Новые изотопно-геохимические (Nd-Sr) данные для палеопротерозойского Кандалакшско-Колвицкого габбро-анортозитового комплекса Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

Литература

Налдретт А. Дж. Магматические сульфидные месторождения медно-никелевых и платинометалльных руд. СПб.: СПбГУ, 2003. 487 с.

Нерович Л. И., Баянова Т. Б., Кунаккузин Е. Л., Базай А. В., Некипелов Д. А. Новые результаты геолого-петрографического и петро-геохимического изучения расслоенного массива Ярва-Варака (Мончегорский рудный район) // Труды XII Всероссийской (с международным участием) Ферсмановской научной сессии, посвящённой 80-летию со дня рождения акад. РАН Ф. П. Митрофанова (Апатиты, 6-7 апреля 2015 г.). Апатиты, 2015. С. 141-146.

Предовский А. А. Реконструкция условий седиментогенеза и вулканизма раннего докембрия. Л.: Наука,1980. 152 с.

Maeda J. Opening of the Kuril Basin deduced from the magmatic history of Central Hokkaido, North Japan // Tectonophysics. 1990. Vol. 174, No. 3-4. P. 235-255.

Tankard A. J., Eriksson K. A., Hobday D. K., Jackson M. P. A., Minter W. E. L., Hunter D. R. Evolution of Southern Africa: 3.8 Billion Years of Earth History. New York, Springer-Verlag, 1982. P. 200-203.

Сведения об авторах

Сосновская Маргарита Александровна

студентка, Апатитский филиал Мурманского государственного технического университета, [email protected] Нерович Людмила Ивановна

кандидат геолого-минералогических наук, научный сотрудник, Геологический институт ФИЦ КНЦ РАН, [email protected]

Sosnovskaya Margarita Alexandrovna

Student, Apatity Branch of Murmansk State Technical University, [email protected] Nerovich Lyudmila Ivanovna

PhD (Geology & Mineralogy), Researcher, Geological Institute of FRC KSC RAS, [email protected]

РСН: 10.25702/КЭС.2307-5252.2019.6.035 УДК (550.4)

Е. Н. Стешенко, П. А. Серов, Е. Л. Кунаккузин, Н. А. Екимова, Д. В. Елизаров

Геологический институт ФИЦ КНЦ РАН, Апатиты, Россия

НОВЫЕ ИЗОТОПНО-ГЕОХИМИЧЕСКИЕ (ND-SR) ДАННЫЕ

ДЛЯ ПАЛЕОПРОТЕРОЗОЙСКОГО КАНДАЛАКШСКО-КОЛВИЦКОГО

ГАББРО-АНОРТОЗИТОВОГО КОМПЛЕКСА

Аннотация

Приводятся новые Эт-Ш и Ш^г изотопно-геохронологические данные для пород Кандалакшско-Колвицкого палеопротерозойского габбро-анортозитового комплекса. Изотопный Эт-Ш-возраст по метаморфическим минералам (апатиту, гранату, сульфидам) и породе Колвицкого массива составил 1985 ± 17 млн лет (гранулитовый метаморфизм), Кандалакшского массива — 1887 ±3 7 млн лет (высокотемпературные метасоматические преобразования) и 1692 ± 71 млн лет (региональная флюидная переработка). Модельный Эт-Ш-возраст метагаббро равен 3,3 млрд лет

с отрицательной величиной sNd = -5,5, что соответствует либо процессам коровой контаминации, либо первично-обогащенному мантийному резервуару исходных магм. Согласно геохронологическим и Nd-Sr изотопным данным, породы Кандалакшско-Колвицкого комплекса, по-видимому, имели общий аномальный мантийный источник с палеопротерозойскими расслоенными интрузиями Балтийского щита. Ключевые слова:

палеопротерозой, анортозиты, Sm-Nd, Nd-Sr, eNd.

E. N. Steshenko, P. A. Serov, E. L. Kunakkuzin, N. A. Ekimova, D. V. Elizarov

Geological Institute of FRC KSC RAS, Apatity, Russia

NEW (ND-SR) ISOTOPE DATA FOR THE PALEOPROTHEROZOIC KANDALAKSHA-KOLVITSA GABBRO-ANORTOZITE COMPLEX

Abstract

Kandalaksha-Kolvitsa gabbro-anorthosite complex has a complex geological structure and composition. New Sm-Nd and Nd-Sr isotopic and geochronological data for the rocks of the Kandalaksha-Kolvitsa Paleoproterozoic gabbro-anorthosite complex are presented. Sm-Nd isotopic age of metamorphic minerals (apatite, garnet, sulfide) and the rock was 1985 ± 17 Ma (granulite metamorphism), 1887 ± 37 Ma (high-temperature metasomatic transformation), 1692 ± 71 Ma (regional fluid elaboration). A model Sm-Nd age of metagabbros is 3,3 Ga with a negative value of sNd = -5,5, which corresponds to a process of crustal contamination, or primary-enriched mantle source of magma reservoir. According to geochronological and Nd-Sr isotopic data, the rocks of the Kandalaksha-Kolvitsa complex apparently had a common anomalous mantle source with Paleoproterozoic layered intrusions of the Baltic shield. Keywords:

paleoproterozoic, anorthosites, Sm-Nd, Nd-Sr, eNd.

Кандалакшско-Колвицкая зона является южной частью Лапландского гранулитового пояса (ЛГИ) и сложена вулканогенными толщами с залегающими среди них телами анортозитов. В пределах Балтийского щита полихронный (от неоархейского до палеопротерозойского возраста) габбро-анортозитовый магматизм широко проявлен в различных структурных обстановках, с которыми ассоциируют Ti-V (в неоархее) и Cu-Ni-ЭИГ (в палеопротерозое) месторождения (Митрофанов и др 1993). Кандалакшско-Колвицкий габбро-анортозитовый комплекс залегает на гранатовых плагиоамфиболитах кандалакшской толщи и перекрывается гранат-клинопироксен-плагиоклазовыми кристаллосланцами плоскотундровской толщи, метаморфизованными в условиях гранулитовой фации (Стешенко и др., 2015; Чащин и др., 2016) и представляет большой интерес для комплексных изотопно-геохимических исследований. Впервые с использованием 205Pb искусственного трассера U-Pb-методом были датированы единичные зёрна циркона из метагаббро Колвицкого массива, возраст которых равен 2448 ± 5 млн лет.

Для главных разновидностей пород Кандалакшско-Колвицкого габбро-анортозитового комплекса были проведены изотопно-геохимические Sm-Nd и Rb-Sr (по породе и минералам) исследования на базе Центра коллективного пользования ГИ ФИЦ КНЦ РАН. Sm-Nd-методом для метагаббро Колвицкого массива получен возраст 1985 ± 17 млн лет (рис. 1, а), который соответствует времени гранулитового метаморфизма, широко проявленного в пределах Лапландского гранулитового пояса (Баянова, 2004; Иожиленко и др., 2002; Ранний..., 2005).

Включение сульфидных минералов в изотопную систему позволило снизить ошибки определения возраста и величину СКВО за счет большего количества фигуративных точек и расширения интервала значений 147Sm / В целом использование сульфидов в качестве геохронометров дает положительные результаты на ряде промышленно значимых объектов Балтийского щита (Серов и др., 2009).

0.2 04 0,6 0,8 02 03 0-4 0.2 0.4 0.6 0.S

Рис. 1. Изотопные Sm-Nd изохроны для метаморфических минералов из метагабброидов Колвицкого массива (проба 200) (а), породообразующих и метаморфических минералов из анортозитов (проба 225/1) (б) и габбро (проба 183) (в) Кандалакшского массива

Fig. 1. Isotope Sm-Nd isochrons for metamorphic minerals from metagabbroids of the

Kolvitsa massif (sample 200) (a), rock-forming and metamorphic minerals from anorthosites (sample 225/1) (б) and gabbro (sample 183) (в) of the Kandalaksha massif

Модельный Sm-Nd-возраст этих габброидов приближается к 3,3 млрд лет (табл.), что является характерной величиной для палеопротерозойской рудно-магматической системы Балтийского щита (Mitrofanov et al., 2019).

Согласно данным таблицы ТЪм = 2,7-2,9, величина еш варьирует в диапазоне от -0,02 до -5,53, что позволяет сделать вывод о наличии новообразованной океанической коры (Mints et al., 2017).

Из метаанортозитов Кандалакшского массива (проба 225/1) для Sm-Nd-исследований были отобраны монофракции рутила, граната, плагиоклаза и клинопироксена. Вместе с породой в целом на Sm-Nd-диаграмме в изохронных координатах они образуют зависимость, отвечающую возрасту 1886 ± 37 млн лет (рис. 1, б). Условия гранулитовой фации предполагают температуры порядка 900-800 °С, поэтому можно говорить о том, что Sm-Nd-системы были перестроены. Близкий Sm-Nd-возраст, 1886 ± 9 млн лет, был получен для силлиманит-ортопироксен-гранатовых пород Порьегубского покрова ЛГП и интерпретируется авторами работы (Лебедева и др., 2010) как возраст высокотемпературного метасоматоза.

Для метаморфизованных лейкогаббро Кандалакшского массива (проба 183) по породе в целом, апатиту, амфиболу и гранату получен Sm-Nd-возраст 1692 ± 71 млн лет (рис. 1, в), близкий к U-Pb-возрасту рутила и фиксирующий, по-видимому, процессы остывания или низкотемпературной переработки в породах Кандалакшского массива на рубеже 1,7 млрд лет. Возраст 1,7 млрд лет достаточно широко проявлен на Кольском полуострове и связан, по-видимому, с флюидной переработкой пород при температурах не выше 450 °С (Каулина, 2010).

4 Результаты изотопного Sm-Nd-анализа главных разновидностей пород Кандалакшско-Колвицкого габбро-

анортозитового комплекса

The results of the Sm-Nd isotope analysis of the main varieties of rocks of the Kandalaksha-Kolvitsa gabbro-anorthosite

complex

Концентрация мкг/г Изотопные отношения T, млн лет ISr Концентрация, мкг/г Изотопные отношения Tdm, млн лет £nd(7) Возраст млрд лет

Rb Sr 87Rb / 86S r 87Sr / 86Sr Sm Nd 147Sm / 144N d 143Nd / 144Nd

Проба 220/1, метанорит, Кандалакшский массив

16,49 259,0 0,1796 0,70744 ± 18 2100 0,7020 0,155 0,916 0,1025 0,511116 ± 31 2776 -0,02

Проба 225/1, анортозит, Кандалакшский массив

0,419 2,003 0,1265 0,511544 ± 8 2796 -1,23 1,9

Проба 183, метагаббро, Кандалакшский массив

7,37 367,3 0,0566 0,70426 ± 16 2453 0,7023 0,459 2,553 0,1087 0,511263 ± 31 2728 -1,25 1,7

Проба 185, метаперидотит, Кандалакшский массив

13,73 90,6 0,4277 0,71758 ± 17 2450 0,7024 1,407 6,489 0,131015 0,511532 ± 7 2969 -0,95

П роба 200, метагаббро, Колвицкий массив

6,59 249,6 0,0745 0,70516 ± 12 2448 0,7025 0,845 3,354 0,1524 0,511823 ± 9 3282 -1,96 1,9

Проба 205, субщелочной гнейсогранит, Колвицкий массив

89,12 114,9 2,1884 0,78443 ± 18 2383 0,7091

Проба 194/1, метагаббро, Колвицкий массив

2,78 427,0 0,0184 0,70221 ± 15 2450 0,7016

П зоба 210, гнейсо-плагиогранит, TTG-?, Колвицкий массив

60,93 235,7 0,729350 0,72950 ± 19 2450 0,70193 2,007 10,835 0,111983 0,511192 ± 9 2920 -1,59

Проба 276, гранат-плагиоклазовый кристаллосланец, Колвицкий массив

6,891 20,935 0,198946 0,512396 ± 9 -5,53

Рис. 2. Вариации sNd и Isr в породах расслоенных протерозойских интрузий

Балтийского щита

Fig. 2. sNd and Isr variations in the rocks of the stratified Proterozoic intrusions of the

Baltic Shield

Кроме того, был проведен также анализ изотопных составов стронция для построения диаграммы в координатах еш(7) - /зг (рис. 2, табл.). Согласно геохронологическим и Nd-Sr изотопным данным, породы Кандалакшско-Колвицкого комплекса, по-видимому, имели общий аномальный мантийный источник с палеопротерозойскими расслоенными интрузиями Балтийского щита (рис. 2). Полученные данные хорошо согласуются с уже известными изотопно-геохимическими характеристиками для рудоносных расслоенных интрузий северо-восточной части Балтийского щита (Баянова, 2004; Бауапоуа й а1., 2019; Mitгofanov й а1., 2019). Породы этих интрузивов, отнесенных к пироксенит-габбронорит-анортозитовой формации, характеризуются сходными изотопно-геохимическими характеристиками: 1) возрастной интервал формирования по и-РЬ и Sm-Nd геохронологическим данным находится в интервале от 2530 до 2400 млн лет; 2) мантийный резервуар, являющийся источником магм, формировавших массивы, обогащен литофильными элементами, величины /зг варьируют от 0,702 до 0,706, 8ш(?) — от -0,02 до -3; 3) модельные Зш-№-возрасты ТЪм протолитов — 2,8-3,3 млрд лет.

Благодарности

Работа посвящена памяти академика РАН Феликса Петровича Митрофанова за постановку научной проблемы

Научные исследования выполнены в рамках темы НИР ГИ КНЦ РАН № 0226-2019-0053, проектов РФФИ 18-05-70082 «Ресурсы Арктики», 18-35-00246 мол а, 18-35-00152 мол а и программы Президиума РАН № 8.

Литература

Баянова Т. Б. Возраст реперных геологических комплексов Кольского региона и длительность процессов магматизма. СПб.: Наука, 2004. 174 с.

Каулина Т. В. Образование и преобразование циркона в полиметаморфических комплексах. Апатиты: КНЦ РАН, 2010. 144 с.

ЛебедеваЮ. М., Глебовицкий В. А., Бушмин С. А., Богомолов Е. С., Савва Е. В., Лохов К. И. Возраст высокобарического метасоматоза в зонах сдвиговых деформаций при коллизионном метаморфизме в Лапландском гранулитовом поясе: Sm-Nd-метод датирования парагенезисов из силлиманит-ортопироксеновых пород Порьегубского покрова // ДАН. 2010. Т. 432, № 1. С. 99-102.

Митрофанов Ф. П., Балаганский В. В., Балашов Ю. А. и др. U-Pb возраст габбро-анортозитов Кольского полуострова // ДАН. 1993. Т. 331, № 1. С. 95-98.

Пожиленко В. И., Гавриленко Б. В., Жиров Д. В., Жабин С. В. Геология рудных районов Мурманской области. Апатиты: Изд. КНЦ РАН, 2002. 359 с.

Ранний докембрий Балтийского щита / ред. В. А. Глебовицкий. СПб.: Наука, 2005.711 с.

Серов П. А., Екимова Н. А. Возможности Sm-Nd датирования рудных процессов с использованием сульфидов // Вестник МГТУ. 2009. Т. 12, № 3. С. 456-460.

Стешенко Е. Н., Баянова Т. Б., Серов П. А. и др. // Вестник Института геологии Коми НЦ УрО РАН. 2015. № 11. С. 19-24.

Чащин В. В., Стешенко Е. Н., Савченко Е. Э. и др. //Литосфера. 2016. № 5. С.17-34.

Amelin Yu. V., Semenov V. S. U-Nd and Sr isotopic deochemistry of mafic layered intrusions in the eastern Baltic Shield: implications for the evolution of Paleoproterozoic continental mafic magmas // Contrib. Miner. Petrol. 1996. Vol. 124. P. 255-272.

Bayanova T., Korchagin A., Mitrofanov A., Serov P., Ekimova N., Nitkina E., Kamensky I., Elizarov D., Huber M. Long-Lived Mantle Plume and Polyphase Evolution of Palaeoproterozoic PGE Intrusions in the Fennoscandian Shield // Minerals. 2019. Vol. 9, No. 59. P. 1-22. DOI: 10.3390/min9010059

Huhma H., Cliff R., Perttunen V., Sakko M. Sm-Nd and Pb isotopic study of mafic rocks associated with early Proterozoic continental rifting: the Perapohja schist belt in northern Finland // Contrib. Mineral. Petrol. 1990. Vol. 104. P. 369-379.

Mints М. V.; Sokolova Е. Yu., Glaznev V. N. LADOGA work team. 3D model of deep structure of the Svecofennian accretion orogen (Finland, Russia): synthesis of data on geological mapping, seismic profiling, metal tellurics and Proceedings of the Scientific Conference and Guidebook on Scientific Excursions. Geodynamics of the Early Precambrian: common and distinguish features with the Phanerozoic. Petrozavodsk: Karelian Scientific Centre RAS, 2017. P. 179-184.

Mitrofanov F. P., Bayanova T. B., Ludden J. N., Korchagin A. U., Chashchin V. V., Nerovich L. I., Serov P. A., Mitrofanov A. F., Zhirov D. V. Origin and Exploration of the Kola PGE-bearing Province: New Constraints from Geochronology // Ore Deposits: Origin, Exploration, and Exploitation / Edited by Sophie Decree and Laurence Robb // Geophysical Monograph Series. Wiley, 2019. P. 3-36. Print ISBN: 9781119290537 | Online ISBN: 9781119290544. |DOI: 10.1002/9781119290544.ch1

Сведения об авторах

Стешенко Екатерина Николаевна

младший научный сотрудник, Геологический институт ФИЦ КНЦ РАН,

[email protected]

Серов Павел Александрович

кандидат геолого-минералогических наук, старший научный сотрудник, Геологический институт ФИЦ КНЦ РАН, [email protected] Кунаккузин Евгений Леонидович

младший научный сотрудник, Геологический институт ФИЦ КНЦ РАН,

[email protected]

Екимова Надежда Александровна

младший научный сотрудник, Геологический институт ФИЦ КНЦ РАН,

[email protected]

Елизаров Дмитрий Владимирович

кандидат технических наук, старший научный сотрудник, Геологический институт ФИЦ КНЦ РАН, [email protected]

Steshenko Ekaterina Nikolaevna

Junior Researcher, Geological Institute of FRC KSC RAS, [email protected] Serov Pavel Alexandrovich

PhD (Geology & Mineralogy), Senior Researcher, Geological Institute of FRC KSC RAS,

[email protected]

Kunakkuzin Evgeny Leonidovich

Junior Researcher, Geological Institute of FRC KSC RAS, [email protected] Ekimova Nadezhda Aleksandrovna

Junior Researcher, Geological Institute of FRC KSC RAS, [email protected] Elizarov Dmitry Vladimirovich

PhD (Engineering), Senior Researcher, Geological Institute of FRC KSC RAS, [email protected]