Доклады Российской академии наук. Науки о Земле, 2020, T. 491, № 2, стр. 46-50

ФРАГМЕНТЫ ПАЛЕОПРОТЕРОЗОЙСКИХ КРУПНЫХ МАГМАТИЧЕСКИХ ПРОВИНЦИЙ В СЕВЕРНОЙ ФЕННОСКАНДИИ: U–Pb-ДАТИРОВАНИЕ БАДДЕЛЕИТА ИЗ МАФИЧЕСКИХ ДАЕК И СИЛЛОВ

Е. Б. Сальникова 1*, член-корреспондент РАН А. В. Самсонов 2, А. В. Степанова 3, Р. В. Веселовский 45, С. В. Егорова 3, А. А. Арзамасцев 16, К. Г. Ерофеева 2

1 нститут геологии и геохронологии докембрия Российской академии наук
Санкт-Петербург, Россия

2 Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии Российской академии наук
Москва, Россия

3 Институт геологии Карельского научного центра Российской академии наук
Петрозаводск, Россия

4 МГУ имени М.В. Ломоносова, геологический факультет
Москва, Россия

5 Институт Физики Земли им. О.Ю. Шмидта, Российской академии наук
Москва, Россия

6 Институт наук о Земле СПбГУ
Санкт-Петербург, Россия

* E-mail: katesalnikova@yandex.ru

Поступила в редакцию 07.02.2020
После доработки 10.02.2020
Принята к публикации 12.02.2020

Полный текст (PDF)

Аннотация

Представлены новые данные о возрасте даек долеритов северо-восточной части Кольской провинции Фенноскандинавского щита и прорывающих их силлов пикродолеритов. Результаты геохронологических U–Pb ID–TIMS-исследований бадделеита свидетельствуют о том, что долериты были образованы 2508 ± 6–2513 ± 16 млн лет назад синхронно с внедрением дифференцированных интрузивов Мончегорской группы. Сопоставление состава изученных долеритов с одновозрастными дайками на других архейских кратонах мира показывает их существенное сходство и позволяет предполагать формирование в составе единой крупной магматической провинции. Возраст бадделеита из силлов пикродолеритов составляет 2403 ± 12 млн лет и указывает на проявление ранее не установленного в этой части Фенноскандинавского щита этапа базитового магматизма. Не исключено, что наряду с долеритовыми дайками с возрастом 2405 млн лет и коматиитами Ветреного пояса Карельского кратона, силлы Кольской провинции являются компонентом единого крупного магматического события.

Ключевые слова: Фенноскандия, мафические дайки, бадделеит, U–Pb-датирование

Рои раннедокембрийских мафических даек служат важным источником информации при реконструкциях геометрии питающих систем древних крупных магматических провинций, а также маркерами для палеоконтинентальных корреляций в ранней истории Земли [1]. Необходимое условие разработки этих фундаментальных проблем – надежное определение возраста мафических даек, что является нетривиальной задачей. Даже слабые метаморфические преобразования ограничивают возможность применения K–Ar-, Rb–Sr- и Sm–Nd-методов изотопного датирования по породообразующим минералам [2]. Благодаря контаминации базитовых расплавов коровым материалом, циркон, присутствующий в мафических дайках, часто представляет собой ксеногенную фазу и не может служить надежным геохронометром. Главной циркониевой фазой при кристаллизации базальтового расплава в дайках и силлах является бадделеит [3], что определяет выбор этого минерала для геохронологических U–Pb-исследований.

Работы последних десятилетий, основанные на результатах геохронологических U–Pb (ID–TIMS)-исследований единичных зерен бадделеита, выделенных при помощи “водной” методики [4] из мелкозернистых базитов, обеспечили новый уровень знаний о процессах раннедокембрийского внутриплитного базитового магматизма во многих архейских кратонах, таких как Сьюпериор, Каапвааль, Карельский, которые служат основой для реконструкций архейских континентов. В то же время, в Кольской провинции Фенноскандинавского щита, являющейся областью широкого проявления палеопротерозойского дайкового магматизма, до недавнего времени были надежно датированы лишь несколько объектов [5]. Корреляции с другими докембрийскими областями мира, в том числе с Карельским кратоном, проводились на основании сходства состава и последовательности формирования базитов, и, в редких случаях, сопровождались изотопно-геохронологическими Sm–Nd-данными [5]. В настоящей статье представлены результаты геохронологических U–Pb (ID–TIMS)-исследований бадделеита из даек и силлов базитов Кольской провинции.

Район пос. Лиинахамари, расположенный в западной части Кольского полуострова (рис. 1), является одним из наиболее изученных в северо-восточной части Фенноскандинавского щита [68]. Здесь архейские гранитоиды и гранат-биотитовые гнейсы прорываются дайками и силлами базитов. Рой даек простирания СВ 35° (рис. 1) объединяет дайки (ортопироксен)–клинопироксен–плагиоклазовых-долеритов, характерной особенностью которых является наличие кварц-полевошпатовых гранофиров. Большая часть даек сохранила первичную минералогию, несколько тел преобразованы в условиях зеленосланцевой фации метаморфизма. Полученные ранее данные [6, 8] и результаты наших исследований демонстрируют сходство составов даек в западной (район пос. Лиинахамари–п-ов Немецкий наволок) и восточной (губа Амбарная–губа Волоковая) частях роя. Для них характерны низкие содержания MgO (4.5–7.6 мас. %), Cr (<90 ppm), Ni (<165 ppm), высокие концентрации SiO2 (до 55.7 мас. %).

Рис. 1.

Схема распределения мафических даек в районе губы Печенга. Составлена с использованием данных Терехов и др. (2019), с упрощениями. На врезке – схема тектонического районирования Фенноскандинавского щита и положение объекта исследований. Условные обозначения: 1 – дайка базитов, девон; 2 – силлы пикродолеритов; 3 – дайки долеритов; 4 – вмещающие архейские комплексы; 5 – точки отбора геохронологических проб.

К югу от п-ва Немецкий наволок дайки долеритов прорываются силлом пикродолеритов мощностью 20 м. Он дифференцирован от высоко-Mg оливиновых габброноритов (MgO до 25 мас. %, Cr до 3100 ppm, Ni до 1150 ppm) в подошве до умеренно-Mg долеритов (MgO < 7 мас. %, Cr < 40 ppm, Ni < 110 ppm) в кровле и является аналогом силлов пикродолеритов провинции Сор-Варангер, Норвегия [9]. На основании изотопных Sm–Nd-данных (2218 ± 230 млн лет) ранее предполагалось, что кристаллизация пикродолеритов происходила около 2.2 млрд лет назад, а сами силлы являются аналогами силлов карьялитов с возрастом 2.2 млрд лет на Карельском кратоне [5].

Нами был датирован бадделеит, выделенный при помощи “водной” методики из трех тел в районе Лиинахамари: (1) дайки долеритов губы Малая Волоковая, (обр. РВ-1-18), (2) дайки гранофировых долеритов в 3 км к югу от п-ва Немецкий наволок (обр. Са-529-1) и (3) силла пикродолеритов (обр. Са-512-17/9) вблизи секущего контакта с дайкой гранофировых долеритов. U–Pb-геохронологические исследования выполнены в Институте геологии и геохронологии докембрия РАН по методике, приведенной в [14].

Из пробы долеритов РВ-1-18 весом около 2 кг, отобранной из наиболее зернистых пород в центральной части дайки в районе губы Малая Волоковая (69°, 66661°с.ш., 31°, 66635°в.д.), выделено более 150 зерен бадделеита размером <45 мкм. Бадделеит представлен прозрачными, редко полупрозрачными псевдопризматическими, игольчатыми и пластинчатыми кристаллами преимущественно светло-коричневого цвета с однородным внутренним строением. U–Pb-изотопные исследования были выполнены для трех микронавесок (10–20 кристаллов) бадделеита размером <30 и <45 мкм (№ 1–3, табл. 1). Изученный бадделеит характеризуется незначительной возрастной дискордантностью (0.8–2.0%), а точки его изотопного состава аппроксимируются дискордией (рис. 2а), верхнее пересечение которой с конкордией соответствует возрасту 2513 ± 16 (СКВО = 0.48), нижнее пересечение составляет 1011 ± 570 млн лет.

Таблица 1.

Результаты U–Pb-изотопных исследований бадделеита

№ п/п Размерная фракция (мкм) и характерис-тика (цвет и габитус) U/Pb* Pbc/Pbt Изотопные отношения Rho Возраст, млн лет
206Pb/204Pb 207Pb/206Pba 208Pb/206Pba 207Pb/235U 206Pb/238U 207Pb/235U 206Pb/238U 207Pb/206Pb
Проба РВ-1-18
1 <30, 20 зер., св.-кор., пр. 2.1 0.008 1008 0.1637 ± 2 0.0046 ± 2 10.3960 ± 312 0.4606 ± 12 0.93 2471 ± 6 2442 ± 6 2494 ± 2
2 <45, 12 зер., св.-кор., иг. 2.1 0.031 543 0.1642 ± 3 0.0096 ± 1 10.4833 ± 345 0.4631 ± 13 0.87 2478 ± 6 2453 ± 6 2499 ± 3
3 <45, 10 зер., кор., пр. 2.0 0.047 392 0.1647 ± 3 0.0132 ± 1 10.6795 ± 321 0.4702 ± 12 0.77 2496 ± 6 2484 ± 6 2505 ± 3
Проба Са-529-1
4 <45, 22 зер., св.-кор., иг. 2.2 0.002 2065 0.1634 ± 2 0.0361 ± 1 10.1799 ± 305 0.4518 ± 13 0.88 2451 ± 6 2403 ± 6 2492 ± 2
5 <45, 12 зер., кор., иг., пласт. 2.0 0.001 2412 0.1645 ± 1 0.0303 ± 1 10.6346 ± 210 0.4688 ± 10 0.87 2492 ± 4 2478 ± 4 2503 ± 1
6 <35, 25 зер., св.-кор., иг. 1.9 0.08 387 0.1649 ± 3 0.0352 ± 1 10.7045 ± 321 0.4708 ± 11 0.76 2498 ± 6 2487 ± 6 2507 ± 3
Проба Са-512-17/9
7 <45, 19 зер., кор., иг. 2.2 0.012 555 0.1535 ± 1 0.0815 ± 1 9.1366 ± 183 0.4317 ± 8 0.90 2352 ± 4 2313 ± 4 2385 ± 2
8 <45, 8 зер., кор., пласт. 2.2 0.001 626 0.1531 ± 2 0.0876 ± 2 9.1492 ± 301 0.4333 ± 13 0.83 2353 ± 8 2321 ± 7 2381 ± 3
9 <45, 6 зер., кор., призм. 2.2 0.006 314 0.1542 ± 2 0.0751 ± 2 9.3588 ± 370 0.4402 ± 15 0.88 2374 ± 9 2353 ± 6 2393 ± 3
10 <45, 7 зер., кор., иг., призм. 1.5 0.450 70 0.1550 ± 12 0.1128 ± 3 9.6689 ± 998 0.4523 ± 42 0.78 2404 ± 28 2406 ± 23 2402 ± 14

Примечание. * – навеска бадделеита не определялась; Pbc – обычный свинец; Pbt – общий свинец; а – измеренные изотопные отношения; б – изотопные отношения, скорректированные на бланк и обычный свинец; Rho – коэффициент корреляции ошибок отношений 207Pb/235U–206Pb/238U. Величины ошибок (2σ) соответствуют последним значащим цифрам. кор., призм., иг., пласт. – морфологические особенности изученных кристаллов бадделеита.

Рис. 2.

Диаграмма с конкордией для бадделеита: (а) кварцевые долериты РВ-1-18 и кварцевые долериты Са-529-1, (б) силл Са-512-17/9.

Следует отметить, что ранее для двух единичных зерен циркона, выделенных из той же дайки кварцевых долеритов в районе губы Малая Волоковая, было получено значение U–Pb-возраста 2304 ± 1 млн лет [8]. Одно из проанализированных зерен циркона характеризуется конкордантным возрастом, а возрастная дискордантность второго зерна составляет 2%. Погрешность определения изотопных отношений при этом достаточно велика (>1%) и существенно превышает стандартную погрешность метода ID–TIMS, принятую в том числе и в лаборатории геохронологии и изотопной геохимии ГИ КНЦ РАН [10]. Кроме того, приведенные авторами в таблице погрешности рассчитанных возрастов явно не согласуются с ошибками определения изотопных отношений и очевидно ошибочно занижены, что выразилось в переоценке точности полученного возрастного значения.

Из пробы долеритов Са-529-1 (69°, 67945°с.ш., 31°, 37707°в.д.) весом около 1.5 кг, было выделено более 200 зерен бадделеита, размер которых не превышает 45 мкм. Среди них преобладают прозрачные игольчатые кристаллы коричневого цвета с однородным строением. В подчиненном количестве присутствуют прозрачные и полупрозрачные таблитчатые кристаллы коричневого и светло-коричневого цвета. Для U–Pb-геохронологических исследований использованы три микронавески (12–25 зерен) бадделеита (№ 4–6, табл. 1). Точки изотопного состава образуют дискордию, верхнее пересечение которой с конкордией отвечает возрасту 2508 ± 6 млн лет (нижнее пересечение 681 ± 270 млн лет, СКВО = 0.44) (рис. 2а). При этом дискордантность изученного бадделеита составляет 0.9–3.5% (табл. 1).

Из центральной части силла пикродолеритов была отобрана проба Са-512-17/9 (69°, 69367°с.ш., 31°, 38102°в.д.) среднезернистых оливинсодержащих габбро-долеритов, из которой было выделено более 150 зерен бадделеита. Кристаллы бадделеита имеют коричневый цвет, прозрачны, характеризуются игольчатым, пластинчатым, реже псевдопризматическим обликом однородным строением,  их  размер  не  превышает  45 мкм. U–Pb-геохронологические исследования выполнены для четырех микронавесок (6–19 наиболее чистых зерен) бадделеита. Точки изотопного состава бадделеита образуют дискордию, верхнее пересечение которой с конкордией соответствует возрасту 2403 ± 12 млн лет (СКВО = 1.1, нижнее пересечение 857 ± 370 млн лет) (рис. 2б).

Результаты проведенных геохронологических исследований указывают на принадлежность роя даек долеритов в районе пос. Лиинахамари к палеопротерозойской крупной магматической провинции с возрастом 2505 млн лет в северо-восточной части Фенноскандинавского щита, т.е. их образование происходило синхронно с внедрением дифференцированных интрузивов Мончегорской группы [11]. Образование силлов пикродолеритов с возрастом 2403 ± 12 млн лет, прорывающих дайки долеритов, происходило синхронно с дайками и силлами пикродолеритов с возрастом 2405 млн лет в провинциях Western Troms [12] и Sor-Waranger [13] на территории Норвегии, дайками долеритов 2405 млн лет [14] и коматиитами Ветреного пояса [15] на Карельском кратоне Фенноскандинавского щита. По всей вероятности, они являются компонентом единой крупной магматической провинции, проявления которой установлены в пределах кратонов северного полушария, а также на кратонах Зимбабве и Йилгарн [14].

Список литературы

  1. Ernst R.E., Bleeker W., Söderlund U., Kerr A.C. // Lithos. 2013. V. 174. P. 1–14.

  2. Dikin A. Radogenic isotope geology. Cambridge University Press, 2005. 492 p.

  3. Heaman L.M., Lecheminant A.N. // Chem. Geol. Geol. 1993. V. 110. P. 95–126.

  4. Söderlund U., Johansson L. // Geochemistry, Geophys. Geosystems. 2002. V. 3. № 2. P. 1–7.

  5. Федотов Ж.А., Баянова Т.Б., Серов П.А. // Геотектоника. 2012. № 6. С. 29–45.

  6. Арзамасцев А.А., Федотов Ж.А., Арзамасцева Л.В. Дайковый магматизм северо-восточной части Балтийского щита. СПб.: Наука, 2009. 383 с.

  7. Морозов Ю.А., Галыбин А.Н., Мухамедиев Ш.А., Смульская А.И. // Геотектоника. 2017. № 3. С. 28–60.

  8. Терехов Е.Н., Морозов Ю.А., Смолькин В.Ф., Баянова Т.Б., Серов П.А., Щербакова Т.Ф., Смульская А.И. // Вестник МГТУ. 2019. Т. 22. № 1. С. 48–63.

  9. Ерофеева К.Г., Степанова А.В., Самсонов А.В., Ларионова Ю.О., Егорова С.В., Арзамасцев А.А., Коваль-чук Е.В. // Петрология. 2019. Т. 27. № 1. С. 19–46.

  10. Saikia, A., Gogoi B., Kaulina T., Lialina L., Bayanova T., Ahmad M. // Geological Society, London, Special Publications. 2017. V. 457. P. 233–252.

  11. Amelin Yu.V., Heaman L.M., Semenov V.S. // Precambrian Research. 1995. V. 75. №1–2. P. 31–46.

  12. Kullerud K., Skjerlie K.-P., Corfu F., de la Rosa J. // Precambrian Res. 2006. V. 150. № 3–4. P. 183–200.

  13. Stepanova A.V., Samsonov A.V., Salnikova E.B., Arzamastsev A. A., Egorova S. V., Larionova Yu.O., Larionov A.N., Erofeeva K.G., Stifeeva M.V. // Proc. 33rd Nordic Geological Winter Meet. Lyngby, Denmark, 2018. P. 56.

  14. Степанова А.В., Сальникова Е.Б., Самсонов А.В., Ларионова Ю.О., Егорова С.В., Саватенков В.М. // ДАН. 2017. Т. 472. № 2. С. 185–191.

  15. Puchtel I.S. Touboul M., Blichert-Toft J., Walker R.J., Brandon A.D., Nicklas R.W., Kulikov V.S., Samso-nov A.V. // Geochemica Cosmochim. Acta. 2016. V. 180. P. 227–255.

Дополнительные материалы отсутствуют.