Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Петрология и геохронология анортозитов Лапландского гранулитового пояса

ВАК РФ 04.00.08, Петрография, вулканология

Текст научной работыДиссертация по геологии, кандидата геолого-минералогических наук, Нерович, Людмила Ивановна, Апатиты

Российская Академия наук Кольский научный центр Геологический институт

Нерович Людмила Ивановна

ПЕТРОЛОГИЯ И ГЕОХРОНОЛОГИЯ АНОРТОЗИТОВ ЛАПЛАНДСКОГО ГРАНУЛИТОВОГО ПОЯСА

Специальность: 04.00.08 - петрология и вулканология

Диссертация на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Научный руководитель: чл.-корреспондент РАН, профессор -Ф.П. Митрофанов

Апатиты

1999

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 3

1.ГЕОЛОГО-ПЕТРОГРАФИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ АНОРТОЗИТОВ

ЛАПЛАНДСКОГО ГРАНУЛИТОВОГО ПОЯСА 8

1.1.Массив Пыршин 13

1.2.Массив Абварьский 3 6

1.3.Массив Южно-Туадашский 44

1.4.Массив Вулвара 50

1.5.Выводы 69 2.ОСОБЕННОСТИ ПЕТРОХИМИИ АНОРТОЗИТОВ ЛАПЛАНДСКОГО

ГРАНУЛИТОВОГО ПОЯСА 7 0

3. МЕТАМОРФИЧЕСКИЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ АНОРТОЗИТОВ ЛАПЛАНДСКОГО ГРАНУЛИТОВОГО ПОЯСА 93

3.1.Р-Т условия метаморфогенного минералообразования 93 3.2.Особенности состава типоморфных минералов анортозитов98

3.2а.Амфиболы 98

3.26.Моноклинные пироксены 103

3.2в.Ромбические пироксены 110

3.2г.Гранаты 112

3.2д.Плагиоклазы 122

3.3.Выводы 131

4.ГЕОХРОНОЛОГИЯ АНОРТОЗИТОВ ЛАПЛАНДСКОГО ГРАНУЛИТОВОГО ПОЯСА 133

4.1.Морфологические типы акцессорных цирконов из анортозитов 133

4.2.Результаты изотопного датирования цирконов и обсуждение результатов 148

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 16 6

ЛИТЕРАТУРА 169

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность исследования

Анортозитовый магматизм является характерной чертой эволюции земной коры в докембрии и несет информацию о состоянии литосферы на ранних этапах ее развития (Богатиков, 1979; Богатиков и др., 1985). В Лапландском гранулитовом поясе (ЛГП) сосредорочена значительная часть тел автономных анортозитов Балтийского щита. Традиционно сложилось, что формирование всех анортозитовых комплексов ЛГП связывают с одноактным проявлением анортозитообразования и преобладают две основные точки зрения на время его проявления. Распространено мнение, особенно в западной литературе (Barbey et al., 1984; Bernard-Griffits et al., 1984; Berthelsen et al., 1986) что высокобарический ЛГП возник в результате коллизии Кольской и Беломорской плит примерно 1,9-2,0 млрд. лет тому назад. В качестве образований, маркирующих этот коллизионный шов, рассматриваются тела анортозитов. Согласно другой точке зрения, все породы пояса, включая анортозиты, сформировались задолго до коллизии и последующая их история - это исключительно история метаморфических преобразований (Митрофанов и др., 1993; Митрофанов,Баянова, 1998). В то же время, определения изотопного возраста, полученные для анортозитов юго-восточной части ЛГП дают значения -2,4 млрд. лет (Митрофанов и др., 1993), а для массива Васкойоки - ~2,0 млрд. лет (Bernard-Griffits et al., 1984) и находятся в явном противоречии с такими крайними взглядами. Поэтому важное значение приобретает проблема комплексного геолого-петрографического,

петрохимического, петролого-метаморфического и

геохронологического изучения анортозитовых тел ЛГП.

Цель и задачи работы.

Целью работы являлось определение места и времени анортозитового магматизма и преобразующих анортозиты процессов в эволюции Лапландского гранулитового пояса. Достижение цели включало решение следующих задач:

- изучение геологического строения анортозитовых массивов, выделение участков с лучшей сохранностью первично-магматических структур, текстур и минералов;

изучение магматических и метаморфических минеральных ассоциаций анортозитов, установление последовательности и условий метаморфических преобразований, корреляция

метаморфических процессов;

изучение петрохимических особенностей анортозитов, выделение их петрохимических типов;

- изучение морфологии и внутреннего строения цирконов из анортозитов;

предварительная корреляция выделенных морфологических типов циркона с установленной по геолого-петрографическим данным последовательностью геологических процессов;

изотопное датирование процессов магматизма и метаморфизма;

геологическая интерпретация геохронологических данных, установление времени и особенностей проявления магматических и метаморфических процессов.

Научная новизна работы.

Впервые в ЛГП было выделено два геолого-петрографических и петрохимических типа анортозитов, битовнитит-лабрадоритовый и андезинит-лабрадоритовый. Сделан вывод о том, что проявление анортозитообразования в ЛГП может быть приурочено к двум тектоно-магматическим этапам - сумийскому и свекофеннскому, с формированием на сумийском этапе только битовнитит-лабрадоритов, а на свекофеннском этапе андезинит-лабрадоритов, но, возможно и битовнитит-лабрадоритов.

Фактическая основа работы.

В основу работы положены авторские материалы за период 1985-1999 годы. Фактическим материалом, преимущественно, послужили результаты полевых работ сезонов 1990-1991 годов. В ходе работы изучено свыше 250 шлифов, произведено 120 замеров оптических констант минералов на Федоровском столике и свыше 50 в иммерсионных препаратах. В работе приведено 75 полных химических анализов пород и 29 минералов, 60 рентгеноспектральных количественных определений в породах си, N1 /Со, Сг, V, 66 определений выполненных

рентгенофлюоресцентным методом содержаний Ва, Бг, Р.Ь, Ът, ЫЬ, Y в породах, а также 59 микрозондовых анализов минералов. Для изотопного определения возраста анортозитов проанализировано 22 фракции цирконов и-РЬ методом и 8 фракций методом термоионной эмиссии свинца (ТИЭ). Получено 9 и-РЬ датировок по цирконам. Все определения выполнены в лабораториях Геологического института КНЦ РАН.

Практическая значимость работы

Новые данные о процессах и возрасте формирования и преобразования анортозитов ЛГП позволяют существенно дополнить и частично пересмотреть региональную шкалу последовательности эндогенных процессов в этой структуре. Установленные минералогические и геохимические характеристики анортозитов, отнесенных к разным геолого-петрографическим и петрохимическим типам могут быть использованы для типизации и формационного анализа анортозитовых массивов. Приведенные в работе, петролого-геохимические особенности, развитых в анортозитах ЛГП, метаморфических минералов способствуют выработке геохимических критериев диагностики условий региональных метаморфических процессов.

Апробация работы.

Основные положения работы были доложены на конференции молодых ученых, посвященной памяти К.О. Кратца (Апатиты, 1992) и на межгосударственном (в рамках СНГ ) совещании по геологии гранулитовых поясов (Апатиты, 1993). По теме диссертации опубликовано 11 работ.

Объем и структура работы.

Диссертация состоит из введения, 4 глав и заключения. Общий объем работы составляет 182 страниц машинописного текста, включая 82 рисунка, 18 таблиц и список литературы из 125 наименований.

Во введении приводится краткий обзор состояния проблемы и определяются цель и задачи исследования.

Глава 1 "Геолого-петрографическое описание анортозитов Лапландского гранулитового пояса" включает сведения о строении анортозитовых массивов Пыршин, Абварьский, Южно-Туадашский, Вулвара и дает их петрографическую характеристику с учетом последовательности образования минеральных парагенезисов.

Глава 2 "Петрохимия анортозитов Лапландского гранулитового пояса" содержит петрохимическую характеристику изученных анортозитов и обоснование их разделения на петрохимические типы.

В главе 3 "Метаморфические преобразования анортозитов Лапландского гранулитового пояса" приводятся данные о последовательности метаморфических преобразований анортозитов массивов Сальных-Туадаш тундр и массива Вулвара и их термодинамических условиях. Рассматриваются особенности химического состава минералов из различных минеральных парагенетических ассоциаций.

В главе 4 "Геохронология анортозитов Лапландского гранулитового пояса" приводится описание выделенных морфологических типов цирконов из изученных анортозитов, приводятся результаты и-РЬ датирования и их интерпретация.

В заключении представлены защищаемые положения и обобщающие выводы.

Автор глубоко признательна научному руководителю работы Ф.П. Митрофанову за постоянную поддержку, научную, организационную и материальную помощь. Выполнение работы было бы невозможно без неоценимых консультаций и помощи В.В. Балаганского и В. И. Пожиленко. При написании работы автор

пользовалась консультациями М.И. Дубровского, В.Р. Ветрина, В.Т. Филатовой. Помощь в работе оказали сотрудники ГИ КНЦ РАН: Каулина Т.В., Реженова С.А., Ганнибал Л.Ф., Рюнгенен Г. И., Балашев Ю.А., Баянова Т.Б., Апанасевич Е.А., Кислицин Р. В., Колька В.В., Жиров Д.В., Калачев В.Ю., Лиханова О.Г.. В оформлении работы очень помогли Жихарева Н.Г., Базанов М.П., Рявкин В.Е.,Пятовская Г.А., Кукушкина Н.В., Нерадовский А.Ю. . Всем перечисленным коллегам - моя искренняя благодарность.

1.ГЕОЛОГО-ПЕТРОГРАФИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ АНОРТОЗИТОВ ЛАПЛАНДСКОГО ГРАНУЛИТОВОГО ПОЯСА

Анортозитовые тела ЛГП отчетливо тяготеют к периферии пояса (рис.1,2) и приурочены к нижней осадочно-вулканогенной толще (Козлов, 1988; Козлов и др., 1988; Козлов и др., 1990). Образования нижней осадочно-вулканогенной толщи часто рассматриваются отдельно от кислых гранулитов, глиноземистых гнейсов, и эндербитов и вместе с породами корватунровской толщи выделяются в качестве самостоятельного пояса Тана (Barbey et al., 1984; Marker, 1985; Балаганский и др., 1998; Перчук, Кротов, 1998). Анортозиты в пределах ЛГП распределены неравномерно. Наиболее насыщены анортозитовыми телами Колвицкая, Кандалакшская и Сальнотундровская части пояса. Примерно с Туадаш-тундр, в западном направлении количество анортозитовых тел и их объем сокращается (рис.1,2).

В предыдущих исследованиях широко освещались вопросы геолого-тектонического положения и генезиса анортозитов (Жданов, 1966; Ефимов и др. 1974; Шарков, 1974, 1984; Прияткина, Шарков, 1979; Юдин,1980; Богатиков, 1979; Ефимов,

S88h EtEk Из Ni l£±b

Иб Шь Шз во

Шк ШЖаР^Ы l'.'.Mis

QLD 16 ГЗ? ШЬ Б^п

Рис.] Схематическая геологическая карта юго-западной части Вольского региона, составлена на основе Геологической карты Кольского региона (северо-восточная часть Балтийского щита), гл. ред.: Ф.П. Митрофанов, 1996, м-б: 1:50 000.

Условные обозначения к рис, 1: 1 - палеозойские щелочные интрузии; 2 - граниты Юовоайвского комплекса; 3 - вулканогенные и осадочные породы томиягсхой серии; 4 - габбро-амфибол иты массива Оспе; 5 - чар но киты и граниты Умбинского и Канозерского комплексов; 6 - основные и ультра о сковные породы Имандровскога массива; 7 - анортозиты: 8 - основные и ультраосновныс породы Мончегорского комплекса; 9 - переслаивание вулканогенных, вулканогенно-осадочных и осадочных пород сейдореченскои и кукпшнекой свит: 10 -гнейсы и амфиболиты кандалакшскон н кор ватундровской толщ, 11 - кислые грану литы, г л ибо чем истые гнспсы яурийокскои и лоттиискои толщ ланлапдекого комплекса; 12 - гранулиты среднего состава, эндербиты лапландского комплекса; 13 - основные гранулиты лапландского комплекса; 14 -метавулканигы и мета осадки корватундровскон и пялочной свит; 15 - гнейсы и сланцы кислогубской толщи; 16 - гагагиограниты, граиоднориты позднего архея: 17 - гнейсы, амфиболиты, кварциты кольско-беломорского комплекса: 18 - гнейсы, амфиболиты, мигматиты верхнего архея (комплекс основания, коль ско-беломорский нестратнфицированный комплекс и (фрагменты зелено каменных поясов): 19 -геологические границы, полосчатость, слоистость, сланцеватость; 20 - тектонические нарушения.

Рис. 2. Схема геологического строения российской части Лапландского гранулитового пояса (на основе Геологической карты ЦККГЭ ПГО "Севзапгеология" с дополнениями из схемы геологического строения юго-восточной части Сальногундровского участка Б, А. Юдина {1980}).

1.2 - Верхняя осадочная толща (кондалитовый комплекс): силлиманитсодержащие гранат-биотит-кварц-полевошпатовые кислые гранулиты (1); силлиманит и (или) кордиеритсодержащие гранат-биотитовые лоттинские гнейсы (2).

3 - эидербиты (птерстеновыс и двупироксеповые диориты и диорито-гнейсы),

4,5 - Нижняя осадочио-вулка ноге иная толща (породный комплекс пояса Тана): гипсрстеновые и двупироксе новые основные плагиокриеталлосланцы, часто гранате о держа щ и с (4); гранатовые амфиболиты и меланократовые гранат-клшюпироксен-амфиболовые основные плагиокристаллосланцы (5).

6 - анортозиты: 7 - оливиниты, гшроксенлты. габбро-норнты массивов Застейд: S -плагиомикроклиновые граниты ГОоввоайвского массива; 9 - нерасчлененный комплекс гнейсов и гнейсо-гранигов беломорской и польской серий; 10 - тектонические нарушения, А-Д" - тектоническая депрессия, совпадающая с долиной реки Конья; 11 - элементы залегания.

Римские цифры - массивы анортозитов: 1 - Вулвара; 11 - Абваръский; ТП - Пырпнгн-Уайвиш; IV -Северо-Восточный; V - Малый Гирвас: VI - Вуим-Элгорас; VII - Южно-Туадашский; УШ - Йврозерский.

Богданова, 1991), металлогении (Юдин,1980; ИЕлиев и др., 1971; Ивлиев, Пожиленко, 1976), формационной принадлежности (Богатиков, 1979; Богатиков и др., 1985; Шарков, 1984; Андреев, Суханов,1982; Суханов, 1988), генетической связи с комплексом вмещающих пород (Суханов, Терехов, 1988).

Не меньшее внимание привлекала проблема времени образования анортозитов и их дальнейшей метаморфической истории. В российской части ЛГП наиболее геохронологически изучен Колвицкий массив анортозитов. Результаты Pb-Pb термоизохроны цирконов (Суханов и др., 1987) дали значения: 2,37 млрд. лет -для катаранскитов, 2,26 - 2,36 млрд. лет - для анортозитов и 2,19 млрд. лет для габбро-анортозитов. По результатам LJ-Pb датирования диафтореза анортозитовой ассоциации Колвицкой зоны сделан вывод, что возраст формирования этой ассоциации древнее 2,43 млрд. лет (Богданова и др., 1993). Одно из самых корректных исследований U-Pb системы цирконов из анортозитов Колвицкого массива сделано В.В. Балаганским (Митрофанов и др., 1993) , по результатам которого возраст формирования массива устанавливается в 2 4 50±10 млн. лет и возраст метаморфизма в 2423±3 млн. лет. По результатам исследований Т.Фриша (Фриш и др., 1995) возраст магматизма Колвицкого массива - 24б2±7 млн. лет, метаморфизма 1905±26 млн. лет.

В финской части пояса имеются геохронологические данные для массива Васкойоки. Это результаты датирования анортозитов К. Мериляйненом (Merilainen К., 1976) - 2115 млн. лет (Pb-Pb изохрона по породе) и комплексное исследование Д. Бернарда Гриффитса (Bernard - Griffits et al., 1984) как анортозитов, так и породных комплексов всего гранулитового пояса и пояса Тана. Результаты U -Pb, Rb - Sr, Pb - Pb и Sin - Nd исследований

дали сходные значения возраста 1.9 - 2.0 млрд. лет. Авторами это связывается как с образованием магматических пород, так и с сопряженным с магматизмом гранулитовым метаморфизмом. В последнее время Т.В. Каулиной (1998) получены данные U-Pb исследования цирконоЕ из анортозитов Яврозерского массива. Возраст магматизма устанавливается в 1945±10 млн. лет, диафтореза в 1900±19 млн. лет. Достаточно популярно мнение, что молодой Еозраст анортозитовых тел, расположенных к западу от Сальных тундр, обусловлен интенсивной метаморфической переработкой. Действительно, породы Яврозерского массива сильно преобразованы, вплоть до образования бластомилонитов и полученные для него датировки требуют уточнения. Однако, можно отметить, что в массиве Васкойоки, даже в краевой части, степень преобразований умеренная (Merilainen, 1976).

Также противоречивы данные о возрасте других образований Лапландского пояса, приведенные для его различных частей. Возраст метавулканитов Колвицкой и Кандалакшской структур - ~ 2,4 мпрд. лет (Балаганский и др., 1998), возраст метавуканитов Тана пояса и эндербитов финской части ЛГП - -2 млрд. лет (Merilainen, 1976; Bernard-Griffits et al./ 1984). Возраст протолита магматических пород колеицкого комплекса оценивается интервалом 2,62-2,73 млн. лет (Балаганский и др., 1998), возраст протолита эндербитоЕ на западе российской части ЛГП - ~ 2220 млн. лет (Геолог, и геохронол. обосноЕ., 1997).

В качестве реперных объектов, наиболее пригодных для разрешения возникших противоречий, были выбраны массивы Пыршин и Вулвара, как наименее метаморфизованные (Юдин, 1980), Для сравнения и более полной характеристики метаморфических преобразований исследовались также массивы: ТОжно-Туадашский -

из южной зоны бластомилонитов и Абварьский - с промежуточной степенью метаморфической переработки.

В основу характеристики пород, слагающих анортозитовые тела, положена следующая классификация, составленная с учетом уже существующих (Buddington, 1939; Ленников,

19 68;Классификация и номенклатура, 1981; Андреев, Суханов, 1982). Анортозиты > 90% плагиоклаза; габбро - анортозиты - 3090% плагиоклаза; лейкогаббро, лейкогаббро-нориты - 65-80% плагиоклаза; нормальные габбро - 35-65% плагиоклаза; меланократовые габбро - 10-35% плагиоклаза.

1.1. Массив Пыршин

Массив Пыршин расположен на северо-западе Сальных тундр. В геологическом отношении это зона сочленения образований Лапландского гранулитового пояса и Беломорского комплекса. Он имеет субизометричную в плане форму, непосредственно вмещающими породами являются гран�