CC BY
48
К геохимии редкоземельных элементов в Лапландском гранулитовом комплексе (Балтийский щит)
А.Б. Вревский1, Г.М. Другова1, Н.Е. Козлов2'3, С.Г. Скублов1
1 Институт геологии и геохронологии докембрия РАН Геологический институт КНЦ РАН ъАпатитский филиал МГТУ
Аннотация. Новые данные по распределению редкоземельных элементов (РЗЭ) в Лапландском гранулитовом комплексе (ЛГК) для участков Явр, Лотта и Ловнозеро позволяют сделать вывод о принадлежности норитов, габбро-норитов Ловнозера к единой магматической серии, содержание РЗЭ в которых определяется их кремнекислотностью. Эти метаинтрузивные породы резко отличаются от основных кристаллических сланцев (метавулканитов толеитовой и известково-щелочной серии) более высоким содержанием легких лантаноидов и более дифференцированным их распределением, как и у интрузивных эндербитов, которые к тому же обладают высокой положительной европиевой аномалией. Сходное распределение РЗЭ отмечается в гранатовых гранитах из толщи парагнейсов, что подчеркивает их сходное с перемещенными эндербитами геологическое положение. Содержание и распределение РЗЭ и редких элементов в гранатовых гнейсах участков Явр и Лотта показывает их практическую идентичность, что наряду с петрологическими данными означает их принадлежность к единому гранулитовому комплексу. Слабая отрицательная Eu-аномалия в гнейсах сопряжена с положительной аномалией по Eu в гранитах и может быть следствием перераспределения Eu в период мигматизации и анатексиса. Кривые распределения РЗЭ в гнейсах ЛГК весьма сходны с таковыми в гнейсах кольской серии архейского возраста, что вместе с соотношениями Th-Hf-Co и Th-La-Sc, а также с уровнем содержания ряда редких элементов (Cr, Ni) делает возможным предположение об архейском возрасте протолита для ЛГК.
Abstract. The new data on the distribution of the rare earth elements (REE) in the Lapland Granulite Complex (LGC) for Yavr, Lotta and Lovozero allow to conclude that Lovozero norites and gabbronorites belong to a single magmatic series, REE contents of which is determined by their silicicity. These metaintrusive rocks are quite different from the basic schists (metavolcanics of the tholeiitic and calc-alcali formation) by higher content of light lanthanides and by more differentiated distribution of them. The intrusive enderbites reveal the analogous difference and they also possess of high positive europium anomaly. The similar REE distribution is presented in the garnetiferous granites from the paragneises unit. This fact underlies their similar geological position with the displaced enderbites. The content and REE distribution in the garnet gneisses of the Yavr and Lotta districts show their practical identity that along with the petrologic data determine their belonging to a single granulite complex. Low negative EU-anomaly in gneisses mates with the positive Eu-anomaly in granites and this may be a result of the Eu-redistribution in the period of migmatization and anatexis. The curves of REE distribution in the gneisses of the LGC are similar to ones of the Kola series of the Archaean age. This phenomenon and the relations of Th-Hf-Co and Th-La-Sc and the content level of some REE (Cr, Ni) make it possible to determine the protolith of the LGC as Archaean.
1. Введение
В настоящей работе приводятся результаты изучения поведения редких и редкоземельных
элементов в породах ЛГК на основании новых аналитических данных. Вследствие малой изменчивости соотношений между РЗЭ в породах при последующем их преобразовании возможно использование РЗЭ для определения генезиса пород и способа образования протолитов, что особенно важно для глубоко и неоднократно метаморфизованных комплексов. Полученные в последнее время геохимические данные по лапландским гранулитам относятся к трем участкам, показанным на рис. 1: Явр (бассейн р. Явр или Яурийоки), Ловнозеро (район оз. Ловнозеро) и Лотта (бассейн р. Лотты). Подробное описание геологического строения ЛГК приводится во многих работах Н.Е. Козлова (1990, 1995, 1998) и других исследователей, поэтому здесь дается лишь краткая характеристика участков отбора проб.
1 - Мурманский блок;
2 - Сидварангер блок и Кольский кратон;
3 - Кольская сутурная зона (Печенгская серия);
4 - кратон Инари;
5 - Лапландский и Кандалакшский гранулитовые пояса (кислые гранулиты);
6 - комплекс пояса Танаелв (по Н.Е. Козлову, 1995 -метаосадочно-вулканогенная толща гранулитового пояса);
7 - Южно-Лапландский кратон;
8 - нефелиновые сиениты;
9 - гранитоиды;
10 - габбро-анортозиты;
11 - разрывные нарушения.
Участки отбора образцов: I - Явр; II - Лотта; III -Ловнозеро
Рис. 1. Геолого-структурная схема северной части Балтийского щита (Фонарев, Крейлен, 1995)
2. Геологическое строение участков опробования
Участок Явр расположен в западной части гранулитового комплекса и целиком находится в пределах распространения кислых гранулитов. Преобладают гранат-биотитовые, гранат-силлиманитовые гнейсы с прослоями основных кристаллических сланцев и кварцито-гнейсов. Породы представляют собой послойные мигматиты, инъецированные мелкими, преимущественно согласными телами белых гранатовых гранитов. Залегание пород субширотное с пологим падением на север. Текстуры полосчатые, тонкополосчатые, образованные чередованием более и менее темных гнейсов, обогащенных и обедненных гранатом. Нами наблюдались секущие контакты гранатовых гранитов и гранатовых пегматитов с гнейсами. Прослои основных кристаллических сланцев по мощности достигают нескольких метров и представлены двупироксен-плагиоклазовыми или гиперстен-плагиоклазовыми сланцами. Петрохимические и геохимические данные свидетельствуют об осадочной природе толщи кислых гранулитов, преимущественно грауваккового, субграуваккового и пелитового состава (Козлов, 1995), в которой прослои сланцев образовались за счет вулканитов. В последнее время исследователи находят все больше доказательств неоднократности метаморфизма в ЛГК (Фонарев, Крейлен, 1995; Beljaev, Kozlov, 1997), о чем свидетельствует зональность минералов и смена минеральных парагенезисов. Чаще всего образование зональности в минералах отражает этап регрессивного метаморфизма - понижение температуры и давления.
Участок Ловнозеро расположен южнее р. Лотты, на северо-западном берегу оз. Ловнозеро и сложен гранулитами: гранатовыми гнейсами, кристаллическими сланцами, эндербитами, содержащими согласные тела габбро-норитов и норитов, которые, в свою очередь, пересечены массой жил кварцевых диоритов, пегматитов. Сигарообразные линзовидные тела норитов погружаются на северо-восток, согласно с линейностью вмещающих пород. Несмотря на преобладающее согласное залегание, изредка наблюдается несогласное положение базитовых тел по отношению к простиранию окружающих пород. Массивы базитов, как правило, не дифференцированы. Интрузивные эндербиты содержат остроугольные ксенолиты не только гранатовых гнейсов, но и норитов (Козлов и др., 1990). В отличие от уч. Явр, в ловнозерском участке среди гранулитов преобладают эндербиты и пироксен-плагиоклазовые сланцы, кислые гранулиты (гнейсы) распространены меньше. Залегание гранулитов северо-восточное с падением на северо-запад и юго-восток под углами 30-50°.
Участок Лотта расположен в 12 км северо-западнее уч. Ловнозеро на правобережье р. Лотты. Вместе с уч. Ловнозеро уч. Лотта относится к Лоттинской зоне ЛГК, которая отличается от центральной и южной части ЛГК более низкобарическим (высокоградиентным) режимом метаморфизма. На участке Лотта широко распространены безгранатовые пироксен-плагиоклазовые и пироксен-амфибол-плагиоклазовые сланцы, гранат-биотитовые и гранат-силлиманит-кордиеритовые гнейсы, интенсивно мигматизированные и часто диафторированные. Подобно уч. Явр, среди кислых гранулитов (парагнейсов) встречаются прослои кварцито-гнейсов. Залегание пород варьирует от запад-северозападного до субширотного и северо-восточного, с крутым падением в северных румбах. Отмечаются целые зоны сильно диафторированных сланцев, превращенных в амфиболиты. Гранулиты инъецированы гранатовыми гранитами и плагиогранитами, гиперстеновыми диоритами, пегматитами.
3. Геохимия редкоземельных элементов
Геохимия редкоземельных элементов изучалась в основных кристаллических сланцах (уч. Явр и Лотта), в норитах и эндербитах (уч. Ловнозеро), а также в гранатовых гнейсах и гранитах (уч. Явр и Лотта). Для пород уч. Явр определение РЗЭ сделано методом ИНАА (статистическая погрешность 5-28 %), определение редких элементов - методом РФА (относительная ошибка менее 10 % для всех элементов) в ИГГД РАН. Для участков Ловнозеро и Лотта распределение РЗЭ изучалось методом ICP (Университет г. Гранада, Испания). Состав хондрита заимствован из работы S.-S. Sun и R. Nesbitt (1978).
Основные кристаллические сланцы по содержанию и распределению РЗЭ можно разделить на две группы. К первой, преобладающей, относятся кристаллические сланцы участка Явр (обр. 621, 621а, 629в, 601, 632 - табл. 1, рис. 2) и сланец ЛН-124 на участке Лотта (табл. 2, рис. 3): они характеризуются слабо дифференцированным распределением легких РЗЭ с 50-70-кратным обогащением относительно хондрита. Из основных кристаллических сланцев (рис. 2) резко выделяются обр. 627г и 627д, которые, по существу, являются плагиогнейсами, отличаются сильно дифференцированным распределением РЗЭ в области легких и средних лантаноидов и сильно обеднены тяжелыми РЗЭ. В канском гранулитовом комплексе такую же форму распределения имеют гиперстеновые гнейсы андезитового состава (Ножкин, Туркина, 1993). Ко второй группе относится безгранатовый сланец ЛН-130 с уч. Лотта (рис. 3), значительно обедненный легкими РЗЭ и с относительно ровным распределением тяжелых РЗЭ (в 10-15 раз выше хондритового). В первой группе сланцев отношение (La/Yb)N = 1.50-7.74, в обр. ЛН-130 -(La/Yb)N= 0.42. Распределение лантаноидов в основных кристаллических сланцах лапландских гранулитов весьма сходно с распределением их в толеитах зеленокаменных поясов по К. Конди (1983), причем первая группа сланцев сравнима с толеитами ТН-2, вторая - с толеитами ТН-1 (рис. 4). Сланцы, аналогичные обр. ЛН-130, встречены и описаны П. Барби (Barbey et al, 1986) в западной части ЛГК на территории Финляндии в виде мафической дайки, интрудирующей кондалитовую толщу. Подобные дайки образовывались после пика метаморфизма (Т = 800±50°С, Р = 8±1.5 кбар) на спаде давления вне поля устойчивости гранат-клинопироксен-плагиоклазовой ассоциации. Кристаллические сланцы с дифференцированным распределением РЗЭ (типа ТН-2), по данным П. Барби, широко распространены в мафическом поясе Танаелв, с юга и юго-запада обрамляющем ЛГК (рис. 1). По содержанию и распределению лантаноидов основные кристаллические сланцы лапландских гранулитов аналогичны сланцам из гранулитов других регионов, в частности, сланцам канского гранулитового комплекса (Ножкин, Туркина, 1993), некоторым сланцам кольской серии (Авакян, 1992).
200100 50
-10
5
Се N4 Eu ТЪ Но Tro Lu
J_L.
AH 450 АН 124
Lo Pr Sm Gd Er Yb
Рис. 2. Распределение нормированных по хондриту Рис. 3. Распределение нормированных по хондриту содержаний РЗЭ в кристаллических сланцах содержаний РЗЭ в кристаллических сланцах
основного состава уч. Явр основного состава уч. Лотта
Таблица 1. Содержание редкоземельных элементов в породах участка Явр (определение методом ИНАА)
Образец Ьа Се № Яш Ей ТЬ Но УЬ Ьи Ш КЖа К/ЯЬ ЯЬ/Яг Ьа/ТИ Ьа/Яс (Ьа/УЬ)к (ТЬ/УЬ)к т1/гг
606а 45 84 36 7.86 1.2 1.2 1.5 4.0 5.0 0.75 3.75 2.50 7.41 1.30 24.98
608а 43 79 28 5.64 1.67 0.96 3.1 0.78 5.5 0.57 4.17 2.26 6.06 5.59 21.58
607 46 74 28 5.22 1.2 0.84 1.1 2.9 6.9 0.66 6.21 3.53 10.50 12.57 17.15
609 34 71 40 8.48 1.7 1.2 1.5 4.1 2.8 0.12 11.72 1.78 5.49 12.70 50.12
627в 38 70 40 4.89 1.1 0.57 0.66 1.7 6.1 0.14 91.67 0.03 4.75 6.44 14.80 1.47 11.50
629 62 122 52 3.94 2.7 0.29 0.29 0.8 1.9 673.91 20.67 51.32 1.56 4.95
601 10.4 20 12 2.84 1.1 0.5 4.2 0.78 4.0 0.11 18.25 0.35 1.08 2.15 43.47
627г 15 30 15 3.05 0.97 0.34 0.88 0.13 2.5 6.82 0.93 7.44 6.96
627д 32 56 25 3.09 1.64 0.13 0.48 0.07 0.69 0.16 11.85 2.83 28.51 4.77 528.18
632 29 41 29 8.52 2.1 1.6 6.7 1.0 2.4 0.02 38.67 0.65 1.89 4.31 81.10
621 13 32 25 8.2 2.0 0.86 2.2 5.7 3.3 0.04 415 0.01 56.50 0.21 1.50 6.52 130.16
621а 9.3 17 11 3.24 1.1 0.73 0.94 2.5 2.5 0.07 46.50 0.21 2.46 12.70
629в 20 43 29 8.46 1.9 0.59 0.69 1.7 3.4 0.37 262 0.04 86.96 0.65 7.74 15.09 97.15
Примечание. 606а, 609, 627в - гранатовые гнейсы, 607, 608а - гранат-силлиманитовые гнейсы, 629 - гранатовый гранит, 601, 627г, 627д, 632, 621, 621а, 629в -сланцы. Содержания редкоземельных элементов приведены в г/т. Образцы из коллекции Г.М. Друговой.
Таблица 2. Содержание редкоземельных элементов в породах участков Ловнозеро и Лотта (определение методом 1СР)
Образец Ьа Се Рг № Яш Еи ТЬ Бу Но Ег Тш УЬ Ьи К№ К/ЯЬ ЯЬ/Яг Ьа/ТИ Ьа/Яс (Ьа/УЬ)к (ТЬ/УЬ)к Т1/гг
Л-143-2а 9.65 18.10 2.16 8.83 1.72 0.63 1.73 0.27 1.69 0.36 1.02 0.19 1.29 0.20 0.48 268.13 0.11 18.48 0.33 4.94 0.91 116.59
Л-130-1а 14.18 34.58 5.08 23.68 5.00 1.17 4.34 0.59 2.84 0.58 1.42 0.21 1.28 0.20 0.83 256.17 0.06 18.14 5.72 7.35 1.99 61.96
Л-18 25.17 55.86 7.41 33.30 6.90 2.24 6.59 0.99 5.36 1.11 2.73 0.42 2.60 0.38 0.03 136.54 0.02 15.47 0.79 6.40 1.65 170.42
Л-17 31.65 57.97 7.08 29.74 5.17 2.36 4.11 0.57 2.98 0.55 1.29 0.19 1.19 0.18 0.18 1338.4 0.01 60.00 1.57 17.66 2.09 38.06
Л-130-16 30.34 56.11 6.82 29.18 5.21 1.96 3.78 0.50 2.37 0.42 0.90 0.12 0.68 0.10 0.14 1327.6 0.01 53.98 2.10 29.72 3.19 217.89
Л-143-26 28.13 44.11 4.36 15.09 1.86 1.71 0.77 0.11 0.78 0.20 0.55 0.10 0.63 0.09 0.03 42.08 0.03 42.49 1.80 29.71 0.79 192.04
ЛН-125 36.79 59.46 5.84 19.86 2.62 1.81 2.00 0.39 2.79 0.79 2.72 0.53 3.99 0.69 0.16 19.79 2.89 6.10 0.42
ЛН-126 14.06 29.16 3.57 15.65 3.28 1.15 2.97 0.51 2.83 0.55 1.39 0.21 1.30 0.18 0.47 198.33 0.12 18.31 0.96 7.19 1.70 54.71
ЛН-130 2.00 6.33 1.13 6.78 2.48 1.02 3.81 0.71 5.00 1.12 3.13 0.50 3.14 0.47 0.06 13.26 3.86 0.42 9.82
ЛН-124 20.24 41.91 5.36 23.00 5.15 1.47 5.09 0.76 4.54 0.94 2.56 0.39 2.48 0.37 0.38 283.12 0.03 6.71 0.66 5.40 1.59 70.50
ЛН-132 30.25 42.52 4.17 13.53 1.51 2.59 0.62 0.07 0.36 0.07 0.17 0.03 0.16 0.03 0.38 391.70 0.05 72.90 16.24 125.21 1.98 50.03
ЛН-123 32.95 56.37 5.99 21.72 2.96 1.26 2.44 0.36 2.39 0.53 1.53 0.29 1.97 0.35 0.98 258.49 0.19 5.75 2.36 11.08 0.79 32.74
ЛН-127 102.1 182.0 18.44 67.01 7.57 2.41 3.33 0.44 2.37 0.57 1.63 0.29 2.09 0.34 0.47 297.88 0.10 5.01 8.90 32.43 0.92 58.17
Примечание. Участок Ловнозеро: Л-143-2а, Л-130-1а, Л-18 - норигы, Л-17 - диорит, Л-130-16, Л-143-26 - эндербиты. Участок Лола: ЛН-125, ЛН-126 - гнейсы, ЛН-130, ЛН-124 -сланцы, ЛН-132, ЛН-123, ЛН-127 - граниты. Содержания редкоземельных элементов приведены в г/т. Образцы из коллекции Н.Е. Козлова.
а.
2Г
о
X <
<
о
ю
ТН-1 ^—-
1|—1—1_ 111111 1111 11
ТН-1 - основной метавулканит
толеитовой серии ТН-2 - основной метавулканит
известково-щелочной серии
Ьа Се Щ ^би^ТЬ УЬЬи
Рис. 4. Распределение редкоземельных элементов в толеитах зеленокаменных поясов по К. Конди (1983)
Нориты имеют некоторое сходство в распределении РЗЭ с основными кристаллическими сланцами уч. Ловнозеро (рис. 5). Однако, в отличие от основных сланцев, они больше обогащены легкими РЗЭ и характеризуются более дифференцированным их распределением и И-образной формой кривой в области тяжелых РЗЭ. В норитах (с высоким содержанием Сг и N1) намечается слабая положительная или отрицательная европиевая аномалия, в диоритах - четко выраженная положительная аномалия. Отношение (Ьа/УЬ^ = 4.94 - 7.35 (табл. 2). От кристаллических сланцев основного состава эту группу пород отличает не только их интрузивная природа, отраженная в соотношении и содержании петрогенных и редких элементов, но и специфический характер распределения РЗЭ.
Рис. 5. Распределение нормированных по хондриту содержаний РЗЭ в норитах и диорите уч. Ловнозеро
Рис. 6. Распределение нормированных по хондриту содержаний РЗЭ в эндербитах уч. Ловнозеро
Эндербиты (уч. Ловнозеро), территориально связанные с норитами, по РЗЭ существенно от них отличаются (рис. 6). Прежде всего, для эндербитов характерна весьма высокая степень дифференциации лантаноидов, несмотря на значительную основность (содержание 8Ю2 варьирует в пределах 5054 мае. %). В эндербитах содержание легких лантаноидов в 100 раз превышает хондритовое, а тяжелые РЗЭ имеют только 4-5-кратное превышение по сравнению с хондритом. Эндербиты отличаются устойчивой положительной европиевой аномалией, индивидуальной для каждого образца. Би-аномалия в эндербитах обусловлена обогащением этих пород плагиоклазом и напрямую связана со степенью лейкократовости породы. Для чарнокитов и эндербитов вообще отмечается большое разнообразие в распределении РЗЭ и положительная европиевая аномалия (Ножкин, Туркина, 1993). Форма кривых распределения РЗЭ и высокое отношение (Ьа/УЪЫ = 29.71 в ловнозерских эндербитах роднит их с интрузивными гранатовыми гранитами участков Явр и Лотта (рис. 7, 8), где граниты инъецируют метаосадочную толщу гранатовых гнейсов.
Гранатовые гнейсы и граниты, связанные с гнейсами, изучались на уч. Явр и уч. Лотта. На участке Явр РЗЭ определялись в гранат-силлиманитовом и гранат-биотитовых гнейсах и в инъецирующем эти гнейсы гранатовом граните (табл. 1, рис. 7). Кривые распределения РЗЭ в них показывают высокую степень фракционирования (геохимическую дифференциацию) в области легких РЗЭ с отношением (Ьа/УЪк= 7.41-14.80 в гнейсах и 51.32 в граните (обр. 629) при слабо фракционированных тяжелых РЗЭ: отношение (ТЬ/УЬ^ = 1.30 - 1.56 в гранат-биотитовых гнейсах и гранитах и 12.5 в гранат-силлиманитовом гнейсе. В гнейсах наблюдается слабо выраженная отрицательная Би-аномалия, в граните - четкая положительная аномалия.
Гранатовые гнейсы и граниты на участке Лотга (табл. 2, рис. 8) характеризуются сходным с породами участка Явр распределением РЗЭ с отношением (Ьа/УЪ^= 6.10-7.19 в гнейсах и (Ьа/УЬ^= 11.08 - 125.21 в гранитах. Образцы гранитов с уч. Лотга можно разделить на две группы: одна из них, с высокими отношением
(La/Yb)N и высоким содержанием легких РЗЭ, включает перемещенные граниты, секущие гнейсы (обр. ЛН-132, ЛН-127), вторая группа (обр. ЛН-123) - это жильный материал послойных мигматитов с относительно низким отношением (La/Yb)N = 11.08 и почти совпадающей с гнейсовой кривой распределения РЗЭ. Подобное же сходство в распределении РЗЭ между кислыми гранулитами и гранитоидами из послойных мигматиговых жил показали E.H. Терехов и В.И. Левицкий (1993) на примере Кандалакша-Колвицкой структуры (восточное продолжение ЛТК). Степень фракционирования тяжелых РЗЭ для обеих групп гранитов низкая, с U-образной кривой распределения. Проведенное ранее исследование редких и петрогенных элементов в гранатовых гнейсах ЛТК позволило установить их осадочную природу (Козлов и др, 1990). По данным С.Р. Тейлора и С.М. Мак-Леннана (1988) архейские осадочные породы характеризуются широкими вариациями в содержании редких элементов, распределением РЗЭ с наклоном линий от пологих до крутых, высоким содержанием Cr, Ni и, как правило, отсутствием Eu-аномалий. Практически все эти особенности присущи и метаосадочным гранатовым гнейсам ЛТК. Европиевые аномалии в гранулиговых гнейсах Лапландского комплекса только намечаются, положительные аномалии по Eu обнаруживают граниты. Форма кривых распределения РЗЭ почти полностью аналогична распределению РЗЭ в архейских гнейсах кольской серии и в гранитах, с ними связанных. Обычно дефицитом Eu отличаются постархейские породы. Однако и в архейских гранулитах нередко наблюдается отрицательная Eu-аномалия: в кольских гнейсах, в канских гранулитах, что авторы объясняют перераспределением Eu из гнейсов в гранитные выплавки в процессе анатексиса после пика метаморфизма (Авакян, 1992). Некоторые различия в форме кривых распределения РЗЭ в гнейсах уч. Явр и уч. Лотта связаны, возможно, с влиянием первичного состава пород.
Рис. 7. Распределение нормированных по хондриту Рис. 8. Распределение нормированных по хондриту
содержаний РЗЭ в гранатовых гнейсах и граните уч. Явр содержаний РЗЭ в гнейсах и гранитах уч. Лотта
4. Геохимия редких элементов
Геохимия редких элементов пород участка Явр (кристаллических сланцев, гранат-силлиманитовых и гранат-биотитовых гнейсов, гранатовых гранитов) изучалась методом факторного анализа с учетом их минерального состава (табл. 3). На диаграмме значений факторов (рис. 9) точки составов обеих групп гнейсов и кристаллических сланцев образуют практически непересекающиеся поля. Кристаллические сланцы характеризуются повышенными, по сравнению с другими группами, содержаниями сидерофильных элементов: Ге, П, Сг, Со, V. Гранат-силлиманитовые гнейсы обогащены литофильными элементами: 7г, У, КЪ, в меньшей степени - Ва, ЯЪ. Гранат-биотитовые гнейсы, как и кристаллические сланцы, отличаются повышенными содержаниями 8г. Для гранатовых гранитов не представляется возможным установить закономерности в распределении редких элементов. Не исключено, что это связано с недостаточной представительностью выборки (4 анализа для гранатовых гранитов). Пробы 608 и 626а расположены в левой части диаграммы, наряду с гранатовыми гнейсами. Проба 606а соответствует составам гранат-силлиманитовых гнейсов, практически не отличаясь по минеральному составу от упомянутых выше проб гранатовых гранитов. Проба 627е попадает в поле составов кристаллических сланцев в верхней части диаграммы и по содержанию редких элементов больше соответствует основным кристаллическим сланцам, чем более кислым гнейсам и гранитам. Такие геохимические особенности могут быть объяснены только влиянием минерального состава. Проба 627е отобрана из безгранатовой части гранатового гранита, в ней значительно содержание биотита (минерала-концентратора сидерофильных элементов), а среди лейкократовых минералов преобладает плагиоклаз (как и в основных кристаллических сланцах) при отсутствии калиевого полевого шпата.
Таблица 3. Содержание малых элементов и количественный минеральный состав для пород уч. Явр
Обр. ЯЪ Бг У гг №> Т1 Ва Сг N1 Со V БеО ГР ОП КП АМ БТ СИ ПЛ КВ ПШ
245д 37 227 34 225 17 3847 1151 152 39 16 120 7.11 15 0 0 0 15 0 25 45 0
249 112 179 36 173 17 7336 662 311 121 44 225 10.11 10 0 0 0 40 0 50 0 0
249а 69 191 26 199 13 4598 542 256 69 25 134 5.69 0 0 0 60 0 0 30 10 0
2496 9 245 25 203 10 3779 283 276 55 21 118 5.85 0 18 0 10 12 0 50 10 0
249г 51 239 40 245 22 5259 1556 166 46 22 136 8.93 0 0 0 30 10 0 50 10 0
250г 138 268 50 417 23 7101 877 289 96 35 212 11.65 30 0 0 0 25 15 10 20 0
600 96 215 33 219 18 3495 1231 174 31 28 129 7.34 30 0 0 0 5 10 20 30 5
600е 9 295 16 108 6 4403 299 86 36 30 162 7.99 30 15 0 0 15 0 20 15 5
600и 19 425 10 109 <5 4282 429 193 44 26 142 7.16 0 25 0 0 20 0 45 7 3
600к — 441 11 31 <5 4590 224 276 52 54 226 10.11 0 40 10 3 7 0 35 5 0
600л 82 200 27 271 14 5012 1220 166 59 14 115 5.55 20 0 0 0 10 15 10 5 40
601 47 437 19 164 9 7129 686 145 52 24 209 8.76 20 20 0 0 5 0 50 5 0
6026 38 407 5 31 10 9109 572 163 35 30 252 9.01 0 30 0 0 15 0 49 3 3
605 84 154 56 193 24 4153 869 267 48 32 168 11.3 40 0 0 0 0 10 10 15 25
606 82 172 36 150 13 2854 854 70 45 <10 58 3.18 15 0 0 0 15 10 25 20 15
606а 124 165 42 199 19 4972 1158 187 49 23 112 8.34 5 0 0 0 0 0 50 40 5
607 126 191 25 170 8 2915 1032 114 26 18 72 4.68 20 0 0 0 5 10 0 20 45
608 18 530 7 36 <5 715 408 42 7 <10 <30 1.17 2 0 0 0 0 0 55 40 3
608а 133 232 41 180 20 3884 1205 263 36 31 190 9.39 60 0 0 0 0 15 5 5 15
609 70 597 29 86 5 4310 610 81 25 24 133 7.09 20 0 0 0 10 0 45 15 10
610а 107 275 31 181 18 3480 1568 179 15 26 122 6.37 20 0 0 0 5 10 15 25 25
611 104 359 9 104 — 1412 1237 46 14 <10 34 2.03 30 0 0 0 0 3 2 35 30
619 87 189 42 216 19 4347 1035 264 85 36 179 9.49 55 0 0 0 3 10 3 16 13
6206 72 221 27 232 13 3779 1157 147 52 25 113 6.17 30 0 0 0 10 15 15 15 15
625 69 326 22 176 10 1847 1009 92 17 12 54 4.13 18 0 0 0 0 4 13 40 25
626 9 214 35 319 18 2612 237 153 58 21 67 6.79 35 0 0 0 2 3 18 40 2
626а 9 582 13 294 <5 1220 264 58 74 14 <30 1.73 5 0 0 0 0 0 50 40 5
627а <5 306 22 191 10 1849 132 77 35 25 <30 2.64 18 0 0 0 4 0 18 60 0
6276 27 125 25 161 5 1517 274 62 127 <10 <30 2.47 15 0 0 0 0 0 25 60 0
627д 86 550 5 11 <5 5810 419 325 97 45 158 8.5 5 15 0 0 30 0 48 2 0
627е 214 547 <5 9 7 12881 786 165 82 33 235 6.33 0 0 0 0 25 0 70 5 0
6286 94 459 13 18 9 6160 424 152 55 18 167 6.56 10 0 0 0 20 0 40 30 0
629а <5 193 38 203 11 1925 <100 63 139 <10 <30 3.1 20 0 15 0 0 0 20 45 0
631 82 264 23 158 11 2296 1075 123 16 10 59 4.53 18 0 0 0 2 2 10 48 20
632 <5 149 54 88 10 7137 427 103 31 54 310 14.38 0 25 15 25 0 0 35 0 0
6326 <5 171 9 19 <5 2209 <100 977 155 54 136 9.5 0 60 0 10 0 0 30 0 0
622д 184 118 37 184 13 12695 1594 179 86 76 287 17.17 15 0 0 0 35 0 35 15 0
6096 75 456 27 77 4 7215 548 136 80 38 267 9.61 20 20 0 0 25 0 35 0 0
609а 69 594 20 143 6 7292 531 96 71 37 252 8.86 0 30 0 20 15 0 32 3 0
629в 23 628 26 73 5 7092 374 376 97 49 315 11.83 0 20 15 20 5 0 40 0 0
621 2 219 47 114 7 14838 <100 22 20 56 474 18.94 15 25 15 15 0 0 30 0 0
Примечание. Содержания малых элементов приведены в г/т. БеО - суммарное количество железа, в процентах. Количественный минеральный состав определялся в прозрачно-полированных шлифах. Сумма породообразующих минералов приведена к 100 %. ГР - гранат, ОП - ортопироксен, КП -клинопироксен, АМ - роговая обманка, БТ - биотит, СИ - силлиманит, ПЛ - плагиоклаз, КВ - кварц, ПШ - калиевый полевой шпат. Образцы: 249, 249а, 2496, 600е, 600и, 600к, 601, 6026, 609а, 6096, 621, 622д, 627д, 629в - кристаллические сланцы; 250г, 600, 600л, 605, 606, 607, 608а, 610а, 611, 619, 6206, 625, 626, 631 - гранат-силлиманитовые гнейсы; 245д, 249г, 609, 627а, 6276, 6286, 629а - гранат-биотитовые гнейсы; 606а, 608, 626а, 627е - гранатовые граниты.
¡25/.
\
\
\
+
• I
ег
О з + ч
с
+
V
+
-----
\
\
Рис. 9. Диаграмма значений факторов I и II для геохимического состава пород уч. Явр. Группы пород: 1 - кристаллические сланцы; 2 - гранат-силлиманитовые гнейсы; 3 - гранат-биотитовые гнейсы; 4 -
гранатовые граниты
Главный (первый) фактор, влияющий на геохимию пород участка Явр, определяется качественным и количественным содержанием лейкократовых минералов, что соответствует с некоторым допущением основности породы. Более мафические пироксеновые сланцы обогащены элементами группы Ге. Присутствие в сланцах плагиоклаза, минерала-концентратора Яг, обусловливает в них более высокие концентрации этого элемента, даже в сравнении с более кислыми лейкократовыми гнейсами и гранитами. Сланцы 249, 249а, 622д расположены в нижней части поля составов сланцев на рис. 9 и незначительно отличаются от гранат-силлиманитовых гнейсов. Эти сланцы испытали процесс диафтореза, пироксены (основные концентраторы сидерофильных элементов) в них перекристаллизованы в амфибол и биотит. В некоторых из этих проб присутствует вторичный, по всей видимости, гранат - минерал-концентратор литофильных и редкоземельных элементов. Поле составов гранат-силлиманитовых гнейсов вытянуто вдоль оси первого фактора. В левую часть диаграммы попадают более лейкократовые гнейсы с преобладанием калиевого полевого шпата и кварца над плагиоклазом. Наложенная гранитизация приводит к разрушению мафических минералов (граната, биотита, силлиманита), и, соответственно, к более низкому в целом содержанию редких элементов. Иллюстрацией может служить гранат-силлиманитовый гнейс (обр. 611) с минимальным для своей группы содержанием силлиманита и максимальным - кварца и калиевого полевого шпата. Фигуративная точка этой пробы расположена в левой части диаграммы вне поля гранат-силлиманитовых гнейсов и характеризуется пониженными содержаниями как сидерофильных, так и литофильных элементов. По второму фактору значимые нагрузки имеют литофильные элементы: 2г, У, №. Их содержание в породах определяется только присутствием граната, главного концентратора этих элементов, и практически не зависит от основности породы. Следует заметить, что, в свою очередь, помимо параметров метаморфизма, возможность кристаллизации граната определяется также некоторыми петрохимическими характеристиками, основная из которых - глиноземистость породы. Содержание же ряда малых элементов, наоборот, во многом определяется минеральным парагенезисом, степенью развития диафтореза и вторичного минералообразования. Анализ коэффициентов корреляции показал, что концентрация Ва и ЯЪ находится в прямой зависимости от наличия в породе калиевого полевого шпата, в котором эти элементы изоморфно замещают К. Таким образом, кристаллические сланцы участка Явр обогащены сидерофильными элементами. Процесс диафтореза приводит к обеднению сланцев элементами группы железа, происходит накопление литофильных элементов. Гранатсодержащие гнейсы участка Явр объединяет повышенное содержание редких литофильных элементов. Более лейкократовые породы имеют, соответственно, более бедную геохимию. Наложенные процессы гранитизации резко уменьшают концентрации как сидерофильных, так и литофильных элементов (за исключением Ва и ЯЪ), даже при сохраняющемся первичном минеральном парагенезисе. Сравнение составов гранат-силлиманитовых гнейсов участка Явр с глиноземистыми гнейсами гранулитовой фации из центральной части кольской серии (Авакян, 1992) показало их значительное сходство по целому ряду элементов (Сг, 2г, № и др.).
5. Обсуждение результатов и выводы
Серия основных магматических пород участка Ловнозеро (габбро-нориты, нориты) отличается высокими содержаниями Cr, Ni и представляет собой единую магматическую серию, концентрации и распределение РЗЭ для которой определяется основностью пород. По распределению РЗЭ породы серии резко отличаются от сходных по кремнекислотности основных кристаллических сланцев. Нориты богаче легкими лантаноидами и характеризуются более дифференцированным их распределением и более высоким отношением (La/Yb)N, чем в кристаллических сланцах.
Эндербиты развиты в районах распространения основных кристаллических сланцев, где они образуют как послойные жилы, так и секущие интрузивные тела. Интрузивные перемещенные эндербиты характеризуются высоко дифференцированным распределением РЗЭ и положительной Eu-аномалией (обр. Л-143-26). В послойных эндербитах (обр. Л-130-16) наблюдается распределение лантаноидов, близкое к норитам, с небольшой положительной Eu-аномалией. Отношение (La/Yb)N в обеих группах эндербитов значительно выше, чем в норитах и сланцах. Сходство формы кривых распределения РЗЭ в перемещенных эндербитах с гранатовыми гранитами в толще гнейсов подчеркивает их сходное геологическое положение: интрузивную природу и появление этих пород на завершающей стадии высокобарического метаморфизма. Различия в содержании редких элементов в группе эндербитов и гранатовых гранитов связаны с их минеральным составом, который, в свою очередь, является результатом частичного плавления, в случае для эндербитов - анатексиса кристаллических сланцев (Козлов и др., 1990), для гранатовых гранитов - толщи метаосадочных гнейсов (Козлов, Козлова, 1998). По мнению П. Барби (Barbey, 1986), эндербиты с такими геохимическими характеристиками могли бы образоваться из магмы, полученной при частичном плавлении обогащенного гранатом мантийного источника, который, в свою очередь, подвергся воздействию флюидами, обогащенными легкими РЗЭ.
Основные кристаллические сланцы участков Явр и Лотта, по спектру распределения РЗЭ могут быть интерпретированы как метавулканиты, большая часть которых сопоставима с известково-щелочной серией (рис. 4), менее распространены сланцы, сходные по РЗЭ с основными метавулканитами толеитовой серии. На диаграмме Hf-Th-Co и La-Th-Sc (Тейлор, Мак-Леннан, 1988) основные сланцы ЛГК попадают в поле архейских сланцев в нижней правой части диаграммы, вблизи точки среднего состава основных архейских метавулканитов (рис. 10). Различие двух групп сланцев ЛГК не позволяет рассматривать для них существование единого магматического источника. Нахождение кристаллических сланцев типа ТН-1 в виде даек заставляет предполагать и их разновозрастность.
Th. La
Рис. 10. Диаграмма Hf-Th-Co и La-Th-Sc для кристаллических сланцев (1), метаморфических гнейсов (2)
и гранита (3) ЛГК.
ТТ - средний состав AR кислой интрузивной породы, AST - средний состав AR аргиллита, AMV -средний состав AR мафического вулканита. Пунктиром показаны поля составов постархейских сланцев
по С. Р. Тейлору и С.М. Мак-Леннану (1988)
Содержание и распределение РЗЭ в парагнейсах участков Явр и Лотта показало практическую их идентичность для сопоставимых по исходному составу групп гнейсов, что, наряду с петрохимическими и петрологическими данными, означает принадлежность тех и других к одному гранулитовому комплексу. Обнаруженная в гнейсах слабая отрицательная Eu-аномалия сопряжена с ясно выраженной положительной аномалией в гранитах толщи парагнейсов, и может быть следствием перераспределения Eu в период мигматизации и анатексиса. Следует отметить, что кривые распределения РЗЭ в гнейсах ЛГК весьма сходны с таковыми в гнейсах кольской серии (Авакян, 1992),
архейский возраст которых не вызывает сомнения. С.Р. Тейлор и С.М. Мак-Леннан (I988) указывают на широкие вариации в содержании редких и РЗЭ в архейских парапородах, в отличие от постархейских, которые на диаграмме Hf-Th-Co и La-Th-Sc образуют четко ограниченные поля. Гнейсы ЛГК, действительно, достаточно рассеяны на диаграмме (рис. IG), и в поле постархейских сланцев попадает всего несколько образцов. Если присовокупить к этому сходство с архейскими гранулитами по геохимии редких элементов (Cr, Zr, Y), то следует задуматься об исходном возрасте пород ЛГК, протолит которых, возможно, был архейским.
Гранатовые граниты, находящиеся в постоянной ассоциации с гранатсодержащими парагнейсами, по распределению лантаноидов делятся на граниты с высоко дифференцированным распределением лантаноидов и с отчетливой положительной Eu-аномалией, и на граниты, практически неотличимые по форме распределения РЗЭ от вмещающих их гнейсов. Вторая группа относится к жильному материалу послойных мигматитов, и степень их отличия от гнейсов зависит от степени метасоматического изменения гнейсов при мигматизации.
Итак, проведенный анализ поведения редких и РЗЭ в ЛГК показал геохимические особенности высокометаморфизованных парагнейсов, основных кристаллических сланцев (метавулканитов) и кислых и интрузивных пород. Полученные данные позволяют говорить о едином гранулитовом комплексе, включающем Лоттинскую зону, и дают дополнительные аргументы в пользу архейского возраста протолита ЛГК.
Важное значение имеют результаты изучения геохимии толщи парагнейсов участка Явр, свидетельствующие о вариациях, иногда значительных, в содержании редких элементов в одной и той же подгруппе пород. Это связано, по мнению авторов, с колебанием количественно-минералогического состава пород, происходящим во время метаморфизма (метаморфическая дифференциация) и ультраметаморфизма (различная степень метасоматического изменения гнейсов при мигматизации). Кроме того, изменение парагенезисов происходит в ходе последующих наложенных этапов метаморфизма (Jahn et al., I984; Beljaev, Kozlov, I997; Фонарев, Крейлен, I995).
Литература
Barbey P., Bernard-Griffiths J. and Convert J. The Lapland charnokite complex: REE geochemistry and
petrogenesis. Lithos, v.I9, p.95-III, I986. Beljaev O.A. and Kozlov N.E. Geology, geochemistry and metamorphism of the Lapland Granulite Belt and adjacent areas in the Vuotso area, northern Finland. Geol. Surv. of Finland, Rep. of Investigation 13S, 2I p., I997.
Jahn B.-M., Vidal Ph. and Kroner A. Multi-chronometric ages and origin of Archaean tonalitic gneisses in Finnish
Lapland: A code for long crustal residence time. Contr. Miner. Petrol, v.86, p.398-4G8, I984. Sun S.-S. and Nesbitt R.W. Petrogenesis of Archaean ultrabasic and basic volcanics: Evidence from rare earth
elements. Contr. Miner. Petrol., v.65, p.3GI-325, I978. Авакян K.X. Геология и петрология Центрально-Кольской гранулито-гнейсовой области архея. Труды
ГИНРАН, вып. 47I, I68 е., I992. Козлов Н.Е. Вещественный состав метаморфических комплексов высокобарных гранулитовых поясов и проблема формирования их протолитов (на примере лапландских гранулитов). Автореф. дисс. докт. геол. - мин. наук. СПб., 36 е., I995. Козлов Н.Е., Иванов A.A., Нерович Л.И. Лапландский гранулитовый пояс - первичная природа и
развитие. Апатиты, КНЦАНСССР, I72 е., I99G. Козлов Н.Е., Козлова Н.Е. О генезисе гранатовых плагиогранитоидов Лапландского гранулитового
пояса. Вестник МГТУ, t.I, № 3, с.43-52, I998. Конди К. Архейские зеленокаменные пояса. М., Мир, 39G е., I983.
Ножкин А.Д., Туркина О.М. Геохимия гранулитов канского и шарыжалгайского комплексов. Труды
ОИГГМСОРАН, Bbin.8I7, 2I9 е., I993. Тейлор С.Р., Мак-Леннан С.М. Континентальная кора: ее состав и эволюция. М., Мир, 379 е., I988. Терехов E.H., Левицкий В.И. Гранулиты Лапландского пояса: редкоземельные элементы и проблемы
петрогенезиса. Изв. вузов. Геология и разведка, № 5, C.3-I8, I993. Фонарев В.И., Крейлен Р. Доказательство полистадийности метаморфизма на основе изучения флюидных включений в породах Лапландского гранулитового пояса. Петрология, т.3, № 4, с.397-4I9, I995.
