Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему
Архейские гранитоиды Карелии и их роль в формировании континентальной коры Балтийского щита
ВАК РФ 04.00.01, Общая и региональная геология
Автореферат диссертации по теме "Архейские гранитоиды Карелии и их роль в формировании континентальной коры Балтийского щита"
Г Г Р л ■
г| О и..
1 1 НОЯ 1ЬЬо
На правах рукописи
УДК 550.42+551.24+551.71+552.3
Чекулаев Валерий Петрович
АРХЕЙСКИЕ ГРАНИТОИДЫ КАРЕЛИИ И ИХ РОЛЬ В ФОРМИРОВАНИИ КОНТИНЕНТАЛЬНОЙ КОРЫ БАЛТИЙСКОГО
ЩИТА
Специальности:
04.00.01 - Общая и региональная геология 04.00.08 - Петрография, вулканология
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени доктора геолого-минералогических наук
Санкт-Петербург 1 996
Работа выполнена в Институте геологии и геохронологии докембрия Российской Академии наук
Официальные оппоненты: член-корреспондент РАН,
доктор геолого-минералогических на) Митрофанов Ф.П. (ГИ КолНЦ РАН) доктор геолого-минералогических наук, профессор
Шинкарев Н.Ф. (С-Пб ГУ) доктор геолого-минералог ических наук Шульдинер В.И. (ВСЕГЕИ)
Ведущая организация - Институт геологии Карельского научного центра РА Защита состоится "13" 199/ г. в /У час.
на заседании диссертационного совета Д.003.72.01 при Институте геологи геохронологии докембрия РАН (199034. Санкт-Петербург, наб.Макарова, 2).
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИГГД РАН
Автореферат разослан "/о "о^Гл ^->-41996 г.
Ученый секретарь
диссертационного совета
кандидат геолого-минералогических наук
V
Т.П.Щеглова
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность исследований. Одной из ведущих проблем современной геологии является проблема формирования архейской континентальной коры, составляющей значительную часть современной коры материков.
В ряду корообразующих эндогенных процессов ведущая роль принадлежит гранитообразованию. Результатом этого процесса является формирование сложного комплекса гранитоидов различного состава, отражающих различия в составе источника и условиях образования. Изучение геологического положения, возраста, состава и петрогенезиса архейских гранитоидов служит главным источником информации о геодинамическом состоянии земной коры на разных этапах ее развития по латерали и на глубину и является основой дня разработки геодинамической модели формирования и эволюции древней земной коры, а также для создания схемы корреляции и последовательности геологических событий в архее как методической основы для построения стратиграфической шкалы докембрия и создания легенд к специализированным картам.
Целью работы являлось определение роли архейских гранитоидов в формировании континентальной коры, обоснование ее вещественной неоднородности, выявление главных этапов и геодинамических условий формирования. Ограничение рассмотрения данной проблемы рамками архея определяется прежде всего тем, что формирование континентальной коры древних щитов в значительной мере было завершено к раннему протерозою, тогда как именно ранние этапы корообразования остаются наименее изученными.
Исследования осуществлялись на примере восточной, преимущественно архейской части Балтийского щита, который в течение многих лет является традиционным полигоном изучения проблем раннедокембрийской геологии не только для Восточно-Европейской платформы, но и для территории России в цепом.
Для достижения поставленной цели последовательно решались следующие основные задачи:
1. Изучение геологии архейских образований на характерных участках и установление места различных гранитоидов в шкалах последовательности геологических событий.
2. Корреляция гранигоидных комплексов в пространстве и во времени, разработка схемы корреляции геологических событий и выявление основных этапов архейского гранитообразования.
3. Типизация гранитоидов на основе геологических, петрологических и геохимических данных.
4. Реконструкция условий образования, а также состава и возраста источников гранитовдов.
5. Изучение пространственно-временных и парагенетических взаимосвязей процессов гранигодвдого магматизма, метаморфизма и деформаций.
6. Восстановление геодинамических условий формирования грашггоддов.
7. Выявление латеральной гетерогенности архейской коры по составу, возрасту и геодинамическим условиям образования и эволюции.
Фактический материал. В основу работы положен большой фактический геологический, петрографический и геохимический материал, собранный лично автором в результате исследований в восточной части Балтийского щита за период с 1963 по 1994 годы, а также материал Карельской группы (экспедиции) Института геологии и геохронологии докембрия РАН, в сборе или обработке которого автор принимал личное участие. Кроме того, в работе использованы опубликованные и фондовые аналитические геологические и геофизические данные сотрудников ИГТД РАН, ИГ Карельского НЦ РАН и ГИ Кольского НЦ РАН.
Значительная часть использованных аналитических данных опубликована, поэтому в работе в основном приводятся усредненные или обобщенные результаты, а первичные данные приводятся в ограниченном объеме или в графическом виде.
Методика исследований. Для решения поставленных задач в работе использован комплексный подход с привлечением данных по геологии, геофизике, петрологии, геохимии, изотопной геохронологии. Это определило разнообразие примененных методик исследований: детальное геологическое картирование отдельных участков, структурный и метаморфический анализ для разработки шкал последовательности геологическихх событий, петрографическое изучение шлифов, петрогенетические расчеты трендов фракционирования конкретных элементов на основе коэффициентов распределения в системе минерал - расплав с целью выявления ресгитовых или фракционирующих фаз, микрозондовый анализ минералов дня характеристики условий метаморфизма, изотопный анализ свинца и урана для датирования геологических событий, изотопный анализ неодима для восстановления состава и возраста источника гранигоидных расплавов, анализ содержаний и распределения редких и редкоземельных элементов в породах с целью восстановления состава источника и условий образования гранитоидов.
Такой подход, использующий к тому же единую методическую основу, показал хорошую сопоставимость данных, полученных разными методами, например, сходимость геологических и геохронолошческих данных при составлении схем корреляции геологических событий.
Содержание работы. Работа состоит из текстовой части (Введение, 10 глав, Заключение), 101 рисунка и 33 таблиц. Все главы объединены в три части. Первая часть, включающая 5 глав, является геологической. Здесь рассмотрены принципы геолого-геофизического районирования Карелии, дается описание геологического строения изученных характерных участков, показано положение различных гранитоидов в конкретных шкалах последовательности геологических событий и как результат обосновывается гетерогенность строения коры. Часть завершается сводной схемой корреляции геологических событий в архее с выделением основных этапов архейского корообразования. Вторая часть содержит 3 главы, посвященные характеристике главных этапов формирования архейских гранитоидов, дается геологическая, петрографическая и геохимическая характеристика конкретных гранитоидных комплексов и отдельных интрузий; на основе этих данных приводятся их петро генетические особенности и вытекающие от-:юда геодинамические условия формирования гранитоидов. В третьей части, включающей 2 главы, проводится Бт-Иё систематика гранитоидов и на основе анализа изотопных и геохронологических данных обосновывается возрастная гетерогенность архейской сиалической коры Балтийского щита.
Основные защищаемые положения
1. Различия в масштабе и характере проявления эндогенных процессов определили гетерогенность строения Карельской гранит-зеленокаменной области, этраженную главным образом в гнейсо-гранитных ареалах.
2. Континентальная кора Карельской гранит-зеленокаменной области в эсновном была сформирована к концу архея в результате поступательного натравленного развития, в котором выделяются три главных этапа, разли-шощиеся характером и масштабами эндогенных процессов и выразившиеся в {юрмировании характерных структурно-вещественных комплексов. Комплексы зревнее 3 млрд лет сохранились в отдельных участках и представляют собой ре-шкты древних ядер раннеархейской сиалической коры.
3. Наиболее значительный по объему магматизм имел место в интервале 3.018 млрд лет; в это время были сформированы зеленокаменные пояса, преимущественно вулканические, и плутонические тоналиг-трондьемитовые комплексы, ¡оставившие основную часть континентальной архейской коры Балтийского цита.
4. Активный мататазм этапа 2.710.05 млрд лет, завершающий архейскую 1Волюцию коры, представлен гранитоидными сериями, состав и условия образо->ания которых отражают их коровое происхождение и последовательную смену I пространстве геодинамической обстановки от сходной с островодужной к кол-
лизионной и обстановке стабильной плиты, что привело к становлению магматической зональности на профиле Карельская гранит-зеяенокаменная область -Беломорский складчатый пояс и к существенному изменению к концу архея состава разных, уровней коры в результате внутрикорового перераспределения вещества.
5. Наблюдаемая по латерали возрастная гетерогенность сиалической коры восточной части Балтийского щита связана с постепенным ее наращиванием в архее. К концу архея она была в основном сформирована в современном виде.
Научная новизна. Несмотря на значительное число исследований, посвященных грашггоидам восточной часта Балтийского щита, настоящая работа по-сущесгву представляет первое обобщение огромного количества фактических геологических, петрологических, геохимических и изотопных данных для всего разнообразия архейских гранитоидов. Обилие этих данных, проанализированных на единой основе, и комплексный подход позволили акцентировать внимание на выявлении основных закономерностей формирования гранитовдов и отсюда их корообразующей роли как во времени, так и в пространстве. В результате проведенных исследований был получен ряд новых научных данных, отличающихся от ранее имевшихся в литературе.
1. Выявлена латеральная гетерогенность в строении Карельской граниг-зеленокаменной области, выраженная различиями в строении гнейсо-гранитных ареалов.
2. Проведено геолого-геофизическое районирование изученной части щита.
3. На основе геологических и геохронологических данных разработана оригинальная схема корреляции геологических событий в архее.
4. Выделены основные этапы гранитообразования и соответственно формирования архейской континентальной коры Балтийского щита.
5. На основе геологических, петрологических и геохимических данных проведена типизация гранитоидов и выделены комплексы, отражающие разные условия гранитообразования и соответственно геодинамическое состояние коры.
6. На основе геолого-геохронологических и изотопных данных впервые выявлена возрастная гетерогенность архейской сиалической коры.
7. Показана эволюция в составе сиалической коры Балтийского щита в архее.
Практическое значение. Практическаая значимость работы определяется следующим:
• Разработанная схема корреляции и последовательности геологических событий может быть использована как основа для составления стратиграфической шкалы раннего докембрия Балтийского щита и легенд к геологическим и метал-логеническим картам.
• Проведенная типизация архейских гранитовдов, основанная на геологических и геохимических данных, позволяет определить геотектонические условия образования конкретных магматических комплексов и отдельных интрузий и соответственно их перспективность на определенные виды полезных ископаемых.
Реализация результатов исследований осуществлялась на всех этапах работы путем их опубликования и передачи заинтересованным организациям, а также путем представления научных отчетов по заданиям ГКНТ, Президиума РАН и по проекту РФФИ. Результаты были использованы также при разработке региональной сгратигрфической шкалы докембрия Балтийского щита и общей стратиграфической шкалы докембрия СССР (Уфа, 1976 и 1990), при разработке легенд к геологическим картам восточной часта щита, составленным в ПГО "Севзапгеология", в "Методических указанияхпо геологической съемке..." (1972).
Публикации и апробация работы. Непосредственно по теме диссертации опубликованы 65 научных работ, в том числе 4 коллективные обобщающие книга. Основные результаты исследований представлялись и докладывались на различных всесоюзных и международных совещаниях, в частности на XXV и ХХУП сессиях Международного Геологического Конгресса, на всесоюзных и региональных петрографических совещаниях (Баку, 1969; Воронеж, 1972; Киев, 1979; Лениград, 1981; Новосибирск, 1986; Петрозаводск, 1987), всесоюзных семинарах по геохронологии (Алма-Ата, 1985; Москва, 1987), на совещаниях "Специфика докембрийского магматизма" (Ленинград, 1972) и "Эволюция докембрийской литосферы" (Ленинград, 1991), на всесоюзных, семинарах "Древнейшие серые гнейсы" (Ленинград, 1981 и 1984), на всесоюзных совещаниях "Вопросы расчленения докембрия" (Уфа, 1990) и "Древнейшие образования ВосточноЕвропейской платформы" (Днепропетровск, 1989), на совещании "Главнейшие рубежи геологической эволюции Земли в докембрии" (С.-Петербург, 1995), на международном симпозиуме по архею (Перт, Австралия, 1990), на симпозиумах по геологии Европы (Страсбург, 1991, 1994 и 1995), на международном семинаре "Докембрий Европы" (С.-Петербург, 1995), на симпозиуме "Глубинная геология Балтийского щита" (Ноттингем, 1994), на конференции "Корреляция геологических комплексов Фенноскандии" (С.Петербург, 1996).
***
Исследования выполнены в Институте геологии и геохронологии докембрия РАН. Автор выражает свою искреннюю благодарность своему соратнику по работе на протяжении всех лег исследований, наставнику и учителю С.Б.Лобач-Жученко, а также своим коллегам и участникам многих совместных работ Н.А.Арестовой, И.Н.Крылову, В.И.Артеевой. В.С.Байковой,
И.К.Шулешко. Л.Н.Котовой, В.А.Матреничеву, предоставившим свои некоторые материалы и в течение многих лет активно способствовавших выполнению исследований. Автор выражает глубокую признательность также всем сотрудникам, участвовавшим в полевых и камеральных работах и в выполнении химико-аналитических и изотопных исследований. Особую благодарность автор выражает сотрудникам ИГГД РАН О.АЛевченкову, С.А.Сергееву, Г.М.Друговой, К.ИЛохову, ТА.Богатовой и ГЕОХИ РАН Е.В.Бибиковой. Автор благодарит за предоставление геологических и аналитических фактических данных сотрудников ИГГД РАН Ю.В.Миллера, Р.И.Милькевич, И.С.Седову; ИГ Карельского НЦ РАН В.Н.Кожевникова, О.И.Володичева и В.В.Куликову; ГИ Кольского НЦ РАН М.Н.Богданову и В.В.Балаганского.
Очень полезными были обсуждения различных проблем геологии, петрологии и геохимии с коллегами по институту В.А.Глебовицким, Л.К.Левским,
B.М.Шемякиным, ВЛ.Дуком, Ю.В.Миллером, Н.И.Московченко, В.А.Рудником.
A.Н.Казаковым, Г.М.Друговой, В.Я.Хильтовой, И.С.Седовой, А.Б.Вревским,
C.И.Турченко, А.Б.Котовым, Л.А.Неймарком, В.А.Ковачем. В разное время автор имел возможность консультироваться и обсуждать отдельные вопросы с Д.В.Рувдквисгом, Ф.П.Митрофановым, С.И.Рыбаковым, Е.В.Бибиковой, О.М.Розеном, Н.П.Щербаком, О.И.Володичевым, Л.П.Свирвденко,
B.С.Куликовым, МА.Корсаковой, Т.ЕСалтыковой, А.А.Сивороновым,
A.М.Лысаком, Ю.Й.Сысгрой, М.М.Стенарем, Е.В.Шарковым, Ю.И.Лазаревьм,
B.Н.Кожевниковым, В.В.Куликовой, В.П.Петровым, В.Р.Вегриным, М.Н.Богдановой, В.В.Балаганским, Ю.Б.Богдановым, В.В.Иваниковым, А.В.Самсоновым, а также финскими геологами и геохимиками ЕЛуукконеном, К.Корсманом, Й.Паавола, Х.Хухма, М.Ваасйоки. Всем названным и многим другим ученым автор искренне благодарен.
Автор глубоко чтит память своего первого научного наставника и учителя К.О.Кратца. Автор чтит память своих коллег и товарищей по многолетней совместной работе Н.И Лскевича и А.Ф .Красновой.
Раскрытие и обоснование защищаемых положений
1. Различия в масштабе и характере проявления эндогенных процессов определит гетерогенность строения Карельской гранит-зеленокаменной области, отраженную главны.н образом в гнейсо-гранитных ареалах.
Карельская граниг-зеленокаменная область является типовой архейской структурой в пределах Восточно-Европейской платформы и играет ведущую роль в строении восточной части Балтийского щита - наиболее хорошо изученной области развития докембрия на территории бывшего СССР.
За многолетнюю историю исследований этого региона существенно менялись представления о строении, времени, геотектонической обстановке формирования архейских комплексов пород, но и сегодня существуют различные точки зрения на эти вопросы.
Согласно первой схеме строения (Полканов, 1939) восточная часть Бал-тайского щита - это складчатый пояс карелид, где субзоны карелид разделены Финляндско-Карельским и Беломорско-Норвежским блоками архея, представляющими собой срединные массивы внутри Карельской геосинклинали. Н.С.Шатский (1946) рассматривал данную территорию как складчато-геосинклинальную область карелид, ограниченную на юго-западе Свекофенн-ской платформой, а на северо-востоке - Беломорской складчатой структурой.
Наиболее детальную схему, основанную на большом фактическом материале, предложил К.О.Кратц (1963), который данную территорию рассматривал как обширную протерозойскую (Карельскую) геосинклинальную область, расчлененную на чередующиеся синклинорные и ангиклинорные зоны северозападного направления. В строении карелид он выделил докарельский (архейский) гранито-гнейсовый фундамент и три структурных яруса собственно карельских образований, а в тектонической истории - три крупных периода деформаций: ребольский, селецкий и шуйский.
Л.Я.Харитонов (1955, 1966) также рассматривал карелиды как геосинклинальные образования, слагающие Карельскую и Кольскую области, разделенные Беломорским блоком архея, представляющим срединный массив. Вместе с тем, как и некоторые исследователи, Л.Я.Хар1ггонов отмечал отличительные черты данных структур от типичных геосинклиналей, своеобразие слагающих их формаций.
Вероятно, этим обстоятельством обусловлено появление целого ряда работ (Земная кора..., 1978, 1983; Металлогения..., 1982 и др.), где за основу геологии восточной части щита принималось блоковое строение.
В связи с развитием в последние годы представлений о важной роли взаимодействия Карельского, Кольского и Беломорского фрагментов коры Балтийского щита важно проследить эволюцию представлений о строении Беломорского складчатого пояса (зоны, блока) и его роли в эволюции щита. В течение многих лет все разновидности гнейсов и амфиболитов пояса (Беломорский комплекс) рассматривались в качестве метаосадков, в разной степени гранитизированных (Тимофеев, 1935; Судовиков, 1939; Шуркин, 1960; Беломорский комплекс..., 1962). Что касается стратиграфии, геодинамических условий образования и возраста пород, то существовало и существует множество точек зрения. В последние годы преобладающими стали представления о полициклическом развитии Беломорского комплекса (Стенарь, 1972; Володичев, 1977; Геология и пегматитонос-ность...,1985 и др.), а также о выделении в его составе более молодых (лопийских) супракрустальных пород, сопоставимых с зеленокаменными породами Карельской гранит-зеяенокаменной области (Рыбаков и др., 1983; Геология Карелии, 1987; Балаганский и др., 1986 и др.).
Наиболее детально характеристика Беломорского комплекса дана в работе О.И.Володичева (1990), согласно которому в раннем архее здесь были развиты породы гранулит-эндербит-чарнокитовой ассоциации, представляющей палео-типный аналог гранит-зеяенокаменной области. При этом О.И.Володичев допускает участие в строении комплекса и лопийских пород, т.е. гранит-зеяенокаменной ассоциации второго уровня. В ребольский (позднеархейский) период здесь была сформирована шовная структура на границе Карельского и Кольского геоблоков, которая в течение периода с 2.8 до 1.7 млрд лет назад отражала дискретный коллизионный режим.
Доказательством коллизионного режима в структурно-метаморфическое истории Беломорского пояса стали результаты исследований Ю.В.Миллера с коллегами (1990,1995), который установил его покровное строение.
Г.Гаал и Р.Горбачев (Саа1 & Оой^вЬеу, 1987) предложили одну из пер вых моделей развития Балтийского щита с позиций тектоники плит. Согласнс этой модели в позднем архее имела место субдукция Кольско-Беломорской плить под Карельскую, в результате чего и возникли островные дуги, пердставленньк зеленокаменными поясами Центральной Карелии и Восточной Финляндии.
Представление о тесной взаимосвязи Кольской, Карельской и Беломор ской структур в рамках концепции тектоники плит в течение многих лет разви ваеггся В.А.Глебовицким (1973, 1986, 1993). Им высказано принципиальное сооб ражение о формировании архейской коры "в процессе последовательного нара щивания ее сиалической части при субдукции под древнейший континент' фрагментом которого является Водлозерский блок (Глебовицкий, 1993). Соглас но этому представлению архейский период развития Карельского кратона за
« А
вершился коллизией. При этом В.А.Глебовицкий рассматривал Беломорский пояс как результат неоднократного проявления коллизии, причем Кольский фрагмент присоединился к Карельскому в раннем протерозое (Глебовицкий, 1993).
В рамках данного исследования необходимо кратко остановиться на истории изучения гранитоидов, преобладающих в строении современного среза, однако остающихся менее изученными по сравнению с супракрустальными комплексами. Планомерное изучение гранитоидов Карелии началось в 60-е годы. Большой вклад в разрешение проблемы гранигообразования и месте гранитоидов в формировании сиалической коры был внесен учеными ИГ Карельского НЦ РАН и прежде всего Л.П.Свирвденко (1974, 1976, 1980). В основе предложенной ею модели лежит представление о двухслойном строении коры, обусловленном наличием диоритового и гранитно-ультраметаморфического слоев. Необходимо отметить два принципиальных положения этой модели, которые в общих чертах подтверждены нашими исследованиями. Это представление о латеральной гетерогенности коры и о поступательном ее формировании.
Начатое в конце 50-х годов систематическое изучение гранитоидов в ИГГД РАН под руководством К.О.Кратца, а затем продолженное под руководством С.Б.Лобач-Жученко было обобщено в ряде крупных публикаций. Основные первые итоги были подведены С.БЛобач-Жученко (1974, 1977), которая выдвинула представление о цикличности развития Балтийского щита, отраженной в гранитах, и его направленности в сторону увеличения мощности и стабилизации коры.
Важное значение, прежде всего направленностью на связь гранигообразования с геотектоническим состоянием коры, имели исследования, проводимые в последние годы учеными С.-Петербургского Университета Н.Ф.Шинкаревым, В.ДИваниковым и Л.В.Григорьевой.
Вместе с тем, несмотря на значительный прогресс в изучении архейских образований Карелии, в том числе гранитоидов, остаются дискуссионными многие принципиальные вопросы. Неоднозначны представления о строении гнейсо-гранитных ареалов и их взаимоотношениях с зеленокаменными структурами (т.е. проблема фундамента зеяенокаменных поясов), о возрасте гранулитовых комплексов, о наличии цикличности в развитии граниг-зеленокаменной области и об основных этапах формирования гранитоидов, о соотношении ее с Беломорским складчатым поясом и, наконец, о геодинамической обстановке формирования и развития данной структуры.
В настоящей работе на основе анализа новых и переосмысления результатов более ранних исследований делается попытка проследить эволюцию Карельской гранит-зеленокаменной области как единой структуры в архее главным образом на основе изучения гранитоидов.
Карельская гранит-зеленокаменная область характеризуется теми же главными чертами строения, что и другие структуры подобного типа, которое определяется ассоциацией зеленокаменных поясов и разделяющих их лнейсо-гранитных ареалов.
Использование в настоящей работе термина "ареалы" для областей или регионов, сложенных гранитоидами, обусловлено тем, что использование таких терминов, как "купол", "выступ", "г лыба", применяемых для разных частей гра-нит-зеленокаменной области в настоящее время, предусматривает их геолого-тектоническую природу, которая устанавливается далеко не всегда (Чекулаев, 1988). Зеленокаменные пояса, сложенные вулканогенно-осадочными образованиями лопия (верхний архей), достаточно хорошо изучены. Особенно это касается вопросов их внутреннего строения, стратиграфии и вещественного состава. Гораздо менее изучены гнейсо-гранитные ареалы, сложенные архейскими гранитоидами разного состава, возраста и происхождения, которые занимают более 90% архейского среза коры. В то же время именно ареалы в полной мере отражают эволюцию и в конечном счете обусловливают строение коры Карельской гранит-зеленокаменной области. Недостаточная изученность ареалов обусловлена прежде всего сложностью исследования подобных объектов. Это касается и гранигг-зеленокаменных областей других материков. Сложность изучения Карельской гранит-зеленокаменной области усугубляется интенсивным и неоднократным проявлением процессов деформации, метаморфизма и ультраметаморфизма в позднем архее, осложнивших построение шкал последовательности геологических событий в конкретных регионах. Кроме того, различия в масштабах, интенсивности и в характере проявления этих процессов привели к существенной гетерогенности как отдельных частей ареалов, так и ареалов в целом в пределах гранит-зеленокаменной области.
Эта гетерогенность находит свое отражение в анализе геофизических, прежде всего гравиметрических и магнитных данных, которые в сочетании с основными чертами геологического строения позволили провести типизацию гнейсо-гранитных ареалов (рис.1) и выделить четыре типа строения коры на уровне современного эрозионного среза: водлозерский, западнокарельский, вы-гозерский и сегозерский (или центрально-карельский).
Рис. 1. Схема геологического строения восточной части Карельской гранит-зеленокаменной области и районирования гнейсо-гранитов ареалов по магнитным данным (составлена с использование материалов А.Н. Берковского).
1 - поздаеархейские зеленокаменные пояса, 2 - сумий, 3 - нижний протерозой (кроме сумия), 4 - интрузии архейских гранитов, 5 - граниты рапакиви, 6 -Бураковская интрузия, 7 - Беломорский складчатый пояс. Гнейсо-гранитные ареалы: 8 - с низким магнитным полем, 9 - с повышенным магнитным полем; линейные магнитные аномалии: 10 - интенсивные, 11 - слабые.
Водаозерский тип характеризуется повышенным полем силы тяжести, а также общим высоким магнитным полем и наличием довольно крупных интенсивных линейных магнитных аномалий без их закономерной ориентировки. Представителем этого типа строения является Водаозерский блок, большая часть которого сложена различными по составу и степени переработки грани-тоидами с преобладанием плагиомикроклиновых мигматитов и гранитов, среди которых в раде районов хорошо сохранились участки более древних на щите пород, предсгавленнных тоналитами, гнейсами и амфиболитами, имеющими изотопный возраст более 3 млрд лет. В пределах блока имеется несколько крупных (50-400 кв км) позднескладчатых массивов гранитов, повсеместно встречаются разновозрастные базитовые дайки, имеющие различную ориентировку, а также крупная протерозойская Бураковская интрузия.
Сегозерский тип строения характеризуется сочетанием значительного количества зеленокаменных поясов, часто имеющих неправильную форму, подчиненную границам разделяющих их часто овальной формы гнейсо-гранитных ареалов. Такой тип строения представлен в Центральной Карелии. Гнейсо-гранитные ареалы имеют общее низкое магнитное поле при практически полном отсутствии локальных магнитных аномалий и низкое поле силы тяжести.
Особенностью строения ареалов этой части Карелии является разнообразие слагающих их пород, особенно в их краевых частях, и наличие в значительном количестве интрузивных тоналитов и плагиогранитов (Геология и петрология..., 1978; Лобач-Жученко, 1984). Сходные по характеру магнитного поля гней-со-гранигоиды, где они приурочены исключительно к краевым частям ареалов, т.е. к их границам с зеленокаменными структурами. При этом границы часто занимают секущее положение по отношению к структурам (ориентировке линейных аномалий) в ареалах других типов, что позволяет считать их более молодыми образованиями, связанными во времени с формированием зеленокаменных структур, что подтверждается их детальным изучением.
Западнокарельсзсий тип строения характеризует субмеридаональную полосу, протягивающуюся от зоны свекофеннид на юге почти до границы с Беломорским поясом на севере. Для западнокарельского типа характерны неоднородность поля силы тяжести, которая повышается к западу на всем протяжении полосы, и общее повышенное магнитное поле с многочисленными небольшими магнитными аномалиями, вытянутыми в субмеридиональном направлении.
Характер геофизических полей, прежде всего магнитного, хорошо согласуется с геологическим строением. Ареалы сложены на 90-95% гранитоидами, содержащими включения или реликты разнобразных пород - амфиболитов, биотитовых и биопгг-амфнболовых гнейсов и сланцев (Геология и петрология..., 1969). Включения этих пород варьируют по размерам, имеют повсеместное рас-
пространение и субмеридиональную ориентировку в ареалах и вместе с магне-титсодержащими гранитоидами определяют основной рисунок магнитного поля. По составу метаморфические породы включений сопоставимы с супракрусталь-ными породами лопийских зеленокаменных структур. Особое место в ареалах западаокарельского типа занимают районы оз.Тулос и дер.Вокнаволок. Они характеризуются повышеннным полем силы тяжести и общим высоким магнитным фоном, но локальные магнитные аномалии более крупные и не имеют субмеридиональной ориентировки. Оба района сложены породами, метаморфизованны-ми в условиях гранулитовой фации, что является редкостью для гранигг-зеленокаменных структур.
Четвертый, выгозерский тип характеризуется гнейсо-гранитными ареалами и слабоповышенным магнитным полем с локальными положительными аномалиями выдержанного северо-западного направления. Ареалы данного типа обычно имеют значительные размеры и широко представлены в северной части Карельской граниг-зеленокаменной области, наиболее характерными их представителями являются Ондозерский и Выгозерский блоки.
Ареалы разделяются северо-западными или субмеридиональными зелено-каменными поясами, где наряду с лопийскими, присутствуют сумийские и яту-лийские образования. Ареалы сложены преимущественно плагиомикроклиновы-ми гранитами и гранит-мигматитами с реликтовыми участками биотит-плагиоклазовых гнейсо-тоналитов и плагиогранигов, к которым приурочены выходы метаморфизованных супр акр усталь ных пород, составляющих не более 2-3% объема пород ареалов. Эти выходы иногда имеют форму пологозале-гагощих уплощенных линз. С такими участками и с телами протерозойских габбро-диабазов северо-западного простирания могут бьпъ связаны локальные магнитные аномалии.
По характеру магнитного поля и локальных аномалий, а также их ориентировке к Выгозерскому типу очень близка южная и юго-восточная часть зоны беломорид имеющая сходное геологическое строение. Резко преобладающими здесь породами являются гнейсо-тоналиты, в разной степени микроклинизиро-ванные, среди которых присутствуют редкие различного размера пластинооб-разные тела гранатовых амфиболитов северо-западного простирания.
Проведенный анализ геофизических и геологических данных позволяет сделать вывод о региональной латеральной гетерогенности строения Карельской гранит-зеленокаменной области и прежде всего гнейсо-гранитных ареалов, слагающих значительную ее часть. Есть достаточные основания полагать, что гетерогенность сохраняется и на более глубоких уровнях земной коры, что подтверждается данными о глубинном строении, полученными в результате глубинного сейсмического зондирования (Гончаров и др., 1991). Имеется определенное
соответствие между геологическим строением и геофизическими параметрами, что и позволило выделить разные строения коры в целом и типы гнейсо-гранитных ареалов, в частности.
Ареалы водаозерского и, с долей условности, частично выгозерского типов строения можно рассматривать в качестве в разной степени перереработан-ных древних тоналитов. Ареалы западнокарельского типа при некотором сходстве геофизических параметров с водлозерским типом, имеют резко отличное от других типов геологическое строение и вещественный состав, что связано с обилием реликтов или включений различных метаморфических пород. Становление и эволюция ареалов сегозерского типа связаны во времени и в пространстве с формированием и развитием самих зеленокаменных поясов.
Таким образом, гетерогенность в строении Карельской гранит-зеленокамешюй области, подчеркиваемая различиями в характере геофизических полей, обусловлена главным образом современным сгруктурно-вещесгвенным выражением гнейсо-граннтных ареалов, которое, как будет показано ниже, определяется комплексом событий и процессов на протяжении их архейской геологической истории.
2. Континентальная кора Карельской гршат-зеленокаменной области в основном была сформирована к концу архея в результате поступательного направленного развития, в котором выделяются три главных этапа, различающиеся характером и масштабами эндогенных процессов и выразившиеся в формировании характерных структурно-вещественных комплексов. Комплексы древнее 3 млрд лет, сохранились в отдельных участках и представляют собой реликты ядер раннеар-хейской сшишческой коры.
В течение длительной истории изучения восточной части Балтийского щита исследователи нередко возвращались к вопросу об основных этапах его формирования. Необходимость выделения таких этапов обусловливалась и обусловливается не только целями геотектонических реконструкций, но и задачами корреляции и периодизации основных геологических событий, что совершенно необходимо для разработки региональных шкал и в конечном счете - единой стратиграфической шкалы как основы геологического картирования.
К проблеме выделения этапов различные исслледователи подходили главным образом на основе аначиза определенных геологических процессов. В результате выделялись преимущественно этапы тектонического развития, магматической или метаморфической истории. Использование нами термина "этапы" -более нейтрального, чем "циклы" или "периоды",- обусловлено, прежде всего,
трудностями их выделения для столь сложных структур, как докембрийские щиты.
В большинстве работ использовалась классическая периодизация раннего докембрия Балтийского щита с выделением архейского саамского этапа и геосинклинального карельского, относимого ранее к нижнему протерозою, а с 1977 года - в основном к верхнему архею. К.О.Кратц (1963) вьщеяял в тектонической истории Карельской геосинклинали три периода (этапа) деформаций: ре-больский, селецкий и шуйский.
Позднее Ю.И Лазарев (1973) детализировал эту схему. В рамках тектонической системы, охватывающей всю Карелию, за исключением Беломорской зоны, он выделил два крупных периода продолжительностью по 200-300 млн лет: ребольский (позднеархейский) и селецкий (раннепротерозойский). Ребольский (собственно геосинклинальный) период включал формирование лопийских образований и ряда магматических формаций, в том числе более молодых гранитов. В образовании структур были также выделены два этапа. По Ю.ИЛазареву, структуры первого этапа отличались наибольшей протяженностью и играли определяющую роль в наблюдаемом структурном плане. Деформации второго (селецкого) этапа были проявлены не повсеместно и привели к образованию структур субширотного - северо-западного направления, выраженных системой изоклинальных опрокинутых складок. В рамках второго периода вслед за образованием сумийско-сариолийского комплекса были сформированы существенно калиевые граниты, приуроченные к зонам разломов.
В близком соответствии с этой схемой Л.П.Свирцденко (1974) выделила три этапа метаморфизма: ранний архейский гранулитовый ( Р>7-8 кбар), ребольский зональный кианит-силлиманитового типа (Р=7-8 кбар, Т=500-650 °С) и селецкий этап метаморфизма андалузит-силлиманитового типа. В традиционном ключе выдержана и последняя схема тектонического развития Карелии (Сыстра, 1991), где выделены три крупные структурные области: Беломорская, Карельская и Свекофеннская и соответствующие им три эпохи тектоно-магматической и метаморфической активности - раннеархейская саамская, позд-неархейская лопийская (т.е. ребольская) и раннепротерозойская свекофеннская.
В связи с вопросом об основных этапах развития земной коры восточной части Балтийского щита было выполнено комплексное исследование под руководством К.О.Кратца (Земная кора..., 1978). Авторы попытались увязать геофизические и геологические данные с анализом вещества, метаморфизма, деформаций. Ими выделены и охарактеризованы три периода. В доребольский период была сформирования гранитная кора, проявлен гранулитовый метаморфизм на Кольском полуострове, в Беломорье и в Карелии. Начиная с позднеархейского (ребольского) периода произошло обособление Кольского, Беломорского и Ка-
рельского мегаблоков, что нашло отражение в режимах метаморфизма: метаморфизм высокого давления и складки тангенциального сжатия в Беломорье, а в Карелии - зональный метаморфизм разных режимов. Метаморфизм селецкого периода характеризовался переходом от кианит-силлиманитового режима к ан-далузит-силлиманиговому. В процессе эволюции в течение этих последовательных периодов происходило направленное изменение вещества земной коры.
Таким образом, большинством исследователей в архее Балтийского щита выделяются в основном два крупных этапа: саамский, проявленный в Беломорской зоне, и ребольский - отраженный в пределах Карельской гранит-зеленокаменной области.
В результате проведенных нами исследований были получены принципиально новые данные, позволившие сделать вывод о более сложной геологической истории Карельской гранит-зеленокаменной области и Беломорского пояса и выделить в архее три главных этапа эндогенного развития. Выделение этапов выполнено на основе детальных шкал последовательности геологических событий, построенных для отдельных характерных районов. При построении таких шкал использовался комплекс геологических, структурных, метаморфических, геохимических и изотопных данных. В связи с недостаточностью изотопных данных не все шкалы построены с одинаковой степенью детальности и достоверности, поэтому некоторые группы и комплексы пород привязаны к временным интервалам с некоторой долей условности.
Для построения шкал и корреляции геологических событий использованы данные, полученные для районов, отражающих либо типовые структурно-вещественные комплексы, либо четкую последовательность эндогенных процессов, в том числе границы, разделяющие этапы развития. Так, в Юго-Восточной Карелии на участках в среднем течении р.Водлы и среднем течении р.Выг, в районе Лайручья выявлен и охарактеризован комплекс древнейших пород, представляющих ранний этап развития и наряду с более молодыми образованиями отражающих строение Водаозерского гнейсо- гранитного ареала. В Центральной Карелии в междуречье Суны и Семчи и в районе оз.Осгер обоснован временной рубеж, разделяющий два подетапа эндогенного развития по внедрению интрузий габбро-диоритов и формированию полимиктовых конгломератов. Здесь же, как и в районе Палой Ламбы, охарактеризован комплекс ранней гранит-зеленокаменной ассоциации и сегозерский тип строения коры в целом. В районах оз.Тулос и к северо-западу от оз.Суоярви изучены комплексы пород, представляющих западно-карельский тип строения, при этом в районе оз.Тулос установлено время формирования пологих структур и гранулитового метаморфизма. Последовательность пород и процессов, приведших к образованию ареалов вы-гозерского типа строения, показана на примере района оз.Ондозеро. В ряде рай-
онов (Костомукша, Хаугаваара, оз.Шилос, юго-западный берег оз.Сегозеро) определено время формирования конкретных типовых комплексов пород, отражающих специфику определенных этапов развития.
Строение Беломорского складчатого пояса, время и последовательность геологических событий в нем рассмотрено на примере трех районов, отражающих гетерогенность пояса. В Южном Беломорье (к юго-востоку от г.Беломорска) представлены последовательность и условия проявления эндогенных процессов той часта Беломорского пояса, которая по геолого-геофизическим и геохимическим особенностям сопоставима с северной частью Карельской грашгг-зеленокаменной области. В районе Толстик - Ковда - Тупая губа, характеризующемся покровно-надвиговым строением (Миллер и др., 1995) и присутствием традиционно относимых к Беломорскому комплексу ассоциаций пород (керетской, чупинской, хетоламбинской), отражены и изучены присущие Бело-морью процессы метаморфизма, магматизма и деформации. Район оз.Нотозера представляет зону, промежуточную между Карельской гранит-зеленокаменной областью и Беломорским складчатым поясом и отличающуюся от них масштабами и характером эндогенных процессов и прежде всего магматизма.
На корреляционной схеме (рис.2), построенной на основе изотопно-геохронологических данных, полученных Эт-Ис! методом по породе в целом или и-РЬ методом по цирконам, показаны границы или рубежи, разделяющие главные этапы эндогенного развития, со следующими временными интервалами: 3.23,05 млрд лет, 3.05-2.75 млрд лет ( с подэтапами 3.05-2.90 штрд лет и 2.90-2.75 млрд лет) и 2.75-2.60 млрд лет. Соответственно главными временными рубежами архея являются 3.05, 2.9 и 2.75 млрд лег.
На этой схеме видно также, что первый этап (породы древнее 3.0 млрд лет) представлен в основном образованием пород тоналитового состава. Этап 3.052.75 млрд лет характеризовался формированием зеленокаменных комплексов, преимущественно вулканитов основного состава, и синхронных тоналит-трондьемитовых ассоциаций в течение двух временных интервалов (3.05-2.90 и 2.90-2.75 млрд лет). Третий этап (2.75-2.60 млрд лет) представлен в основном внедрением гранигоидов, состав которых существенно варьирует, отражая варьирующие условия проявления эндогенных процессов.
Обширные поля гранитоидов (гнейсо-гранигные ареалы), разделяющих зеленокаменные структуры, всегда большинством исследователей рассматривались в качестве фундамента супракрустальных пород лопия, что нашло свое отражение практически на всех геологических картах.
Многолетние исследования позволили показать, что большая часть гранитоидов, слагающих ареалы, моложе лопийских супракрустальных пород и не может рассматриваться в качестве фундамента (Геология и петрология..., 1969;
Лобач-Жученко и др., 1974; Геология и петрология..., 1978; и др.). Более того, выделение двух подетапов в образовании супракрустальных зеленокаменных комплексов и связанных с ними гранигоидов предполагает наличие грашггои-дов,прорьшающих более древние зеленокаменные образования и одновременно являющихся фундаментом для более молодых зеленокаменных пород.
Весьма ограниченное распределение раннеархейских (древнее 3 млрд лет)
2.6
2.7
2.8
23
3.0
3.)
3.2
Рис.2. Схема корреляции пород и процессов архея Карельской гранит-зеленокаменной области и Беломорского складчатого пояса на основе изотопных и геологических данных.
1 - древние (древнее ЗЛмимлрд лет) гнейсы и гнейсо-тоналиты; 2 - тоналит-трондьемиты; 3 - габбро- габбро-диориты, амфиболиты; 4 - метавулканиты основного состава; 5 - метавулканига кислого и среднего состава; 6 - конгломераты; 7 - гранодиоршы; 8 - субщелочные граниты - сиено-диориты; 9 - метаморфизм (Гр - гранулитовая фация). Сплошные горизонтальные линии в колонках означают, что возраст пород под твержден изотопными методами.
Фннлянди9 БМОМОРЬЕ Сее. Клклня ¡АПАдНАЯ К ар ¿лип Центральная К ар ¿л и я Восточная Карелия
« П « > ч. > и 6? > л 5 V > р 5 * ? О а 41 «э ь. <и И II г "Ч ч) О 4 0 1 Ч| ч О ЛЭ * э X л 3 ь и о < О 4. и О V <5 «с =1 и о ^ 3 « а <* О О 4 О. ч, я* 5 О Л л» *Р "V' «1 Й <3 5 1 1 1 г ч «3 г л о 0 с 1 1 к < <5 ■О < £ 1 л а •л и < § • «о 1 а «о
V/ м\ Щ Щ ш '.V № ЯР* ... V/ "к"»
'Г', « • к ■ « ч * ■
щ
* ♦♦ *
ш ш № V V V V V V V V V V Ж
////Л
ж № .'Го
Ш8 т ИЗ* ш № V V V V V V V ^ V V V ...
1 ч •/'. V
щ ж-1 V ^ V V Ж V V V •ф УУУ х-»-
ШЗ1 ЕЗг ЕЭз Шз Е§Иб ЕЗЭ? ^д
пород на Балтийском щите отчасти, вероятно, объясняется и сложностью их выявления, обусловленной рядом обстоятельств. По составу они не отличимы от поздаеархейских пород тоналит-трондьемитовой ассоциации. Кроме того, в силу специфики структурного развития гранит-зеленокаменных систем, отсутствуют непосредственные соотношения лопийских образований и пород, которые можно было бы рассматривать как их фундамент. До сих пор нет доказанных примеров сохранившихся долопийских структур или минеральных парагенезисов из-за широкого и неоднократного проявления в позднем архее процессов метаморфизма, ультраметаморфизма и деформаций.
Образования с возрастом более 3 млрд лет установлены на Балтийском щите лишь в пределах Карельской гранит-зепенокаменной области (рис.З): в Северной и Центральной Финляндии, в Центральной Карелии (район Палой Дамбы) и в Юго-Восточной Карелии в пределах Водяозерского блока (в среднем течении рр.Водиы и Выг и в районе Лайручья). Раннеархейские образования в западной части щита играют, повидимому, большую роль, чем это вытекает из современного эрозионного среза, о чем свидетельствует обнаружение древних цирконов в некоторых поздаеархейских и протерозойских метаосадках Финляндии и Швеции (Huhma,1987), а также Nd-модельные возрасты поздаеархейских магматических пород, которые будут рассмотрены ниже.
Необходимо отметить, что самый древний возраст (3301 ±76 млн лет) получен Sm-Nd методом для метакоматиитов и коматиитовых базальтов восточной части Водлозерского блока (волоцкая толща, по В.В.Куликовой и др., 1990). Однако, не исключая принципиальной возможности нахождения здесь раннеархей-ских вулканитов, следует допустить возможность удревнения возраста волоцких коматиитов, тле. такое удревнение неоднократно отмечалось для данного метода применительно к базит-ультрабазитовым комплексам как возможный результат контаминации ультраосновного расплава коровым веществом (Chauvel et al., 1985; Cruau et al., 1990 и др.), тем более, что столь древний возраст не подкреплен, по нашему мнению, геологическими доказательствами.
Среда раннеархейских пород преобладают тоналиты. В Северной Финляндии они слагают небольшой (3.5x1.5 км) купол среда протерозойских образований (Kroner et al.,1981 ; Jahn et al., 1984). В Центральной Финляндии древние тоналиты описаны в пределах выступа Исалми вблизи юго-западной границы Карельской ГЗО с поясом свекофеннид, где древний циркон сохранился в породах, не подвергшихся позднеархейскому гранулиговому метаморфизму (Paavola, 1986). В Центральной Карелии, в районе Палой Ламбы, тоналиты с возрастом 3.1 млрд лет слагают субстрат мигматитов и имеют ограниченное распространение.
Наиболее широко древнейшие породы развиты в пределах Водлозерского блока (Юго-Восточная Карелия). Тоналиты здесь слагают район Лайручья, где их древний возраст, кроме изотопных данных, подтверждается тем, что они прорваны базит-ультрабазитовой шпрузией с возрастом 2.90 млрд лет (Лобач-Жученко и др., 1991). В среднем течении р.Выг древние порода представлены
Рис.3. Положение древних пород и разновозрастных зеленокаменных поясов архея в пределах Карельской гранит-зеленокаменной области. 1 - гранитоиды архея; зеленокаменные пояса: 2 - древние (2.9-3.0 млрд лет), 3 -молодые (2.80±0.05 млрд лет), 4 - с неустановленным возрастом; 5 - ранний протерозой; 6 - поздний протерозой; 7 - Бураковская интрузия; 8 - гранты рапаки-ви. Цифры в кружках - участки, где установлен древний (более 3.1 млрд лет) возраст: 1 - тоналито-гнейсы блока Исаями, 2 - тоналиго-гнейсы района Кой-тнлайнен, 3 - тоналиты Палой Ламбы, 4 - гранодаориты и мигматиты р.Выг, 5 - тоналиты Лайручья, 6 - гнейсы и амфиболиты р.Водаы, 7 - коматииты рр. Ви-нелы-Черевы.
гнейсо-гранодиоритами, которые секутся телами амфиболитов, аналогичных по составу толеитовым базальтам зеленокаменных поясов (Lobach-Zhuchenko et al., 1993). Близкие по возрасту породы (около 3.2 млрд лет) образуют жильный материал мигматитов.
В среднем течении р.Водны раннеархейские образования представлены Водаозерским комплексом гнейсов и амфиболитов, рассматриваемым в качестве метавулканигов различного состава (Лобач-Жученко и др., 1989) и принятым в качестве стратотипа раннего архея (саамия) для Балтийского щита (Семихатов и ДР-, 1991).
По составу подавляющая часть раннеархейских образований представляет характерную тоналит-трондьемитовую ассоциацию сравнительно лейкократо-вых пород (66-79% SiCh), обогащенных глиноземом (А120з>15%), с резким преобладанием Na20 над КгО и обедненных Rb, Ва, Y, Nb, Zr, Ti, что делает их сходными с большинством раннеархейских тоналиг-трондьемитовых комплексов других щитов. Это сходство подчеркивается содержанием и характером распределения редкоземельных элементов (РЗЭ) в древних породах Карелии и Финляндии. Все породы имеют фракционированное распределение РЗЭ, т.е. обогащены легкими и обеднены тяжелыми РЗЭ. Согласно экспериментальным данным (Johnston and Wyllie, 1988; Huang and Wyllie, 1986; Barker and Artrh, 1976) наиболее приемлемыми путями образования пород тоналитового состава являются частичное плавление метаморфизованных основных пород или переплавление более древних гнейсо-тоналитов. Наблюдаемые вариации в содержании и распределении РЗЭ в рассматриваемых породах отражают различия в глубине образования расплавов и в составе источника.
Источник, близкий по составу толеитам с плоским распределением РЗЭ, типа ТН1 по Конди (1983), с обязательным присутствием в рестите граната и амфибола имели некоторые древние тоналиты Северной Финляндии, Центральной Карелии (район Палой Ламбы) и гнейсы р.Водлы. При этом для образования тоналитов Северной Финляндии на основе Sm-Nd данных предполагаются (Jahn et al., 1984) два способа их образования: путем прямого плавления толеитов
(образцы с SNd около 0), либо (при Ега<0) путем плавления еще более древних тоналитов, т.е. на основе двухстадийной модели. Менее дифференцированное распределение РЗЭ в тоналитах Палой Ламбы могло быть обеспечено большей степенью плавления толеитового источника, а для образования 1 гнейсов р.Вод лы, обедненных тяжелыми РЗЭ, рестит должен был содержать большее количество граната, т.е. в обоих случаях предполагается большая (более 50 км) глубина образования расплава (Rapp et al.,1991).
Тоналиты Лайручья и особенно гранодаориты р.Выг, вероятно, имели несколько более обогащенный лигофильными элементами, в том числе, К, Rb и Ва, источник с дифференцированным распределением РЗЭ, типа толеитов ТН2, по Конди, или раннеархейских амфиболитов р.Водлы. Последние, по сравнению с подавляющим большинством мегатолеитов, слагающих позднеархейские зеле-нокаменные пояса Карелии (Зеленокаменные пояса..., 1988), содержат больше Rb, Sr, Ti, Zr, но меньше Cr, Ni, образуя на диаграмме AFM известково-щелочной .тренд, в отличие от толеигового тренда, образуемого метабазитами карельских зеленокаменных поясов, Гранодаориты р.Выг, кроме того, отличаются менее фракционированным распределением тяжелых РЗЭ (YbN=6), что предполагает отсутствие граната в рестиге, т.е. менее глубинные, порядка 30-40 км, уровни образования расплава (Green, 1982; Raap et al., 1991). Таким образом, в пределах Водлозерского блока от центра (район р.Водлы) к северной оконечности (район р.Выг) имели место как смена источника (от ТН1 к ТН2 по Конди), так и уменьшение глубины образования расплавов.
Древний возраст раннеархейских пород установлен на основании изучения U-Pb систем цирконов. Важно отметить, что во всех породах, независимо от их состава и генезиса, возраст цирконов колеблется в узком интервале от 3.1 до 3.2 млрд лет. Такой возраст имеют цирконы из тоналитов и гранодиоритов, ме-таморфогенный циркон из амфиболитов и гнейсов р.Водлы и жильного материала мигматитов (Lobach-Zhuchenko et al., 1993). Однако Sm-Nd данные свидетельствуют о том, что раннеархейские гранитоиды Карелии и Финляндии обычно имеют материнские породы более древнего возраста. Согласно Sm-Nd изотопным данным большая часть этих гранитоидов характеризуются положительными значениями Сма(Т) и имеют Т (DM) до 3.3-3.4 млрд лет в Карелии и до 3.53.6 млрд лет в Финляндии.
Полученные данные свидетельствуют о том, что древние породы имеют различную по времени коровую предысторию, т.е. интервал времени между возрастом источника и его последующим плавлением. Кроме того, это означает наличие в протокоре пород с возрастом до 3.5 млрд лет, что подтверждается значениями возраста, полученными по отдельным зернам циркона из тоналитов р.Водлы на SHRIMP. Таким образом, формирование древних ядер конпшен тальной коры на Балтийском щите имело место 3.1 -3.5 млрд лет назад.
Рис.4. Распределение РЗЭ в TTG-породах (а) и в гранитоидах. с возрастом 2.70±0.05 млрд лет Карелии (б) и Беломорье (в) и положение этих пород на диаграмме (La/Yb)n - YbM. UM - перидотиты верхней мантии, MORB океанические базальты, СС - средняя континентальная кора. Пунктирами со стрелками показаны тренды составов расплавов, полученных частичным плавлением: А -гранатового перидотита, В и С - кварцевого эклопгга, D - амфиболита, E-G -амфиболита с содержанием граната 10% (Ей G) и 20% (F) по (Jahn et al., 1981). Римскими цифрами показаны выделенные группы TTG-пород (см.тексг).
3. Наиболее значительный по объему магматизм имел место в интервале 3.0175 млрд лет. В это время были сформированы преимущественно вулканические зе-ленокаменные пояса и плутонические тоналит-трондьемитовые комплексы, составившие основную часть архейской коры Балтийского щита.
Как уже отмечалось, архейские породы преобладают в строении Карельской гранит-зеленокаменной области и примыкающего к ней с северо-востока Беломорского складчатого пояса. Решающую роль здесь играют породы тона-лит-трондьемитового состава, тогда как на долю зеленокаменных и парагнейсо-вых поясов на уровне современного эрозионного среза приходится не более 10%. Более того, по данным глубинного сейсмического зондирования вулканиты зеленокаменных поясов выклиниваются на глубину, не достигая 7-10 км, а обычно меньше, в то время как породы кислого состава прослеживаются до глубин более 25 км (Гончаров и др., 1991).
Подавляющая часть гранитоидов, слагающих гнейсо-грашгшые ареалы, рассматривались ранее в качестве фундамента зеленокаменных поясов. В последние годы было установлено, что большинство тоналит-трондьемиговых комплексов являются синхронными с образованием зеленокаменных поясов или более молодыми (Зеленокаменные пояса..., 1988).
Детальные геолого-геохронологические исследования, проведенные нами в пределах зеленокаменных структур и гнейсо-гранитных ареалов, позволили выделить два этапа в формировании граниг-зеленокаменных ассоциаций (Геология и петрология..., 1978; Зеленокаменные пояса..., 1988). При этом, на основании полученных значений возраста по цирконам из вулканитов, отвечающих интервалам примерно 3.0-2.9 млрд лет и 2.80-2.75 млрд лет, одновременно был сделан вывод об асинхронносги формирования Карельской гранит-зеленокаменной области, выразившейся в наличии участков коры с более древними и более молодыми зеленокаменными поясами (рис.3) и связанными с ними гранитоидами (Лобач-Жученко и др., 1984). Результаты исследований последних лет в принципе подтвердили оба эти вывода, но, в то же время, позволили уточнить и детализировать целый ряд моментов геологической эволюции Карельской гранит-зеленокаменной области.
По возрасту позднеархейские гранит-зеленокаменные ассоциации можно разделить на две группы:(1) - вулканиты зеленокаменных поясов и синхронные с ними тоналит-трондьемшы с возрастом 3.0-2.9 млрд лет и (2) - более молодые зеленокаменные и парагнейсовые пояса и тоналит-трондьемшы с возрастом 2.80±0.05 млрд лет. Пояса с возрастом 3.0-2.9 млрд лет приурочены к обрамлению древнего ядра - Юсо-Восточной Карелии. К ним относятся Хаутаваарская, Семченская, Палаламбинская, Остерская зеленокаменные структуры и Выгозер-
ско-Кенозерский зеленокаменный пояс (рис.3). Здесь же, в Юго-Восточной Карелии, развиты тоналиты и трондьемиты, относящиеся к первой возрастной группе. Они имеют ограниченное распространение и либо связаны с ультраметаморфическим преобразованием раннеархейских гнейсов и тоналигов (Центральная часть Водиозерского блока), либо носят черты интрузивных пород в обрамлении крупных зеленокаменных структур.
Тоналит-тровдьемиты с возрастом 2.80Ю.05 млрд лет резко преобладают по площади и, вероятно, по объему. Они занимают Зпадную, Северную и часть Центральной Карелии, Восточную Финляндию. Тоналит-трондьемиты играют также важную роль в Беломорском складчатом поясе, слагая керетский сгрук-турно-вещесгвенный комплекс (керетскую свиту согласно прежним стратиграфическим шкалам), и часть Чупинского и Хетоламбинского комплексов. Однако изучение U-Pb систем в этих породах в Северо-Западном Беломорье показало, что в этой части пояса, тоналит-трондьемиты имеют возраст около 2.70±0.05 млрд лет (Bibikova and Bogdanova, 1994; Лобач-Жученко и др., 1994; Бибикова и Богданова, 1995)), т.е. более молодой, чем TTG-породы Карелии.
Основная часть тоналит-трондьемигов этого возраста образуют обширные довольно однородные поля, отделяющие зеленокаменные пояса. В Западной Карелии тоналит-плагиограниты содержат многочисленные включения различных по составу преимущественно супракрустальных пород, образуя сложный комплекс ультраметаморфических гранитоидов (Геология и петрология..., 1969). Реже породы этой возрастной группы образуют жильные тела или небольшого и среднего размера интрузии в краевых частях зеленокаменных поясов. Примером такой интрузии является Шилосский массив тоналигов в Восточной Карелии, прорывающий метавулканшы Шилосской зеленокаменной структуры.
Выделение двух разновозрастных групп зеленокаменных и соответственно тоналит-трондьемитовых ассоциаций предполагает наличие двух подэтапов в развитии и, вероятно, в формировании коры Карельской гранит-зеленокаменной области в позднем архее. Наличие таких подэтапов было устанавлено при изучении древних зеленокаменных поясов. В районе слияния рек Суны и Семчи установлено (Геология и петрология..., 1978; Чекулаев, 1984), что мегавулканигы лопия и близкие по возрасту тоналиты краевой части Койкарской глыбы (ареала) были совместно метаморфизованы и деформированы, а затем прорваны Семченской интрузией габбро-диоритов с возрастом 2.85 млрд лет, которая, в свою очередь, испытала наложенный метаморфизм, синхронный с образованием обширного жильного комплекса тоналиг-трондьемитов следующего подэтапа. Характер магматической расслоенности интрузии свидетельствует об относительно спокойной тектонической обстановке во время ее становления (Арестова и Пугин, 1985).
В районе оз.Остер была обнаружена толща полимиктовых метаконгломе-ратов, слагающих часть позднеархейского супракрусгалыюго разреза лопия (Геология и петрология..., 1978). Галька конгломератов представлена в основном уже метаморфизованными метабазальтами и плагиогранитами. Конгломфаты, в свою очередь, прорваны телами плагиогранит-порфиров, для которых установлен возраст 2.82 млрд лег (Лобач-Жученко и др., 1986). Аналогичное геологическое положение занимают конгломераты Суккозера. Таким образом, на примере этих участков устанавливается наличие перерьюа между двумя подэгапами эндогенной активности.
Все позднеархейские TTG-породы мало различаются по содержанию главных и редких элементов, что отражает в целом близость условий их образования. Сходство состава всех тоналит-тровдьемитов выражается в их относительной лейкократовост, повышенной глиноземистосги и обедненности К, Ва Rb, Y, Zr, Nb. На диаграмме Na-K-Ca они располагаются вблизи тоналит-тровдьемитового тренда. В соответствии с экспериментальными работами и мо дельными расчетами (Huang and Wyllie, 1986; Rapp et al., 1991 и др.) породы та кого состава возникают в основном при плавлении водонасьпценных основньс пород, т.е. в условиях, реализуемых в субдукционных зонах. Это предположен*!« согласуется с представлением об отнесении большей части зеленокаменных поя сов Карелии к островодужным образованиям (Зеленокаменные пояса..., 1988 Глебовицкий, 1986, Гарбар, 1992). Однако образованию части зеленокаменны: поясов с бимодальным вулканизмом, таких как Кенозеро и Косгомукша, наи лучшим образом отвечают условия генерации во внутриконгинентальных риф тах (Зеленокаменные пояса..., 1988). Некоторые геохимические отличия грашгго идов отдельных районов также позволяют говорить об определенных различия: в условиях гранитообразования и в составе источника.
Так, тоналит-трондьемиты района оз.Тулос и Ондозерского блока отли чаются повышенной железистостью, что делает их сходными с частью гранитов дов Беломорского пояса. Кроме того, заметное обеднение некоторыми несовмес тимыми элементами, а особенно Y, тоналитов Ондозера предполагает значк тельные (более 40 км) глубины формирования расплава с обязательным присуз ствием граната в рестите. Наоборот, все тоналиг-трондьемигы района оз.Туло« по фавнению с аналогичными породами других районов, содфжат повышение (более 20ррт) количество Y, предполагающее отсутствие граната в равновесии расплавом, т.е. меньшие глубины его генерации, что согласуется с досгаточн высоким геотфмическим градиентом, хараюергоующим условия метаморфизм данного района и, возможно, связано с иной геодинамической природой зелен« каменных поясов.
Различия в условиях гранитообразования вытекают и из анализа содержания и распределения в гранитоидах редкоземельных элементов, на основании которых все тоналит-трондьемиты могут быть условно разделены на три группы (рис.4).
(1)Тоналиг-трондьемигы, пространственно связанные с древними зеленока-менными поясами, характеризуются умеренной степенью фракцгонирования РЗЭ (10<La\Yb<20) и отчетливой положительной Eu-аномалией, чем они сходны с раннеархейскими тоналитами Северной Финляндии. К этой группе относятся, в частности, тоналиты р.Суны, Палой Ламбы, дайки дацитов в Каменноозерской зеленокаменной структуре. Источником таких расплавов могли быть толеиты карельских зеленокаменных поясов или их глубинные аналоги, характеризующиеся плоским нормализованным распределением РЗЭ, с обязательным присутствием в ресгите граната и амфибола и отсутствием в нем плагиоклаза, т.е. уровень генерации расплавов был достаточно глубинным.
(2)Более шикую степень фракционирования (La\Yb<10) благодаря высокому содержанию Yb имеют в основном дайки дацитов и тоналиты с возрастом около 2.8 млрд лет, приуроченные к центральной части Водлозерского блока и его северному обрамлению. В последних, кроме того, имеется незначительная отрицательная Eu-аномалия. Такое содержание РЗЭ предполагает незначительное количество или отсутствие в рестите граната, т.е. плавление источника на глубине менее 40 км.
(3)Третью группу составляют породы с сильным фракционированием РЗЭ (La\Yb>35), что предполагает их образование в результате плавления пород более древней ТТ-ассоциации, т.е. для них применима даухсгадийная модель образования. К этой группе относятся преимущественно жильные трондьемиты.
Sm-Nd изотопные данные для позднеархейских тоналит-трондьемитов показывают, что большинство из них имеют, как и базальты зеленокаменных поясов Карельской гранит-зеленокаменной области, положительные 8ш(Т) и располагаются вблизи линии эволюции деплеггированной мантии (ДМ) по Де Паоло (De Paolo, 1981).
Это, с одной стороны, указывает на деплетированную мантию в качестве источника пород, из которых образованы тоналиты, а, с другой стороны, позволяет использовать модельные значения возраста, рассчитанные по ДМ, для оценки возраста источника тоналитов. Эти же данные свидетельствуют о незначительной разнице между временем сгановаления ТТ-пород и возрастом источника T(DM). Это подтверждают геологические и изотопные U-Pb данные о близости формирования зеленокаменных структур и тоналит-трондьемитов.
Таким образом, в интервале времени 3.05-2.75 млрд лет назад был сформирован обширный компекс пород преимущественно тоналит-трондаемигового состава, слагающих большую часть Карельской гранит-зеленокаменной области и южной части Беломорского складчатого пояса не только по латерали, но и на значительную глубину.
Сравнительная однородность пород определяется сходством условий их образования в результате плавления главным образом основных пород в глубинных условиях, что привело к обеднению тоналитовых расплавов редкими элементами, которые с учетом коэффициентов распределения минерал\расплав накапливались в рестиге, содержащем такие минералы, как гранат и амфибол.
4. Активный магматизм этом 170±0.05млрд лет, завершающий архейскую эволюцию коры, представлен гранитоидными сериями, состав и условия образования которых отражают их коровое происхождение и последовательную смену в пространстве геодинамической обстановки от сходной с островодужной к коллизионной и обстановке стабильной плиты, что привело к становлению магматической зональности на профиле Карельская гранит-зеленокаменная область - Беломорский складчатый пояс и к существенному изменению к концу архея состава разных уровней коры в результате внутрикорового перераспределения вещества.
Архейский гранитоидный магматизм завершается внедрением многочисленных интрузий в интервале 2.73-2.68 млрд лет. Значительные вариации в составе пород, форме проявления и в отношении к складчатым деформациям резко отличают этот магматизм от предшествующего тоналит-трондьемитового и с достаточной очевидностью свидетельствуют об отличиях в их петрогенезисе и, соответственно, об иной геодинамической обстановке. Вышесказанное в основном характеризует магматизм этого времени в пределах Карельской гранит-зеленокаменной области и в южной части Беломорского складчатого пояса. Здесь гранитоиды данного этапа образуют небольшие отдельные интрузии, часто сопровождаемые жильными и дайковыми комплексами, пластовые тела, небольшие тела в ядрах крупных складок. По отношению к деформациям они являются синскладчатыми, поздне- и постскладатыми и согласно И-РЬ изотопным данным бьши сформированы в течение довольно узкого интервала времени.
Деформации и синхронный с ними метаморфизм этого этапа также отличались от более ранних. Деформации проявились в основном в образовании зон бластомилонитов, причем часто имеющих пологое залегание. Соответственно пологая сланцеватость или линейность характерны для синскладчатых массивов, например Тулосского, Бергаульского и других. В Южном Беломорье синскладча-тые гранитоиды этого этапа в виде небольших тел контролируют ядерные части
крупных опрокинутых складог. Что касается позднескладчатых и постскладчатых гранитовдов, то они не только образуют небольших размеров интрузии, но часто ориентированы по пологим структурам, слагая субгоризонтальные тела, примеры которых известны в районах р.Суны и оз.Поштозера (Остер) в Центральной Карелии и в районе р.Винелы в Архангельской области. Метаморфизм этого этапа отличался разнообразием Р-Т условий, достигая условий гранулито-вой фации в Центральной Финляндии (район Варпасьярви), в Западной Карелии (район оз.Тулос, пос. Вокнаволок) и на восточном берегу Онежского озера. Значительны вариации метаморфизма и по давлению, хотя в целом намечается снижение геотермического градиента (Котова и др., 1995).
В северо-западной части Беломорского складчатого пояса, изученной нами на участке п-в Толсгик - Тупая Губа Ковдозера, гранитоиды этого этапа представлены в основном тоналит-трондьемитовой ассоциацией, преобладающей в строении Керетского комплекса и слагающей значительную часть хе-толамбинского и чупинского комплексов.
Широкое площадное развитие гранитоиды с возрастом 2.70±0.05 млрд лет имеют в переходной зоне, располагающейся между Беломорским складчатым поясом и Карельской гранит-зеленокаменной областью. В этой зоне, изученной нами в районе оз.Нотозера, главный корообразующий магматизм представлен чарнозсит-эндербитовыми сериями (Володичев, 1990; Лобач-Жученко и др., 1995). Становление пород происходило в условиях высокого (порядка 50°/км) геотермического градиента.
Гранитоиды данного этапа варьируют по составу от сиено-диоритов-гранодиоригов до субщелочных лейкогранитов. Главным их отличием от грани-тоидов двух предшествующих этапов является высокое содержание в них КЮ, за исключением небольшой группы высокорубидиевых плагиогранитов Южного Беломорья (район пос.Колежма). Другой важной особенносьио этих гранитои-дов являются значительные вариации обычно при повышенных содержаниях таких элементов, как ЯЬ, Бг, Ва, 21г, У. Эти вариации в первую очередь связаны с источниками и условиями образования гранитных магм, т.е. с геотектонической обстановкой, поэтому в качестве основы для разделения гранитовдов использованы известные диаграммы Дж.Пирса (Реагсе е1 а1.,1984), основанные на различных содержаниях У, N1) и Шэ. В соответствии с этими содержаниями все гранитоиды данного этапа в пределах Карельской гранигг-зеяенокаменной области и Южного Беломорья могут быть разделены на имеющие геохимические характеристики островодужных, синколлизионных и внутриплитных гранитовдов. При этом следует отметить, что наблюдается определенная связь между составом пород и особенностями их геологического положения.
Геохимические признаки островодужных, т.е. низкие содержания Rb, У и Nb, имеет специфичекая группа синскладчатых интрузий гранодиоритов-гранитов, характеризующихся одновременно высоким содержанием Sr и Ва (порядка 800-1000 ррш и 1000-2000 ррш соответственно). Характерными представителями этой группы являются Тулосский, Чалкинский, Панозерский, Бер-гаульский массивы. Все они имеют четкое и сходное положение в структурно-возрастной шкале, т.к. секут уже мегаморфизованные и деформированные породы лопия, но сами также подверглись позднеархейскому метаморфизму и деформациям. Изотопный возраст по циркону для Панозерского и Чалкинского массивов составляет около 2.73 млрд лет(Чекулаев и др., 1994). Аналогичные по составу порода, представленные вулканитами, описаны в зоне андийской коллли-зии. Значительные содержания Ва и KjO указывают на внутрикоровый источник, а высокое содержание Sr - на отсутствие плагиоклаза в рестите, т.е. достаточно глубокий уровень плавления, что предполагает увеличение мощности коры в это время. Глубинность очагов плавления подтверждается и характером распределения REE (высокое La/Yb отношение и отсутствие Ей аномалии), требующим наличия в рестите граната. Отсутствие отрицательной Ей- аномалии . отличает эту группу интрузий от всех остальных гранитов данного этапа в пределах Карельской гранит-зеленокаменной области.
Геохимические признаки островодужных имеет также обширный комплекс плагиомикроклиновых гранитов, широко развитых на всей рассматриваемой территории и являющихся в основном продуктом ультраметаморфических преобразований более древних TTG- пород. Поэтому от пород ТТ-ассоциации их отличает лишь более высокое содержание К2О, Ва, Rb и Th.
Состав, отвечающий фанерозойским коллизионным гранитам, имеют лей-кократовые породы (SI02>72%), чаще образующие пологозалегающие тела, широко распространенные в районах слияния рек Суны и Семчи, оз.Осгер, р.Винелы (Архангельская обл.), Костомукшской структуры. Реже они образуют массивы площадью до нескольких квадратных километров.
Эти граниты резко обогащены Rb в сочетании с низкими содержаниями Y и Nb. Одновременно они обеднены Ва и Sr, т.е. по соотношению Rb, Ва и Sr являются противоположностью гранодаоритов предыдущей группы. Коллизионные граниты не однородны в отношении других элементов. В частности, для гранитов Карелии и Южного Беломорья имеются различия в распределении РЗЭ (рис.4). Для первых характерна значительная отрицательная Eu-аномалия, отсутствующая в гранитах Беломорской зоны. Иногда вариации в содержании редких элементов наблюдаются в пределах одного массива, когда часть пород имеют коллизионные, а часть - внутриплитные характеристики. Примерами являются Охтомозерской и Кубовский массивы Водлозерского блока Карелии.
Гранитоиды с внутригоштными характеристиками, обогащенные Y, Nb, Та, Ti, являются преимущественно субщелочными и варьируют по составу от сиено-диоритов до лейкогранитов, образуя постскладчатые интрузии площадью до нескольких юз .км. При близких содержаниях определяющих элементов эти породы часто различаются по содержанию Ва и распределению РЗЭ. Как и в случае коллизионных гранитов, для внутриплитных гранитов Карелии характерна отрицательная Eu-аномалия, отсутствующая в гранитоидах Беломорья, представленных Юковским комплексом и чарноюггами района Нотозера.
Отмеченные выше резкие колебания в содержании редких элементов в пределах одного массива можно было бы связать с фракционированием породообразующих минералов. В частности, уменьшение содержания Ва и Sr с одновременным увеличением Si02 и Rb можно объяснить отделением в виде кумулата плагиоклаза и микроклина (Мс Carthy and Robb, 1978). С этим согласуется отрицательная Eu-аномалия, указывающая на коровое происхождение и наличие плагиоклаза в ресготе. Однако существенные различия в содержании Zr указывают на возможное различное происхождение, т.е. на разный источник для пород массива. Это отражают и различия в изотопном составе Nd в этих породах. Гетерогенность источника, вероятно, связана со специфическими условиями плавления, возникшими при смещении уровня образования расплавов в неоднородную по составу кору.
Коровый источник внутриплитных гранитоидов Карельской граниг-зеленокаменной области не вызывает сомнения. На это указывают изотопный состав Nd, высокое содержание Th, высокое значение ^РЬ/^РЬ (Овчинникова и др., 1990). Наоборот, состав и распределение РЗЭ в субщелочных породах Юков-ского комплекса Южного Беломорья указывают на источник магмы, насыщенный водой, с амфиболом но без плагиоклаза в ресгите. Изотопный состав Nd предполагает связь этих пород с источником - производным деплетированной мантии.
Особое место магматизм данного этапа занимает в Переходной зоне, располагающейся между Карельской гранит-зеленокаменной областью и Беломорским складчатым поясом и изученной нами в районе Нотозера (Лобач-Жученко и др., 1995). В строении зоны резко преобладают интрузивные породы (Володичев, 1990), что в сочетании с их составом существенно отличает магматизм зоны от магматизма как Беломорского пояса, так и Карельского домена прежде всего по составу гранитоидов.
Тоналнт-трондьемитовая ассоциация, столь характерная для Карельской гранит-зеленокаменной области и Беломорского складчатого пояса, здесь представлена ограниченно. Ведущую роль в строении района играют породы двух серий: известково-щеяочной и толеитовой, для которых U-Pb методом по цирко-
нам получен одинаковый возраст около 2.7 млрд лет (Лобач-Жученко и др., 1995), свидетельствующий об их синхронности. Этот магматизм сопровождался метаморфизмом окружающих пород в условиях гранулитовой фации низких давлений, отражающих высокий (до 50°/км) геотермический градиент.
Главной особенностью состава этих двух магматических серий являются представляющие их ряды пород от габбро до чарнокита и лейкогранита с преобладанием пород средне-кислого состава, представленных эндербит-чарнокигами. Породы известково-щелочной серии характеризуются низкой железистостью и могли быть продуктом плавления толеитового базальта (Лобач-Жученко и др., 1955). Породы толеитовой серии отличаются от всех плутонических пород Карелии и Беломорья одновременно высокой (более 80%) железистостью и высокими содержаниями К, Ва, Шэ и 2х. Для образования таких пород требовался источник, обогащенный этими элементами. Им могла быть кора дацит-тоналигового состава с глубиной плавления 20-25 км. Синхронное формирование столь различных магматических серий предполагает существование одновременно разных источников и соответствует магматизму активных континентальных окраин.
Архейский магматизм Переходной зоны завершается образованием комплекса Пажминских субщелочных гранитов, которые от гранитов толеитовой серии отличаются низким содержанием 7х и высоким содержаниеи ТЪ. Они отделяют высокоградиентный гранулиговый метаморфизм от последующего низкоградиентного метаморфизма фации альмандиновых амиболитов с возрастом 2680-2690 млн лет, связанного с увеличением мощности коры и отражающего коллизионный процесс.
Таким образом, для гранигоидов, возникших в течение сравнительно короткого интервала времени 2.75-2.65 млрд лег назад, характерны существеннные вариации в геологическом положении и составе, отражающие разнообразие условий магмогенерации, обусловленное сменой геотектонической обстановки. Связанный с ними привнос в верхнюю часть коры литофильных элементов наметил изменение ее состава в сторону характерного для посгархейской континентальной коры.
5. Наблюдаемая по латерали возрастная гетерогенность сиалической коры восточной части Балтийского щита связана с постепенным ее наращиванием в ар-хее. К концу архея она была в основном сформирована в современном виде.
Возрастная гетерогенность коры устанавливается на основании геолого-геохронологических данных и анализа Бт-Ш систем гранигоидов.
Большинство пород ТГС-ассоциации и архейских метавулканитов Карелии имеют первичные отношения 143Ис1/М4М<11 свидетельствую пне об их связи с
деплетированной мантией. На это указывают преобладающие положительные значения 8Nd(T) для этих пород, отвечающие линии эволюции деплетированной мантии. Об этом же свидетельствуют Sm/Nd отношения, которые для большинства TTG пород находятся в интервале 0.16-0.21, т.е. типичны для пород коры в целом (Faure, 1986). Это указывает на отсутствие существенного фракционирования Sm и Nd при генерации магмы из корового источника и позволяет использовать модельные возрасты как приближенные к возрасту самого источника.
Большинство древних тоналитов Юго-Восточной Карелии, так же как и древние амиболиты и гнейсы р.Водаы, имеют положительный 8ыа(Т), варьирующий от +0.3 до +3.0. Это означает сравнительно короткий (порядка 100-150 млн лет) интервал времени между возрастом источника и его последующим плавлением с образованием TTG пород. Для некоторых образцов тоналитов Карелии модельные возрасты превышают цирконовый возраст на 300-400 млн лет (Рис.5). То же самое характерно для большинства древних тоналитов Северной Финляндии, которые имеют отрицательный 8ш(Т) (Jahn et al., 1984).
Такие данные по изотопному составу Nd указывают на то, что значительная часть древних TTG пород возникла за счет еще более древних пород коры, имевших возраст порядка 3,5 млрд лет. Это подтверждают такие же значения возраста циркона из тоналитов Лайручья и гнейсов р.Водлы, полученные на ионном масс-спектрометре SHRIMP. Более древний возраст (до 3.6 млрд лет) части коры предполагается и на основании изотопного состава свинца из Саар-килья в Финляндии (Vaasjoki, 1989).
Для большинства позднеархейских TTG- пород, имеющих положительный
8ыа(Т), характерна близость их U-Pb возрастов и неодимовых модельных возрастов, что означает отсутствие существенного временного интерпала между возрастом пород и возрастом их источника.
Так, позднеархейские тоналиты и плагиограниты Шилосского массива характеризуются относительно высокими Sm/Nd отношениями (0.17, 0.20), и их модельный возраст практически совпадает с U-Pb возрастом по циркону, равным 2.85 млрд лет. Sm/Nd отношения тоналитов Северо-Западного Беломо-рья, имеющих возраст около 2.75 млрд лет, варьируют от 0.15 до 0.17, и их модельный возраст равен или отличается незначительно от возраста, определенного по циркону.
Существенная дифференциация в Sm-Nd системах характерна для двупо-левошпатовых гранитов и субщелочных пород этапа 2.70±0.05 млрд лет, представляющих продукты плавления коры. Образование таких расплавов в нижней
1 к
или средней частях коры, при котором ресгит содержит пироксены, гранат и/или амфибол, сопровождается фракционированием Sm и Nd. Благодаря этому большая часть изученных гранитов имеет отношение 147Sm/144Nd меньше 0.12 (среднекорового значения). В связи с этим при расчете модельного возраста использовалась модель двухсгадийного плавления (Liew and Hofmann, 1988). Полученные результаты показывают, что все граниты, расположеные в пределах
Беломорского складчатого пояса, характеризуются положительным Быа(Т), варьирующим от +0.1 до +5.0, и практически не имеют коровой предыстории, т.е. образование источника и его последующее двукратное плавление имели место в течение сравнительно короткого интервала времени.
Гранитные массивы этого возраста в пределах Карельской гранит-
зеленокаменной области, имеют отрицательные SNd(T), варьирующие от -1.1 до -3.1. Отличаются они и модельными Nd- возрастами, рассчитанными по двухсга-дайной модели. Так, возраст источника гранитов Водлозерского блока на 300400 млн лет древнее U-Pb возраста по цирконам, т.е. времени кристаллизации, составляя 3.0-3.1 млрд лет и тем самым приближаясь к возрасту древней TTG-ассоциашш - возможного источника гранитов.
I и-Рь. Zr * «о § х ----- ! Т Nd 10 1 DM ++ • i ' ^ V, И И га Л 8 i n П + 5 - .. N !••*;•*• c^S в □ □
3 U-РЪ, et ^ S Zr ^L frj * Л MA A n ••• •• D* •*.QD • •• • A • ••
g а -Г Nd 1 dm
и-РЪ. 5 zr «ч сь i TNd 1 DM 1 ^ 1 11 lAgMUfeAAV***** 1 A»1» A ..........- v* • • т («„„.«,)
25 00 2600 2700 2800 2900 ЗООО 3100 3200 3300 3400 3500 3600
Рис.5. Распределение Иё- модельных и и-РЬ (по циркону) возрастов в различных регионах архея Балтийского щита.
Модельные Ш - возрасты: 1 - ортопород, 2 - метаосадков; и-РЬ возрасты по циркону: 3 - ортопород, 4 - метаморфизма биотит-гранатовых гнейсов, 5 - интрузий гранитов и субщелочных пород.
Распределение данных по изотопному составу N<1 дня всех поздаеархей-ских гранитоидов с возрастом 3.0-2.7 млрд лет в пространстве в сочетании с геологическими и геохронологическими данными позволяет разделить изученную часть Балтийского щита на три зоны (Рис.6).
• К первой зоне относятся площади, на которых развиты позднеархейские гранитоиды, сформированные из более древнего (3.2-3.5 млрд лет) корового источника. Это в основном переработанные фрагменты древней коры и прежде всего Водлозерский блок в Юго-Восточной Карелии, а также небольшие участки на территории Финляндии и Карелии, для которых следует предположить присутствие более древней коры, на глубине.
• Вторую зону представляют участки, значительные и преобладающие по
*ис.6. Схематическое распределение разновозрастных зон архейской коры.
- архей; 2 - архей, переработанный в протерозое, 3 - протерозой, 4 - платфор-[енный чехол. Положение точек с измеренными архейскими значениями мо-.ельных возрастов (ТомШ) для: 5 - ортопород, 6 - парапород; участки коры с озрасгом: 7 - 3.5-3.0 млрд лет, 8 - 3.0-2.8 млрд лет, 9 - 2.85-2.70 млрд лет; 10 -раница Беломорского складчатого пояса.
площади, в которых гранитоиды, главным образом тоналит-трондьемиты с возрастом 2.9-2.7 млрд лет имеют близкий (3.0-2.8 млрд лет) возраст источника. К этой зоне относятся вся Западная и Северная Карелия, часть Центральной Карелии, значительная часть Финляндии (и, вероятно, южная часть Беломорского складчатого пояса).
• Третью зону составляют области, более молодые как по возрасту пород, представленных на современном эрозионном срезе, так и по возрасту их источника, т.е. области развития более молодой коры. К таким областям в первую очередь относится Северо-Западное Беломорье, где возраст гранитовдов и возраст их источника не превышает 2.8 млрд лет.
Таким образом, имеет место практически непрерывное на протяжении более чем 700 млн лег наращивание архейской сиалической коры Балтийского щита от древних ядер, типа Водаозерского блока, к наиболее молодой коре северозападной части Беломорского складчатого пояса.
Заключение
Изучение геологии, петрологии и геохимии архейских гранитоидов, слагающих Карельскую гранит-зеленокаменную область и Беломорский складчатый пояс, т.е. крупнейшие архейские структуры Балтийского щита, позволило сделать ряд выводов о пространственно-временных закономерностях и геотектонических условиях проявления гранитоидного магматизма, а также его роли в формировании сиалической коры. Несмотря на то, что ряд рассмотренных вопросов в силу ограниченности имеющейся, прежде всего изотопно-геохимической информации нуждается в дальнейшем изучении, автор полагает, что основные выводы работы представляются обоснованными. Наиболее важными и заслуживающими внимания на наш взгляд являются следующие общие выводы:
1. Формирование древних ядер континентальной коры на территории Балтийского щита имело место 3.5-3.1 млрд лет назад. Источником слагающих т пород (преимущественно тоналитов) была метаморизованная кора основного состава. Разные по глубинности уровни магмогенерации и различия в составе источника обусловили вариации составов древней тоналит-гранодаоритовой ассоциации.
2. 3.0-2.7 млрд лет назад в результате плавления главным образом основньи пород в глубинных условиях был сформирован обширный комплекс пород тона лит-трондьемитового состава, слагающих большую часть Карельской гранит • зеленокаменной области и часть Беломорского складчатого пояса не только пс латерали, но и на значительную глубину. Именно в это время в основном былг сформирована современная кора архейской части Балтийского щита.
(соавторы А.Н.Берковский, С.БЛобач-Жученко, В.Д.Колий, Е.М.Кресгин, Б.И.Малюк, С.И.Рыбаков, А.А.Сиворонов).
27. Сейсмогеологаческая характеристика земной коры Карелии. В кн.: Проблемы комплексной интерпретации геолого-геофизических данных. Л., 1991, с.53-84 (соавторы А.Г.Гончаров, К.А.Кальнин, М.Д.Лизинский, С.БЛобач-Жученко, Л.Н.Платоненкова).
28. Петрология архейских вулканитов Карелии (к вопросу о геодинамике зе-ленокаменных поясов). В кн.: Геолопи и геохронология докембрия ВосточноЕвропейской платформы. 1990, с.187-198 (соавторы В.А.Матреничев, С.Б.Лобач-Жученко, Н.А.Арестова, В.Н.Кожевников, И.Н.Крылов).
29. Geological evolution of the Southern Belomorian zone of the Baltic Shield. In: Third International Symposium, Perth, 1990 (abstracts), p. 95-97. (S.B.Lobach-Zhuchenko, K.I.Lokhov, L.N.Kotova, I.N.Krylov).
30. Древнейшие образования Карелии и их модельные протолиты. В кн.: Ранняя кора: ее состав и возраст. М., 1991, с.157-186 (соавторы С.БЛобач-Жученко, СЛ.Сергеев, О.А.Левченков, И.Н.Крылов).
31. Основные этапы развития Карельской граниг-зеленокаменной области и южной части Беломорского пояса в позднем архее. В кн.: Эволюция докембрш-ской литосферы (тезисы). Л., 1991, с.58-60 (С.БЛобач-Жученко, Н.А.Аресгова, СА.Сергеев, В.А.Матреничев, Л.Н.Котова, К.И.Лохов).
32. Гранитоиль1 архея Карелии и геодинамика. В кн.: Типы и эпохи развития зеленокаменных поясов и их металлогения (тезисы докладов Советско-Финляндского симпозиума). Петрозаводск, 1991, с.32-34 (соавторы С.БЛобач-Жученко, И.Н.Крылов, С.А.Сергеев, Л.Н.Котова).
33. Archaean rocks from southeastern Karelia (Karelian granite-greenstone terrain). Precamb. Res., 1993, v.62, p.375-397 (S.B.Lobach-Zhuchenko, S.A.Sergeev, O.A.Levchenkov, I.N.Krylov).
34. Новые данные по определению возрастных рубежей архейского комплекса Карелии. В кн.: Общие вопросы и принципы расчленения докембрия. СПб, 1994, с.44-68 (соавторы О.А.Левченков, С.Б.Лобач-Жученко, С.А.Сергеев).
35. Geochronology and petrology of the Tupa-Goobsky igneous complex of the North-West Belomorian mobil belt. Abstracts TERRA NOVA, 1994, v.6, N 1, p.l 1 (S.B.Lobach-Zhuchenko, E.V.Bibikova, G.M.Drugova).
36. Условия минералообразования позднеархейского гранулитового метаморфизма Фенно-Карельской гранит-зеяенокаменной области. Записки ВМО, 1995, 4.CXXTV, N1, с.24-34 (соавторы Л.Н.Котова, С.Б.Лобач-Жученко, В.С.Байкова).
37. Архейский магматизм района оз.Нотозера Северо-Западного Беломорья: изотопная геохронология и петрология. Петрология, 1995, т.З, N 6, с.593-621 (со-
авторы С.Б.Лобач-Жученко, Е.В.Бибикова, Г.М.Другова, О.И.Володичев, И.Н.Крылов, Т.В.Грачева, В.А.Макаров.
38. Archaean granitoids of the Baltic Shield: implication for age of the crust. In: Precambrian of Europe: Stratigraphy, Structure, Evolution and Mineralization. MAEGS-9 (Abstr.), 1995, p.17-18 (S.B.Lobach-Zhuchenko, L.N.Kotova).
39. Основные этапы архейской геологической истории Балтийского шита - их выражение и значение в формировании континентальной коры. В кн.: Главнейшие рубежи геологической эволюции Земли в докембрии и их изотопно-геохронологическое обоснование (Тезисы докл.). С.-Пб, 1995, с.20.
40. Возрастная гетерогенность коры восточной части Балтийского щита на основе геологических и изотопно-геохимических характеристик гранитоидов. Региональная геология и металлогения. В печати (соавторы В.А.Глебовицкий, С.Б.Лобач-Жученко, Е.В.Бибикова).
41. Архейские граниты Карелии как показатели состава и возраста континентальной коры. Геохимия, в печати (соавторы С.Б.Лобач-Жученко, Л.КЛевский).
42. Беломорский пояс - позднеархейская аккреционно-коллизионная зона Балтийского щита. Доклады РАН. В печати (соавторы С.Б.Лобач-Жученко, В.С.Степанов, А.И.Слабунов, Н.А.Аресгова).
Размножено в ИГТД РАН Заказ 18, Тираж 100 экз
-
Чекулаев, Валерий Петрович
-
доктора геолого-минералогических наук
-
Санкт-Петербург, 1996
-
ВАК 04.00.01
- Состав вулканогенных пород и эволюция магматизма шовной зоны сочленения Свекофеннского и Карельского геоблоков
- Граниты окраины древнего водлозерского блока
- Архейские зеленокаменные пояса Карельского кратона как аккреционные орогены
- Геология, геохимия и возраст гранитоидов полигона Воче-Ламбина
- Эволюция базит-ультрабазитового магматизма Балтийского щита интервала 3.4-2.4 млрд лет
