат-биотитовых гнейсах.
Бь шь 8! Деформация, с которой связано образование тонкой мигматитовой полосчатости. На участке Полигонный мигматитовая полосчатость представлена существенно кварцевыми жилами. Возможно, с этой же деформацией связано появление здесь зон окварцованных бластомилонитов?
Яо Первичная полосчатость, обусловленная чередованием пород, исходных для серо-ржавых м/з биотитовых, ржавых гранат-биотитовых, гранат-биотитовых с высокоглиноземистыми минералами.
Данный район сложен чередованием биотитовых, гранат-биотитовых и гранат-биотитовых с высокоглиноземистыми минералами гнейсов, предположительно супракрустального генезиса, но отсутствие хороших маркирующих горизонтов и плохая обнаженность затрудняют выявление его структуры. Последовательность эндогенных процессов отражена в таблице.
В целом здесь отмечается выдержанное простирание пегматитов 230-280°, параллельных осевым поверхностям реликтовых складок, т.е. ранняя деформация обусловила СВ простирание пород. Более поздняя сдвиговая деформация, в которой участвуют и гнейсы и гранитоиды, не была интенсивной, так как практически везде наблюдаются сохранившиеся секущие соотношения между гнейсами и гранитоидами.
Рис. 3. Ксенолиты метаморфических пород в гранитоидном веществе восточного-северо-восточного
обрамления Печенги, район Питьевого озера
Обе названные деформации не изменили СВ простирания гнейсов, что отличает этот район от побережья Баренцева моря, где преобладают СЗ простирания пород. Редкие синпеченгские дайки долеритов имеют СВ простирание и пересекаются меридиональными низкотемпературными (кварц-хлоритовыми) сдвиговыми зонами.
В целом надо отметить, что хотя биотитовые и гранат-биотитовые гнейсы и составляют первичную геологическую основу района, их количество именно здесь, вблизи Печенгской структуры, незначительно, а основной фон представлен более поздними гранитоидами (в соотношении 3:2), внедренными после одного или двух этапов складчатости гнейсов. Последние сохраняются в гранитоидном веществе в виде ксенолитов разного масштаба (рис. 3). Встречаемость ранних реликтовых замков складок увеличивается по мере приближения к Печенгской структуре. Ранние асимметричные складки имеют СВ - ЮЗ пологое погружение шарниров, и на участке Генеральский (рис. 4) по их зеркалу можно предположительно установить реликтовое северо-восточное простирание пород и падение в юго-западном направлении. Северо-западная переработка пород проявлена в этом районе в виде открытых-сжатых СЗ складок и дискретных СЗ зон.
Исходя из вышеизложенного, движение от первого к четвертому участку предполагает продвижение вкрест простирания пород. Эти данные подтверждаются сведениями по измерению траектории отклонения от вертикали стволов скважины КСГ-3 (установлено, что ствол отклоняется в направлении перпендикуляра к плоскости анизотропии - слоистости, сланцеватости и метаморфической полосчатости). По азимуту отклонения было выявлено также СВ простирание этих плоскостей анизотропии для архейской части разреза (Кольская сверхглубокая, 1998, рис. 10.4).
Рис. 4. Геологическая карта участка Генеральский, составили: Н.Е. Козлова, A.B. Колодкина, А.П. Филатьев, С.Е. Царев. 1 - габбронориты г. Генеральская, 2 - кварцевые жилы, 3 -мелкозернистые граниты, 4 - пегматит-граниты, 5 - мелкозернистые плагиограниты, 6 -биотитовые гнейсы, 7 - элементы залегания сланцеватости-полосчатости, 8 - шарниры складок, 9 - геологические границы: а) прослеженные, б) предполагаемые
Рис. 5. Степень сходства метаморфитов района пос. Луостари в целом (1), а также пород детальных участков Генеральский и Луостаринский (участок 1 на данном рис.), Полигонный (участок 2), Студенческий (участок 3) и породных ассоциаций соответствующих толщ архейского разреза КСГ-3. Чем меньше значение коэффициента отличия, тем больше сходство сравниваемых объектов
Рис. 6. Классификационная диаграмма для кварц-нормативных пород (Дубровский, 1987). 1-7 - гранитоиды КСГ-3. 1- граниты,
2 - пегматиты,
3 - мигматиты,
4 - плагиопегматиты,
5 - гнейсограниты,
6 - пегматит-граниты,
7 - плагиограниты, 8,9 - гранитоиды р-на п. Луостари - р. Титовка:
8 - лейкограниты,
9 - микроклиновые граниты Поля:
10 - щелочно-полевошпатовые сиениты,
11 - сиениты,
12 - монцониты,
13 - монцодиориты,
14 - диориты, 10'-11' - кварцевые разновидности 10-14
Исследование вещественного состава комплексов пород, обнаженных в пределах изученных участков, и сопоставление их с метаморфитами архейского разреза КСГ-3 позволяет наметить ряд закономерностей. Данные породы, взятые как единая совокупность, максимально сходны с образованиями толщи II КСГ-3 (рис. 5). При этом метаморфиты участка 1 максимально сходны с толщей I, в то время как по мере продвижения вкрест простирания пород, предположительно вниз по разрезу, последовательно возрастает сходство с толщей II и затем с еще более глубокими горизонтами разреза КСГ-3.
Таким образом, можно достаточно достоверно коррелировать породы изученных участков с метаморфитами наименее глубинных толщ архейского разреза КСГ-3. При этом сходный характер метаморфических преобразований позволяет рассматривать образцы, отобранные на названных участках, как объекты для реализации задач, определенных Проектом № 408 МПГК ЮНЕСКО.
Среди гранитоидов изученных детальных участков по геологическим данным выделяются следующие типы:
1. Ранние прожилки в мигматизированных биотитовых, гранат-биотитовых и глиноземистых гнейсах (1а - мигматиты в биотитовых гнейсах, 16 - мигматиты в глиноземистых гнейсах). Различные гранитоиды, секущие ранние структуры в гнейсах и слагающие массивы разных размеров (2а - микроклиновые граниты и лейкограниты, 26 - плагиограниты). Пегматиты и гранит - пегматиты различной мощности. Поздние прямолинейные тонкие жилки мелкозернистых плагиогранитов.
Данные химических анализов различных гранитоидов толщ I и II КСГ-3 и некоторых групп гранитоидов детальных участков на классификационной диаграмме М.И. Дубровского (1987) для кварц-нормативных пород попадают в сходные поля (рис. 6), при этом образования детальных участков и КСГ-3 несколько отличаются по содержанию кварца, что может быть связано с различной степенью плавления исходного субстрата при палингенезе. Таким образом, данные по петрохимии гранитоидов также не противоречат предположению о возможности обнаружения гомологов разреза КСГ-3 в северном - северо-восточном обрамлении Печенгской структуры.
4. Выводы
1. Предложенная авторами методика поиска гомологов глубинных пород на поверхности позволяет делать это с высокой степенью достоверности.
2. Приведенные геолого-петрогеохимические данные позволяют рассматривать метаморфиты северовосточного обрамления Печенги как возможные гомологи глубинных пород, вскрытых КСГ-3 в пределах толщ I-IV.
Авторы признательны Ю.Н. Яковлеву за помощь в подборе аналитических материалов и консультации. Особую признательность авторы выражают руководителям ПРОЕКТА № 408 МПГК ЮНЕСКО директору ГИ КНЦ РАН, профессору, академику РАН Ф.П. Митрофанову и начальнику НПЦ "Кольская сверхглубокая" Д.М. Губерману за постоянную поддержку настоящих исследований.
Литература
Bayanova T.B., Mitrofanov F.P., Delenitzin A.A., Zhavkov V.A., Yakovlev Yu.N., Cuberman D.M. and Yakovleva A.K. The Archaean Sm-Nd model ages of the Kola Superdeep borehole amphibolites.
SVEKALAPKO 6th WS, Lammi, Finland, 29.11-2.12.2001, p.8, 2001. Kozlov N.E., Martynov E.V., Kozlova N.E. and Ivanov A.A. Geologic-geochemical features of metamorphic rocks in the Kola Superdeep Borehole drill-site area in the complex of searching for deep homologues. Terra Nova, Strasbourg, France. EUGXI. Abstracts, p.607, 2001. Levchenkov O.A., Levsky L.K., Nordgulen O., Dobrzhinetskaya L., Vetrin V.R., Cobbing J., Nilsson L.P. and Sturt B.A. U-Pb zircon ages from Servaranger. Norway and the western part of the Kola Peninsula. NGU. Spec. Publ, N 7, p.29-49, 1995. Беляев O.A., Загородный В.Г., Петров В.П., Волошина З.М. Фации регионального метаморфизма
Кольского полуострова. Л., Наука, 88 е., 1977. Беляев O.A., Петров В.П. Региональный метаморфизм кристаллических пород Печенгско-Аллареченского района. Региональная геология, металлогения и геофизика. Апатиты, изд. Кол. фил. АН СССР, c.9-15, 1974. Бибикова E.B. U-Pb геохронология ранних этапов развития древних щитов. М., Наука, 180 е., 1989. Бибикова Е.В., Ветрин В.Р., Кирнозова Т.П., Макаров В.А., Смирнов Ю.П. Геохронология и корреляция пород нижней части разреза Кольской сверхглубокой скважины. Докл. РАН, т.332, № 3, c.360-363, 1993.
Вулканизм и седиментогенез докембрия северо-востока Балтийского щита. Л., Наука, 185 е., 1987. Добржинецкая Л.Ф., Нордгулен О., Ветрин В.Р., Коббин Д., Стерт А.Б. Корреляция архейских пород на площадях Сер-Варангер Норвегии и Кольского полуострова России (Балтийский щит). NGU тезисы, Киркенес, c.14, 1993. Дубровский М.И. Петрохимическая классификация алюмосиликатных плутонических горных пород.
Апатиты, изд. Кол. фил. АН СССР, 37 е., 1987. Загородный В.Г., Мирская Д.Д., Суслова С.Н. Геологическое строение Печенгской осадочно-
вулканогенной серии. Л., Наука, 208 е., 1964. Козлов Н.Е, Мартынов Е.В, Козлова Н.Е., Иванов A.A. Петрогеохимические особенности метаморфитов геопространства Кольской СГ-3 как критерий выбора их в качестве гомологов глубинных пород (методологический аспект). Геохимия, 20016, в печати. Козлов Н.Е., Аведисян A.A., Иванов А.А, Каулина Т.В, Козлова Н.Е., Мартынов Е.В, Морозов Ю.А., Припачкин В.А., Смирнов Ю.П., Шолпо В.Н., Яковлев Ю.Н., Яковлева А.К. Вещественные гомологи метаморфитов низов архейского разреза Кольской СГ-3 (IX толща в интервале глубин 11411-11708 м) в обнажениях затуломской структуры Кольско-Норвежского домена. Мурманск, изд. МГТУ, 65 е., 2001а.
Козлов Н.Е., Иванов А.А, Козлова Н.Е., Мартынов Е.В. Геолого-петрогеохимические особенности архейских метаморфитов района заложения Кольской СГ-3 как критерий выбора их в качестве гомологов глубинных пород. Результаты изучения глубинного вещества и физических процессов в разрезе Кольской сверхглубокой скважины до глубины 12261 м. Апатиты, КНЦРАН, c.68-71, 2000.
Кольская сверхглубокая. Исследование глубинного строения континентальной коры с помощью бурения Кольской сверхглубокой скважины. Под ред. Е.А. Козловского. М., Недра, 490 е., 1984.
Кольская сверхглубокая. Научные результаты и опыт исследований. Под ред. В.П. Орлова и Н.П. Лаверова. М., МФ "Технонефтегаз", 260 е., 1998.
Макиевский С.И. Геология метаморфических толщ северо-запада Кольского полуострова. Л., Наука, 149 е., 1973.
Мележик В.А., Предовский A.A. Геохимия раннепротерозойского литогенеза (на примере северо-востока Балтийского щита). Л., Наука, 208 е., 1982.
Петров В.П., Волошина З.М. Региональный метаморфизм пород Печенгской структуры. Магматизм, седиментогенез и геодинамика Печенгской палеорифтогенной структуры. Апатиты, изд. КНЦ РАН, c.164-183, 1995.
Радченко А.Т., Балаганский В.В., Виноградов А.Н., Голионко Г.Б., Петров В.П., Пожиленко В.И., Радченко М.К. Докембрийская тектоника северо-восточной части Балтийского щита. СПб, Наука, 111 е., 1992.
Сейсмогеологическая модель литосферы Северной Европы: Лапландско-Печенгский район. Под. ред. Шарова Н.В. Апатиты, КНЦРАН, 225 е., 1997.
Сейсмогеологическая модель литосферы Северной Европы: Баренцрегион. Ред. Ф.П. Митрофанов, Н.В. Шаров. 4.1, Апатиты, изд-во КНЦРАН, 237 е., 1998.
Справочник по математическим методам в геологии. М., Наука, 335 е., 1987.
Чудинова В.Е., Минц М.В., Глаголев A.A. Вопросы стратиграфии и метаморфизма пород фундамента Печенгской структуры. Изв. АН СССР, сер. геол., c.58-67, 1987.
