Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Реакционные структуры интрузивных и метаморфических пород как индикаторы направленности процессов метаморфизма

ВАК РФ 04.00.08, Петрография, вулканология

Автореферат диссертации по теме "Реакционные структуры интрузивных и метаморфических пород как индикаторы направленности процессов метаморфизма"

на правах рукописи

С,// /^а^г^.

АЛЕКСЕЕВ Николай Леонардович

УДК 552.16(470.21)

РЕАКЦИОННЫЕ СТРУКТУРЫ ИНТРУЗИВНЫХ И МЕТАМОРФИЧЕСКИХ ПОРОД КАК ИНДИКАТОРЫ НАПРАВЛЕННОСТИ ПРОЦЕССОВ МЕТАМОРФИЗМА (НА ПРИМЕРЕ КАНДАЛАКШСКО-КОЛВИЦКОЙ ЗОНЫ, БАЛТИЙСКИЙ

ЩИТ)

специальность 04.00.08- петрология, вулканология

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

научный руководитель член.-корр. РАН доктор г.-м. наук В.А.Глебовицкий

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 1997

Работа выполнена в Институте Геологии и Геохронологии Докембрия Российской Академии Наук (ИГГД РАН)

Научный руководитель

Член-корреспондент РАН д.г.-м.н. ГлебовицкиЙ В.А.

Официальные оппоненты:

кандидат геолого-минералогических наук

Кольцов А.Б. (Спб.ГУ) доктор геолого-минералогических наук, профессор Долнво-Добровольский В.В. (Спб.ГИ)

ведущая организация:

Геологический Институт Кольского Научного Центра РАН (ГИ КНЦ РАН)

Защита состоится & 1997 года в час. на заседании

диссертационного совета Д.003.72.01 при Институте Геологин и Геохронологии Докембрия РАН по адресу: 199034, Санкт-Петербург, наб.Макарова, д.2.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИГГД РАН

Автореферат разослан

1997 года

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат геолого-минералогических наук Т.П.Щеглова

Актуальность исследований. Термодинамические режимы метаморфизма и направленность их эволюции являются хорошими индикаторами тектонических процессов, что подчеркивалось многими исследователями (Ellis, 1987; Bohlen,1991, Spear,1993). В числе актуальных проблем связи тектоники и эндогенных процессов, наряду с выявлением общих закономерностей в пространственном и временном распределении типов метаморфизма, выделяется вопрос о механизме перемещения глубинных метафорических и интрузивных образований к поверхности (Добрецов, 1995), а так же связь режимов метаморфизма с тектонической эволюцией региона. Кандалакшско-Колвицкая структурно-формационная зона Беломоро-Лапландского пояса является благоприятным объектом для исследований подобного рода. Интерес к изучению метаморфических процессов в Кандалакшско-Колвицкой зоне вызван присутствием в ее составе разноглубинных интрузивных и супракрустальных пород, совмещенных в настоящее время на одном эрозионном срезе. Сдвиговые деформации, интенсивно проявленные в этой зоне, позволяют определить направление относительного транспорта вещества. Анализ эволюции метаморфизма, предшествовавшего и сопряженного со сдвиговыми деформациями, позволяет построить геодинамическую модель развития региона.

Цель и задачи работы. Целью дшшой работы, являющейся составной частью проекта INTAS-РФФИ N 951330 "The geological evolution of the Boundary Zone between the Belomorian Structural Province and Karelian Craton in the White-Sea-Northern Karelian Area of the Baltic Shield. Comparison with Margin of Contemporaneous Paleoproterozoic Collision", являлось установление P-T режимов эволюции интрузивных и супракрустальных пород и их связи с тектоническими процессами в Кандалакшско-Колвицкой сгрукгурно-формационной зоне.

Задачи

1. Восстановление последовательности минералообразования и оценка Р-Т условий формирования реакционных структур интрузивных пород основного состава Кандалакшско-Колвицкой зоны.

2. Установление направленности эволюции процессов метаморфизма и оценка Р-Т условий формирования зон бластомилошггазащш (shear-zones).

3. Построение геологически и петрологически обоснованных Р-ТЧ трендов метаморфической эволюции пород.

4. Расчет Р-Т условий формирования Орх-БШ парагенезиса в зоне тектонического меланжа.

Научная новизна рабо1Ы

Впервые для Кандалакшско-Колвицкои зоны доказано синкинематическое внедрение нескольких генераций даек основного состава, которое происходило в глубинных условиях. Показано, что формирование реакционных структур в Колвицком габбро-анортозитовом массиве отражает длительный период постмагматической эволюции пород, включающий: компрессионное и изобарическое остывание пород и последовавшую за этим ретроградную декомпрессию. Рассчитаны Р-ТЧ тренды метаморфической эволюции пород. Установлена регрессивная направленность процессов метаморфизма, связанных с заложением зоны тектонического меланжа, являющейся фронтальной частью Лапландского надвига (выражением поверхности сместителя), располагающейся в основании Лапландского покрова.

Фактический материал Геологической основой для петрологический исследований послужили полевые исследования района, проводившиеся автором в 1994-1995 гг. совместно с В.А.Глебовицким, В.В.Балаганским, Д.Бриджуотером, М.Маркером и Ф.Менгелом, а так же анализ картографического материала, опубликованного В.В.Балаганским, М.Н.Богданаовой и М.М.Ефимовым. Основу для петрологических исследований составил анализ каменного материала отобранного автором работы. Микрозондовые исследования химического состава минералов проводились автором в лаборатории локальных методов пУо "Механобр-аналит" (Санкт-Петербург) и минералогической лаборатории Университета г.Копенгаген (Дания). Всего было обработано около 1000 химических анализов минералов и проведено исследование около 40 образцов горных пород.

Пракгтнческая значимость Реконструированные в данной работе Р-ТЧ тренды эволюции супракрустальных и интрузивных пород могут быть использованы при построении геологически и петрологически обоснованной модели тектонического развития не только Кандалакшско-Колвицкой зоны, но и всего Беломорско-Лапландского

пояса. Установленные закономерности формирования реакционных (коронарных) структур в Колвицком массиве могут быть использованы при исследованиях аналогичных пород (друзитов), которые типичны для всего БеломОрско-Лапландского пояса. В частности, тот факт, что первично-магматические минералы вовлекаются в новые равновесия с реакционными фазами, могут позволить провести корректную интерпретацию возрастных дшшых при построении минеральных изохрон с использованием первично-магматических мшшралов.

Работа может иметь и методическое значение. Использованный в работе метод реконструкции Р-Т условий минеральных равновесий, позволяет сделать вывод, что не всегда реакционные соотношения между минералами свидетельствуют, что между ними не достигалось химического равновесия. Сами реакционные структуры подобного типа являются надежными индикаторами направленности метаморфических процессов, а анализ последовательности их возникновения позволяет построить петрологически обосновшшые Р-Т тренды эволюции пород. Апробация работы

Основные положения диссертации были доложены на 9 Международном Конгрессе Ассоциации Европейского Геологического Сообщества в Санкт-Петербурге в 1995 году, на рабочем совещании по проекту ЕШТОРШЭВЕ в Финляндии (Ьашпи) в 1996 году и на Европейском Геологическом Конгрессе в Стратсбурге (Франция) в 1997 году. По теме диссертации опубликовано 9 работ и 2 находятся в печати (1997 год). Благодарности

В заключении автор хотел бы выразить -искреннюю благодарность своему научному руководителю проф. В.А.Глебовицкому, без поддержки которого, проведение данной работы было бы невозможно. Особую благодарность следует выразить проф. Д.Бриджуотеру (Геологический музей, Дания) и др. Ф.Менгелу (Литосферный центр, Дания) за любезно предоставленные для исследований образцы и возможность провести микрозондовь1е исследования в минералогической лаборатории Университета г. Копенгагена. Защищаемые положения

1.Последовательность минералообразования и Р-Т условия формирования реакционных (коронарных) структур в массивных разновидностях

Колвицкого габбро-анортознтового массива отражают остывание интрузивных пород сначала при повышающемся и постоянном, а за тем н при снижающемся давлении. Изобарическое и декомпрессиошгае остывание происходило синхронно с метаморфизмом пород в зонах бластомилонитизадии.

2.Особенностью дайкового магматизма в пределах Колвицкой подзоны является синкинематическое внедрение нескольких генераций даек базитов, кристаллизация которых происходила в глубинных условиях, соответствующих давлению 10-11 кбар.

3.Формирование Opx-Sill парагенезиса в породах, слагающих основание Лапландского покрова, связано с субизобарическим остыванием пород при высоких давлениях (около 9 кбар), за которым последовала субизотермальная декомпрессия. В верхних частях покрова резкая декомпрессия предшествовала остыванию пород.

4.Направленность метаморфической эволюции пород в зонах бластомилонитизации (shear-zones) сумийского (около 2.4 млрд.лет) и свекофеннского (около 1.9 млрд.лет) возрастов свидетельствует,, что сдвиговые деформации, во всех изученных участках Кандалакшско-Колвнцкой зоны, являлись отражением тектонических процессов, приводивших к перемещению глубоко метаморфизованных пород на более высокие уровни коры.

Объем и структура работы

Диссертация состоит из 4* глав, введения, заключения и приложения. Общий объем работы составляет 167 страниц машинописного текста, включая 37 рисунков, 18 таблиц и список литературы.

Во введении приводится краткий обзор состояния проблемы и формулируются защищаемые положения.

Глава I "Геологическое строение района исследований" включает описание геологического строения региона, соотношение различных типов пород и кинематический анализ сдвиговых деформаций.

Глава II "Реакционные структуры и минеральные ассоциации зон бластомилошггизации" дает подробную петрографическую характеристику исследованных пород и соотношений между различными минералами.

Глава III "Реконструкция условий формирования реакционных структур и зон бластомилошггизации: последовательность минералообразования, термобарометрия, P-T-t тренды" рассматривает последовательность протекания в породах различных М1шералы1ых реакций, методику расчетов и результаты расчетов температур и давлений.

Глава IV "Связь P-T-t трендов метаморфизма с тектоническим развитием Кандалакшско-Колвицкой зоны" суммирует полученные даш!ые и рассматривает возможные модели тектонического развития региона, которые вытекают из анализа эволюции метаморфических процессов.

В заключении делаются основные выводы, которые следуют из изложенных результатов исследований.

В приложении приводятся таблица химических составов минералов из проанализированных образцов.

В работе приняты следующие обозначения: АЬ-альбиит, Alm-альмандин, Ап-анортит, Ann- аннит, Bt-биотит, Срх-клинопироксен, Crd-кордиерит, Di-диопсид, Еп-энстатит, Grs-гроссуляр, НЫ-роговая обманка, Нс-герцинит, Hd-геденбергит, Fs-ферросилит, Kfsp-калиевый полевой шпат, Mt-магнетит, Орх-ортопироксен, Р1-плагиоклаз, Phl-флогопит, Prg-паргасит, Ру-пироп, Qtz-кварц, Sill-силлиманит, Spl -шпинель.

ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ РАЙОНА ИССЛЕДОВАНИЙ

Беломорско-Лапландская коллизионная зона представляет собой одну из

важнейших структур Балтийского щита, сформировавшуюся на границе двух мегаблоков архейской континентальной коры: Карельского и Кольского. Анализ сочленения Беломорско-Лапландской зоны (пояса) с Карельским и Кольским мегаблоками (Глебовицкий и др., 1996) привел к выделению двух систем тектонических покровов : 1-сформировавшихся в позднеархейское время (2.72.6 млрд.лет), представляющих Беломорский аллохтон; 2-сформировавшихся в раннепротерозойское (свекофеннское) время, представляющие Лапландский аллохтон.

Кандалакшско-Колвицкая структурно-формациопная зона относится к южной ветви Лапландского грану лотового пояса (Лапландский аллохтон), слагающего северо-восточную часть Беломорско-Лаплапдского пояса. В пределах этой зоны, на одном эрозионном уровне совмещены разновозрастные супракрустальные и интрузивные породы, метаморфизованные в условия амфиболитовой и гранулитовой фаций повышенных давлений. В западной части Кандалакшско-Колвицкой зоны (Колвицкая подзона) обнажаются мигматизированные тоналит-трондьемитовые гнейсы с возрастом 2.74-2.72 млрд.лет (Глебовицкий и др.,1996), относимые к Керетскому покрову Беломорского аллохтона (Миллер, Милькевич, 1995). Тоналит-трондьемитовые гнейсы тектонически перекрываются супракрустальными породами Кандалакшской гнейсово-амфиболитовой толщи с возрастом около 2.46 млрд.лет (Кислицын, 1996). В настоящее время предполагается, что эти породы составляют нижнюю часть Корватундровского покрова

(Миллер, Милькевич ,1995). Расположенные восточнее, существенно вулканогенные породы Плоскотундровской и Порьегубской толщ, разделяемые ' по преобладанию кристаллических сланцев различного состава (Богданова,Ефимов,1984), отделены от Кандалакшской толщи Колвицким массивом габбро-анортозитов с возрастом около 2.46 млрд.лет (Фриш и др.,1995). Породы Плоскотундровской и Порьегубской толщ отделены от гранулитов Умбинского блока (Лапландский покров) зоной тектонического меланжа, мощностью около 5 км, простирающейся в северо-западном направлении. Учитывая линзовидно-чешуйчатое строение этой зоны и интенсивно проявленные в ней сдвиговые деформации, она рассматривается как выражение поверхности регионального сместителя-Лапландского надвига (Балаганский и др.,1986; Валашку е1.а1.,1994), сформировавшегося около 1.9 млрд.лет назад.

Умбинский блок гранулитов, представляющий, по-видимому, верхние части Лапландского покрова (Миллер, Милькевич,1995) сложен глиноземистыми гнейсами, кислыми грану литами и кварцитовидными породами. Как уже отмечалось, западной (нижней) границей покрова является зона тектонического меланжа, которая, в современном разрезе, залегает в основании покрова. С Востока глиноземистые породы Умбинского блока прорваны

Островским массивом эндербитов и Умбинскими порфировидными гранитами (чарнокитами).

МЕТОД ОЦЕНКИ РИТ МИНЕРАЛЬНЫХ РАВНОВЕСИЙ

Все расчеты температур и давлений выполнялись методом TWEEQU

(Thermobarometry With Estimation of EQUilibrium state) с использованием внутренне совместимой базы данных по термодинамическим константам твердых растворов минералов (Berman,1988; Berman,1991), дополненной термодинамическими данными по твердым растворам амфиболов (Mader, Berman, 1992).

Метод основан на одновременном решении системы уравнений, каждое из которых описывает равновесное состояние между компонентами фаз (миналами), для которых в выбранной системе можно записать уравнение реакции типа:

vtA+V2B=V3C+V4D (I), где А,В,С и D-компонеиты фаз, участвующих в реакции, a Vi,V2,V3,V4 -стехиометрические коэффициенты уравнения реакщш. В системе, состоящей из К-компонеитов и n-конечных членов твердых растворов (миналов=компонентов фаз), максимальное количество возможных реакций типа (I) определяется соотношением:

п!/[(К+1)!(п-(К+1))!1 В этой группе существует только n-К линейно независимых реакций. В идеальном случае, на Р-Т плоскости эти линейно-независимые реакции должны пересечься в одной точке, которая, при данном составе фаз, будет соответствовать искомым температуре и давлению. Это возможно только при соблюдении 3х условий:

1. Некоторая форма мгновенного (локального) термодинамического равновесия была достигнута и сохранилась в исследованном образце. 2. Экстраполяция экспериментальных данных при выводе термодинамических моделей твердых растворов для базы данных выполнена корректно. 3. Анализы химических составов минералов выполнены с,высокой точностью.

Поскульку для каждой из реакций условие равновесия можно записать в виде: +ЯТ1пК = ^;угДО?+Ху;.КТ1п(а;) = ]^р:(рд)=0, где

I I I

Дв^-разница химических потенциалов (энергия Гиббса) продуктов и реагентов реакции в их стандартном состоянии, К-константа равновесия реакции, Л-уннверсальная газовая постоянная, ц|(рт) -химический потенциал компонента 1 в фазе j, находящейся при даш1ых Р,Т и составе, то точка пересечения всех линейно-независимых реакций, возможных в данной системе, будет отвечать равенству нулю суммы химических потенциалов компонентов этой системы. Поэтому, Т\УЕЕ<2и можно рассматривать одновремешю как способ расчетов Р-Т параметров и как тест на равновесность того или иного парагенезиса.

Однако, такая идеальная ситуация в реальных образцах встречается редко, т.к. какое-нибудь из перечисленных выше условий нарушается. При отклонении составов от равновесных, линии моиовариантных равновесий смещаются, что приводит к появлению на Р-Т плоскости некоторой области, к которой тяготеют все пересечения. Если допустить, что все химические анализы минералов выполнены точно, то размеры этой области прямо зависят от степени отклонения этой системы от равновесия и от погрешностей моделей твердых растворов. Для того, чтобы исключить последнюю причину, в этой работе (где это было необходимо), из расчетов исключались геденбергит (Ре-шшал клинопироксена) и Ре-кордиерит, термодинамические константы для которых определены с низкой степенью надежности (Вегшап,1991).

Минимизация размеров области пересечения линий моновариантных равновесий выполнялась методом, который в западной литературе получил название "Монте-Карло" (ЫЬегшап & Ре1;гокак1з,1991). В большинстве случаев, полученные результаты отвечают Р-Т области в которой пересекаются 3 и более линейно-независимых реакции. Однако, в некоторых случаях, использовались данные по двум линейно-независимым реакциям. В этом случае выполнялось несколько анализов контактирующих частей минералов.

ОБОСНОВАНИЕ ЗАЩИЩАЕМЫХ ПОЛОЖЕНИЙ ^Последовательность мииералообразования и Р-Т условия формирования

реакшюипчт (коронарииг) структур в массивных рядлорнттргт^х

Колвнпкого габбро-анортозитового массива отражают_остывание

иптрузнвных пород сначала при повышающемся и постоянном, а за тем и при снижающемся давлении. Изобарическое и декомпрессионное остывание происходило синхронно с метаморфизмом порол в зонах

бластомилрпитизашт.

Колвнцкий массив габбро-анортозитов, разделяющий породы Кандалакшской и Плоскотундровской толщ, представляет собой пластннообразное тело мощностью около 3-5 км, простирающееся на Северо-Запад на расстояние до 60 км с падением на Северо-Восток под углами 20-40°. Время внедрения массива оценивается по магматическому циркону имеющему возраст 2462 +7/—6 млн. лет (Фриш и др., 1995). Границы пород массива как с Кандалакшской, так и с Плоскотундровской толщами-тектонические. Оба контакта массива совместно со вмещающими породами переработаны зонами пластичных сдвиговых деформаций (ductile shear-zones)-3onaMH интенсивного рассланцевання и перекристаллизации (бластомилонитизации), в которых породы приобретают ярко выраженную милонитовую или очковую текстуры. Минеральный парагенезис пород в таких зонах, как правило, отличается от парагенезиса в менее деформированных разновидностях пород. В интервале времени 2436-2394 млн.лет (Каулина,1996; Кислицин,1996) породы массива прорваны: дифференцированными интрузиями габбро-диоритов, дайками диорит-тоналитового состава и несколькими генерациями даек базитов. Недеформированные разновидности габбро-анортозитового массива сохраняются редко,- мелкие фрагменты и линзы размером не более 1.3x3 м. Большей частью, породы интенсивно бластомилонитизированы. На основании геологических соотношений выделяются 3 группы зон бластомилонитизации: северо-западного простирания: наиболее рашше-пологие Огруппа) и более поздние-падающие в северо-восточном направлении (II группа). К III группе относятся субмеридиональные зоны бластомилонитизации имеющие субвертикальное залегание. Параллельно таким зонам внедрялись жилы плагиопегматитов с возрастом около 2056 млн.лет (Каулина,1996), которые подверглись расслакцеванию.

В результате интенсивного рассланцевання и перекристаллизации породы Колвицкого массива превращены: в Cpx-(±Opx;Hbl)-Grt-Pl-Qtz

кристаллические сланцы в восточной части массива; и в гранатовые амфиболиты или гранат-амфибол-плагиоклазовые сланцы в западной части массива. Сохранившиеся недеформированными, мелкие линзы пород массива характеризуются друзитовыми (коронарными) структурами, развивающимися вдоль границ между первично-магматическими Орх и 01 с плагиоклазом. Выделяются две разновидности реакционных коронарных структур: шпинель- и кварц-содержащие. Явной связи между этими типами структур не наблюдается, поэтому они рассматривались отдельно.

Шшшель-содержащие реакционные структуры развиваются в наиболее

меланократо-вых разновидностях массива - оливиновых норитах, трок-толитах и норитах. На основании петрографичес ких

исследований была

установлена следующая последователь ность

формирования реакционных

-формирование Орх-Срх-СЛ-5р1 кайм на границах между первично-магматическими 01 и Р1 и Срх-вгЬ-Бр! кайм на границах между первично-магматическими Орх и Р1. В модельных подсистемах СМАБ и МСМЛБ, их формирование можно представить в виде последовательного протекания непрерывных минеральных реакций типа:

11 - Р,кбар

12 - #

' '"«!!!:=.. --¡¿У— ---- ■цлл*» ^¡р

10 - 8 -6 - >4 л 3 < и 3 еа О. с КСМАБ+ШО 1)РуРП(А1.-ииЧр1АЬ(ШО)

4 - £ Ъ о

2 - Т,°С

I 700 I 1 800 900 1 1 1 1000 1100 1200

(коронарных) минералов:

Ро+Ап->Еп+В1+5р1 (1-1); 01+Ап+5р1-»Ру+Сгз (1-2)

Еп+ Ап+5р1-»Б1+Ру (1-3) или, учитывая возрастание ^-компонента в клшюпироксене: В1+АЬ+5р1->.Ы+Ап+Ру

Следующая стадия соответствует кристаллизации паргаситовой роговой обманки (Р^) при продолжающемся росте каймы граната, что можно выразить реакциями типа:

В1+5р1+АЬ+Н20-»Рг8+Ру+Сге (1-4); В1+5р1+АЬ+Н20-»Ру+Р^+Ап или, учитывая содержание ^-компонента в клинопироксене В1+.М+Ап+Н20->Ргз+Сг5+АЬ; В1+.М+5р1+Н20->.Р^+Ру+Сге Наиболее поздняя стадия кристаллизации коронарных минералов соответствует исчезновению шпинели, резорбции каймы граната и появлению реакционного плагиоклаза при продолжении кристаллизации роговой обманки: Ру+вге +Бр1 +Н20->Р^+Ап (Ш-5); АЬ+Ру+Сге+5р1+Н20->Рг5+Ап (Ш-6) или, учитывая содержание ^ компонента в Срх В1+^+8р1+Н20->Рга+Ап; .Ы+Ру+Сп;+Н20->Рга+АЬ+Ап

Фазовая Р-Т диаграмма, построенная на основе стабильных в подсистеме ЫСМАБ+Н20 шшалышх реакций, описанных выше, позволяет предположить Р-Т-Ь тренд для шпинель-содержащих разновидностей пород Колвицкого массива, показанный на рис.1. Нужно отметить, что необходимо предположить возрастание давления, для того чтобы Р-Т тренд эволюции пород пересек реакции (1-2) и (1-3), протекание которых фиксируется петрографическими данными.

Кварц-содержащие реакционные структуры развиваются вдоль контактов первично-магматических ортопироксенов и плагиоклаза в образце норита НА38. От описанных выше эти короны отличаются присутствием реакционного кварца, который отмечается в виде мелких зерен, содержащихся в кайме граната или в реликтах первично-магматического плагиоклаза. Последовательность кристаллизации этого типа реакционных структур выглядит следующим образом:

Наиболее ршшие стадии развития коронарных структур характеризуются кристаллизацией реакционного Срх и вгЬ вокруг первично-магматического Орх: Еп+Аг^ВНРу+ОИг (1-7)

Следующей стадии отвечает сокристаллизация Сг1 и Р^-роговой обманки:

01+Ап+АЬ+Н20-»Р^+Сге+д1г (И-8); Еп+Ап+АЬ+НгО^Ргё+Ру+СНг (Н-9)

Дальнейшая

перекристаллизация породы приводит к постепенному исчезновению реликтов первично-магматического ортопироксена и каемчатых клинопироксена и граната. Этот процесс начинается с полного замещения

клинопироксена роговой обманкой и с разрушения каймы граната, приводящих к формированию роговообманково-плагиоклазовых симпелктитов или зон реакционного, богатого анортитовой молекулой плагиоклаза с внутренней части каймы граната, а потом и к полному ее исчезновению: Ру+Сге+АЬ+НгО^Р^+Ап+дег (Ш-10); Ру+01+Лп+Н20->Р^+д1г В1+Еп+Ап+АЬ+Н20-»Рг8+д1г

Стабильные, в выбранной модельной системе, минеральные реакции позволяют предположить субизобарическое остывание пород на ранних стадиях формирования коронарных структур, которое сменилось декомпрессионным остыванием пород при появлении реакциошюго плагиоклаза в парагенезисе с роговой обманкой (рис.2).

В зонах бластомилонитизации породы Колвицкого массива превращены в кристаллические сланцы различного минерального состава с гранобластовыми или нематогранобластовыми текстурами. Исследованный образец бластомилонитизированного габбро-анортозита (НА36), отобранный из ранней зоны бластомилонитизации (I), характеризуется ассоциацией граната, роговой обманки, плагиоклаза, кварца и клинопироксена.

Количественные расчеты температур и давлений, выполненные методом TWEEQU для Spl-содержащих пород (табл.1) фиксируют

возрастание давления от Р1=9.0±0.4 кбар до Ри=11.0±1.0 кбар и понижение температуры от Tj=884±7°C до

Т„=835±20°С (рис.4, o6p.DB70 и DB71).

Проведенные расчеты методом TWEEQU для Qtz-содержащих коронарных структур (табл.1, обр.НА38) позволяют сделать вывод, что их формирование происходило на стадии субизобарического остывания пород массива, за которым последовала декомпрессия при понижающейся температуре рис.3). Расчеты температур и давлений для образца НА36 (табл.1,рис.3), отобранного из зоны бластомилошггизации I группы, фиксируют температуры и давления, которые достигались при раннем рассланцевании пород массива. Как видно из рис.3 эти параметры вполне сопоставимы (в пределах полученных погрешностей расчетов) с Р-Т параметрами достижения катионного равновесия в ранних Qtz-содержащих коронарных структурах в норитах Колвицкого массива. Следовательно, формирование уже ранних Qtz-содержащих коронарных структур в слабо деформированных породах массива (реакции П-8 и II-9) происходило синхронно с метаморфизмом пород в зонах бластомилошггизации. Суммирование всех полученных данных, позволяет разбить процесс постмагматической перекристаллизации пород массива на 3 стадии, которые включают: компрессионное (1) и субизобарическое (II) остывание интрузивных пород, за которым последовала ретроградная декомпрессия (стадия III). Причем, последние две стадш! происходили синхронно с метаморфизмом пород в зонах бластомилоннтизации.

600 700 800 900 1000

Обр. Минералы Р (кбар) ТСС)

КОРОНИТЫ

Габбро-анортозитовый массив

DB70 Grt-Cpx-Opx-Pl-Spl 9.00±0.40 884±7

DB71 Grt-Cpx-Pl-Spl 11.40±0.50 817±3

Grt-Hbl-Pl-Spl 11.0011.00 841114

НА38 Grt-Opx-Cpx-Pl-Qtz 10.85Ю.25 78314

Grt-Hbl-Pl-Qlz ll.20ifl.40 764111

9.20±0.80 735121

Hbl-Pl-Qlz 6.80М.20 676110

ДаГисн баз1гтов

НА18 Grt-Cpx-Opx-Pl-Qtz 10.60±0.70 755120

НА27а Grl-Hbl-Pl-Qlz 7.50±1.10 600117

7.00Ю.90 56919

Габбро-днорш

НА28 8.35±0.85 655110

БЛАСТОМИЛОНИТЫ

H A3 6 С5г1-Срх-Р1-р1г (центры) 11.20±0.70 774120

(края) 8.90±0.50 734117

F7a Оп-НЫ-Р1-(}1г 8.3510.75 66616

НА20 9.90Ю.80 70714

9.80±1.00 701114

9.05Ю.85 691117

П II 9.00Ю.80 68218

2.Особенностью лайкового магматизма в пределах Колвипкой подзоны является синкипематическое внедрение нескольких генераций даек базитов, кристаллизация которых происходила в глубинных условиях. соответствующих давлению 10-11 кбар.

Дайки базитов, прорывающие Колвицкий габбро-анортозитовый массив по текстурным признакам и геологическим соотношениям друг с другом могут быть подразделены на: более рашше-дайки плагиопорфиритов и более поздние-дайки массивных или "пятнистых" габбро и габбро-норитов. Дайки "пятнистых" габбро содержат ксенолиты рассланцованных анортозитов, что указывает на их внедрение в уже деформированные породы массива. Взаимоотношения даек базитов с диоритами, время внедрения которых находится в пределах 2436±6 млн.лет (Каулина,1996), позволяет предположить практически синхронное внедрение базитов и диоритов: устанавливается как пересечение базитами даек диоритов, так и обратные соотношения. Особенностями морфологии тел даек являются: 1-полное отсутствие в них краевых зон закалок, что указывает на их внедрение в достаточно горячие породы массива; 2-наблюдаются секущие контакты даек базитов с зонами

бластомилонитизации 1-групны в габбро-анортозитах. Но и в этом случае, отторженцы даек имеют предпочтительную ориентировку субпараллельно плоскостям сланцеватости во вмещающих породах; 3-время ранних деформаций в дайках базитов(2394±27 млн.лет,Кислицын, 1996), приближено ко времени их внедрения. Сказанное позволяет сделать вывод о синкинематическом внедрении нескольких генераций (минимум 2) даек базитов в период времени между развитием зон бластомилонитизации I и И групп в достаточно горячие породы Колвицкого массива.

Центральные части тел или будин даек характеризуются развитием С^Ьг-содержащих коронарных (друзитовых), аналогичных описанным в габбро-анаортозитовом массиве. Единственное отличие заключается в присутствии в дайках первично-магматического Срх, который вдоль границ с плагиоклазом замещается сначала ОгЬ, а за тем-вгЬ-Р^ каймами, что предполагает течение реакции типа 01+Ап->Ру+Сг5+(ЭЬг. В целом, последовательность минералообразования в реакционных структурах даек базитов полностью соответствует описанной последовательности для (^к-содержащих коронарных структур в норитах Колвицкого массива. Принципиальная диаграмма (рис.2), построенная для норитов массива, будет справедлива и для даек базитов.

Краевые части даек базитов, даже при отсутствии существенных деформаций,

сильно амфиболизированы. В зависимости от степени бластомилонитизации краевые части даек превращены в НЫ-ОЛ-Р1 сланцы или СЛ-амфиболиты с ярко выраженными "тенями декомпрессии" (<2Ьг-Р 1-оторочками), отделяющих НЫ от гранобластов граната. Сигмоидальная форма (^1г-Р1 оторочек свидетельствует об их формировании практически синхронно с развитием зон бластомилонитизации II группы. Количественные расчеты Р и Т (табл.1) позволяют реконструировать Р-Т тренд постмагматической эволюции даек базитов (рис.4), который полностью соответствует декомпрессионной части тренда для пород Колвицкого массива

(рис.3). Максимальная глубина внедрения даек базитов соответствует давлению, при котором формировались зоны бластомилонитизации I группы в Колвицком массиве (обр.НАЗб,табл.1,центр). Минимальная глубина, может быть зафиксирована давлением, при котором достигалось равновесие в ранних Grt- Срх коронах, вокруг Орх (обр.НА18,табл.1). Сопоставление этих данных приводит к выводу, что кристаллизация даек базитов происходила в глубинных условиях, соответствующих давлению 10-11 кбар.

3 .Формирование Opx-Sill парагеиезиса в породах, слагающих основание Лапландского покрова, связано с субизобарическим остыванием пород при

высоких;_даэлеииях_(шшдд_9 кбар)._ш_kptppw_последовала

субнзотермальная декомпрессия. В верхних частях покрова резкая декомпрессия предшествовала остыванию порол.

Гранулиты Умбинского блока слагают верхние части Лапландского покрова, выделяемого в исследованном районе (Миллер,Милькевич,1995). Покров представлен чередующимися в разрезе Grt-Bt, Grt-Bt-Sill гнейсами и кислыми гранулитами (существешю Qtz-Grt породами с полевыми шпатами), содержание которых увеличивается в западном направлении (к низам покрова). В незначительном количестве присутствуют 2Px-GrtPl кристаллические сланцы. В основании (западной части) Лапландского покрова расположена зона тектонического меланжа, которая рассматривается как выражение Лапландского надвига (поверхности сместителя), по которому Умбинские гранулиты были надвинуты на породы Порьегубской толщи. Формирование зоны меланжа происходило в свекофеннский (около 1.9 млрд.лет) период развития региона (Тугаринов,Бибикова,1980, Balagansky et.al.,1994). Вблизи западной (нижней) границы зоны меланжа находятся породы, характеризующиеся присутствием парагенезиса Орх и Sill, формирование которого связывалось с пиком метаморфизма свекофеннского времени (Козлова,Балаганский,1991).

Проведенные Sm-Nd исследования кислых гранулитов Умбинского блока (Bridgwater et.al.,1996) свидетельствуют об участии ювенильного палеопротерозойского вещества в протолите этих пород (Т(ом) «2.5 млрд.лет). LAM-ICP-MS исследования единичных зерен цирконов (Bridgwater et.al.,1996) дают значительный разброс РЬ207/РЬ206 возрастов, с единичными

зернами с возрастом >3.6 млрд.лет, что наиболее адекватно объясняется осадочной природой протолита этих пород. Близкая картина наблюдалась при исследовании цирконов из Opx-Sill пород из зоны меланжа. Ярко выраженный пик РЬ207/РЬМ6 возрастов в интервале 1.9-2.2 млрд.лет интерпретируется как сильное влияние свекофеннского метаморфизма и флюидной переработки пород (Bridgwater et.al., 1996). Присутствие в породах цирконов с возрастом >2.5 млрд.лет и, в частности, с возрастом >3.6 млрд.лет, свидетельствует, по-видимому, об осадочном протолите пород, сопоставимом с протолитом для пород Умбинского блока. Эти данные позволяют рассматривать Opx-Sill породы, как изначально нижние части Лапландского покрова, обнажающиеся в западной части зоны меланжа и подвергшиеся интенсивной метаморфической переработке. Петрографические наблюдения позволяют установить следующую

последовательность минералообразования в

верхних частях Лапландского покрова (губа Пильская): -формирование Crd оторочек вокруг зерен Grt и скоплений Sill или Р1 оторочек вокруг зерен Grt можно представить в виде MAS-реакций: Py+Sill+Qtz=Crd (I). Grs+Sill+Qtz=An (2). -по-видимому, более позднее появление вростков биотита в краевой части Crd, а

также иголочек Sill в краевой части зерен Grt описывается K.MAS реакциями: Py+Ksp+H20=Phl+SiIl+Qtz (3) Crd+Ksp+H20=Phl+Sill+Qtz (4)

Реакции 1 и 2 свидетельствуют о резкой субизотермальной декомпрессии пород (рис.5), тогда как реакции 3 и 4 фиксируют снижение температуры, количественные расчеты для двух исследованных образцов Grt-Bt-Sill гнейсов с реакционным Crd вокруг Grt фиксируют достижение равновесия между этими минералами при Р=7.5-8.0 кбар и Т=840-860°С. Поскольку в расчетах

использовался реакционный Сгс1, формирование которого свидетельствует об субизотермальной декомпрессии, можно предположить, что полученные Т близки к максимальным для данного участка.

В исследованном образце СгЬ-БШ-Орх-Сгс! гнейса устанавливаются следующие реакционные структуры, формирование которых можно описать реакциями: -распад твердого раствора высоко глиноземистого ОрХ|.-

Ме-А1 Орх=Еп+5Ш (5), -распад твердого раствора высоко магнезиального граната:

Ру+С^Еп+БШ (6). -образование оторочек

кордиерита вокруг

симплектитов ортопирксена с силлиманитом: Еп+5П1+С>Ьг=Сг<1 (7) -возникновение оторочек ортопироксеиа с

плагиоклазом вокруг граната: Ру+Сгз+<21г=Еп+Ап (8), и появление симплектитов ортопироксена с кордиеритом вокруг граната: Ру+С^Еп+Сгс! (8).

Принципиальная фазовая диаграмма, построенная для исследоваиного образца (рис.6), позволяет сделать вывод, что формирование Орх-БШ парагенезиса в нижней части Лапландского покрова происходило при субизобарическом остывашш пород, которое сменилось субизотермальной декомпрессией. Расчеты Р и Т для ассоциации БШ-Орхг-вй-Р! (релимО-ОЬ свидетельствуют о достижении катионного равновесия между этими минералами при Р=9.3-9.5 кбар и Т=806-818°С. Учитывая особенности протекания минеральных реакций, приведших к формированию Орх-БШ парагенезиса, можно сделать вывод, что полученное давление близко к максимальному для дашюго эпизода метаморфизма.

4.Направленность метаморфической эволюции_пород_в_¡Ш1ШХ

бластомилонитизашш (shear-zones) сумийского (около 2.4 млрд.лет) и свекофеннского < около 1.9 млрд.лет') возрастов свидетельствует, что сдвиговые деформации, во всех изученных участках Кандпляктско-Колвинкой зоны, являлись отражением тектонических процессов. приводивших к перемещению глубоко метаморфизованных пород на более высокие уровни коры.

Возрастные данные, полученные при датировании цирконов из интрузивных пород Колвицкой подзоны свидетельствуют, что выведенные Р-Т тренды пород, отвечают сумийскому периоду развития региона (около 2.4 млрд.лет). Верхними возрастными ограничениями процессов бластомилонитизации служат:

-U-Pb возраст цирконов, отобранных из зон амфиболизации, накладывающихся на бластомилонитизированные породы (около 2.4 млрд.лет, Богданова и др.,1993);

-U-Pb возраст метаморфогешюго циркона из амфиболизированной дайки базитов (2394±27 млн.лет, Кислицин.1996).

Как следует из проведенных Р-Т реконструкций, до развития зон бластомилонитизации I и II групп породы Колвицкого массива испытали компрессионное остывание. Главными условиями появления подобных тревдов является существование режимов сжатия при остывании пород (Clarke & Powell,1991; Sandiford & Powell,1986; Spear,1993; Bohlen,1991). Для объяснения компрессионной части Р-Т тренда, в данном случае, привлекается модель субдукции. Из всех возможных моделей,' она наиболее адекватно отвечает конкретной ситуации, а именно:

-умеренно-градиентный метаморфизм супракрустальных пород Кандалакшской толщи - фация альмандиновых амфиболитов (Прияткина, Шарков,1979); -вулканиты Кандалакшской толщи и Колеицкий массив прорываются дайками базитов, внедрение которых происходило на значительной глубине; -сопровождающая внедрение даек декомпрессия происходит одновременно в супракрустальных породах и в Колвицком массиве.

Последние два факта свидетельствуют, что Кандалакшская толща и Колвидкий массив располагались примерно на одной глубине до начала их перемещения к поверхности.

Направление относительного перемещения вещества по ранним субгоризонтальным зонам бластомилонитизации I группы определить трудно, т.к. надежные кинематические индикаторы здесь отсутствуют. Однако, пологое залегание зон свидетельствует, что транспорт вещества осуществлялся по субгоризонтальной плоскости. Поэтому, субизобарическое остывание пород в это время вполне объяснимо. Зоны бластомилонитизации II группы характеризуются достаточно крутым (до 60°) паде1шем на Северо-Восток. Минеральная линейность- субгоризонтальна или погружается на Северо-Запад под углами не более 10-15°. Кинематические индикаторы в этих зонах указывают на правосторонние (верх на Юго-Восток) сдвиговые деформации или, иными словами, на сдвиг по простиранию пород. Однако, внедрение габбро-диоритов, даек диоритов и нескольких генераций даек базитов, происходившее практически синхронно со сдвиговыми деформациями, сопровождалось ярко выраженным декомпрессионным эффектом. Эти данные позволяют сделать вывод, что развитие зон бластомилонитизации II группы, а возможно уже и I, происходило в условиях растяжения. Иными словами, сжатие и погружение пород на ранней стадии, сменилось их вовлечением в область растяжения (рифтовую зону), после пика метаморфизма но давлению. Такой процесс достаточно адекватно описывает модель "аккреционного клина", предложенная для зон субдукции Альпийского типа (Piatt,1986). Сущность этой модели заключается в том, что погружение пород в зоне субдукции сопровождается латеральным транспортом вещества на более высоких уровнях коры, что приводит к появлению области растяжения (рифтовой зоны), расположенной над зоной субдукции. Сами погружающиеся породы попадают в рифтовую зону после того, как они достигли некоторой глубины и испытали метаморфизм при повышенных давлениях. Формирование области растяжения приводит к уменьшению мощности коры и позволяет глубоко захороненным породам перемещаться к поверхности.

Имеющиеся возрастные данные по гранулитам Умбинского блока и зоне тектонического меланжа (Тугаринов,Бибикова,1980; Bridgwater et.al.,1996)

позволяют сделать вывод, что сдвиговые деформации и связанный с ними метаморфизм пород отражают свекофеннский (около 1.9 млрд.лет) период развития региона. Мшшральная линейность в ранних субгоризонтальных зонах бластомилошгтизации ориентирована практически по простиршшю пород-субгоризонтальна или полого (до 15°) погружается на Юго-Восток. Кинематические индикаторы свидетельствуют, что по этим зонам происходило относительное перемщение вышезалегающих пород в юго-восточном направлении. Учитывая ориентировку зоны меланжа (северо-западное простирание и северо-восточное падение), являющуюся выражением поверхности сместителя (Лапландского надвига), по которому происходили основные перемещения пород (Богданова, Ефимов, 1984; Балаганский и др.,1986; Ва^апБку et.al.1994), можно прийти к заключению, что тектонические перемещения осуществлялись практически вдоль горизонтальной плоскости сместителя.

В поздних, падающих на Восток (с углом до 60°) зонах бластомилошгтизации минеральная линейность ориентирована практически по падению зон. В этих зонах фиксируются сдвиговые деформации, приводившие к перемещению относительно вышезалегающих пород "вниз" и на Восток или Юго-Восток, что отвечает условиям сброса. Аналогичная последовательность событий устанавливается и в верхних частях Лапландского покрова (Умбинский блок), что позволяет говорить об одновременности сдвиговых деформаций в верхних и нижних (зона меланжа) частях покрова. Однако, Р-Т траектории, сопровождающие эти деформаций в верхних и нижних частях покрова различаются (рис.5,рис.6).

Данные микроструктурного анализа позволили сделать вывод, что синхронно с субгоризонтальнымн перемещениями (ранние 'зоны бластомилонитизации) в породах, расположенных вблизи западной границы зоны меланжа, происходило формирование Орх-БШ парагенезиса (Козлова, Балаганский, 1991). Из проведенных Р-Т реконструкций следует, что при этом происходило субизобарическое остывание пород, которое сменилось резкой декомпрессией в субизотермальных условиях. Декомпрессию логично связать с заложением поздних зон бластомилонитизации, которые фиксируют сброс. Иная Р-Т траектория устанавливается для верхних частей Лапландского

покрова. Здесь достаточно резкая декомпрессия предшествовала остыванию пород.

Установленные особенности эволюции процессов метаморфизма являются типичными для заключительных стадий континентальной коллизии, сопровождающихся надвигообразованием и транспортом вещества к поверхности тектоническими покровами (Hubbard,1989; Crowley, 1991; Spear,1993, Pecher, 1989). P-T траектории, направленные против часовой стрелки, обычны для области взаимодействия двух разнородно метаморфизовшшых пластин при надвиге (Crowley,1991; Spear,1993). В рассматриваемом случае, такой областью является зона тектонического меланжа, по которой гранулиты Умбинского блока были надвинуты на породы Порьегубской толщи. Особенности развития Колвицкой подзоны позволяют предположить, что к этому моменту времени (1.9 млрд.лет) Порьегубская толща успела остыть в результате подъема к поверхности. Кондуктивная отдача тепла более горячей верхней пластиной (Лапландский покров) и привела к субизобарическому остыванию основания Лапландского покрова. Естественно, что для этого необходимо, чтобы к началу остывания лапландский покров уже был совмещен (надвинут) с породами Порьегубской толщи. Таким образом, эта стадия соответствует уже посленадвиговому периоду развития и обычно называется "стадией релаксации" (Crowley,1991; Spear,1993), после чего следует дальнейший совместный подъем пластин к поверхности, сопровождающийся значительной декомпрессией пород. В верхней части Лапландского покрова кондуктивной отдачи тепла не происходит. Поэтому, стадия изобарического остывания здесь отсутствует. Однако, перемещение всего покрова к поверхности, которое обычно сопровождается тектоническим удалением вышезалегающих пород, приводит к заметной декомпрессии, которая сменяется или сопровождается остыванием пород по мере их приближения к поверхности. Таким образом, зоны сдвиговых деформаций в Лапландском покрове и зоне меланжа отражают заключительные стадии континентальной коллизии, а именно-подъем глубоко метаморфизованных пород к поверхности.

Список работ по теме диссертации

1.D.Bridgwater, V.A.Glebovitsky, I.Sedova, J.Miller, N.Alexejev. M.N.Bogdanova, M.M.Yefimov, V.P.Chekulaev, N.A.Arestova, S.Lobach-Zhuchenco. 1994. Subhorisontal stretching fabric and high-grade metamorphic assemblages in ca 2.5-2.35 syntectonic igneous suites from the Belomorian-Belt. Evidence of acid-basic igneous activity during extension in the deep crust. Nottinghem, UK. Abstract.

2.N.L. Alexejev. V.A.Glebovitsky, D.V.Dolivo-Dobrovolsky,D.Bridgwater & F.C.Mengel.1995. Polymetamorphism in the granulite facies Paleoproterozoic igneous and sedimentary suites from Kolvitsa, White Sea,Russia. PRECAMBRIAN'95. Montreal, Canada.Abstract.

3.N.L.Alexejev. D.V.Dolivo-Dobrovolsky. S.A. Bushmin. 1995. The problems of polymetamorphic evolution in the granulite facies paleoproterozoic igneous and sedimentary suites from Kolvitsa-Umba area, Eastern Baltic Shield, Russia. MAEGS 9, St-Petersburg.Abstracts.

4.N.Arestova, N.Alexsejev. E.Bogomolov, G.Drugova, L.Levsky, S.Lobach-zhuchenko, V.Chekulaev.1995. New Sm-Nd data, mineral and rock chemistry for the drusites of NW Belomorian zone: implication for geotectonic interpretation. MAEGS 9, St-Peterburg. Abstract.

5.D.Bridgwater, D.J.Scott, M.Marker, V.Balagansky, S.Bushmin & N.Alexejev.1996. LAM-ICP-MS 207 Pb/Pb206 from detritial zircons and the provenance of sediments in the Lapland-Kola belt. Comparison with contemporaneous collision orogens in the North Atlantic region. EUROPROBE WS, Lammi,Finland. Abstracts.

6. N.L.Alexejev. 1997. The thermal history of the igneous and sedimentary suites of the Kandalaksha-Kolvitsa-Umba area and its application to the tectonic processes (Baltic Shield, Russia). EUG9, Stratsbourg,France. Abstracts.

7. S.Klepinin, N.Alexejev. V.S.Baikova, T.F.zinger. Thermobarometry, Fluid and Melt-inclusions Study for Opx-bearing Granitoid Massives of the Belomorian Mobile Belt (Baltic Shield, Russia). EUG9, Strasbourg,France. Abstracts.

8. Г.М.Другова, С.И.Турченко, В.Н.Верхало-Узкий, Л.Е.Шустова, Н.Л.Алексеев. 1995. Особенности эволюции зон сочленения гранулито-

гнейсовых и гранит-зеленокаменных областей (на примере Балтийского и Алданского щитов). Региональная геология и металлогения, №4, с.29-37.

9. В.А.Глебовицкий, H Л.Алексеев. Д.В.Доливо-Добровольский. 1997. Реакционные структуры и Р-Т режимы охлаждения глубинных образований Кандалакшско-Колвицкой структурно-формационной зоны, Кольский полуостров. Записки Минералогического Общества, № 2.

10. V.A.Glebovitsky, Yu.V. Miller, N.L.Alexejev. 1977. The Belomorlan-Laplandian Metamorphic Belt: PT-Time Evolution and Geodynamic Interpretation. EUG9, Strasbourg, France. Abstracts.

11. В.А.Глебовицкий, И.С.Седова, Н.Л.Алексеев, Д.В.Доливо-Добровольский. 1997. PTt тренды эволюции метаморфизма: методы вывода и геодинамическая интерпретация. Петрология (в печати).

Подписано к печати 08.05.97. Заказ 123 Тираж 100 Объем 1,5 п.л. Ц0П СПГУ. 199031, Санкт-Пегербург, наб. Макарова.6.