Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Раннепротерозойские вулканогенные формации Печенгско-Варгузского пояса как индикаторы геодинамических режимов

ВАК РФ 04.00.08, Петрография, вулканология

Текст научной работыДиссертация по геологии, доктора геолого-минералогических наук, Скуфьин, Петр Константинович, Апатиты

АКАДЕМИЯ НАУК РОССИИ Кольский научный центр РАН

ГЕОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

На правах рукописи

П.К. СКУФЬИН

РАННЕПР0ТЕР030ЙСКИЕ ВУЛКАНОГЕННЫЕ ФОРМАЦИИ

ПЕЧЕНГСК0-ВАРЗУГСК0Г0 ПОЯСА КАК ИНДИКАТОРЫ ГЕОДИНАМИЧЕСКИХ РЕЖИМОВ (СЕВЕРО-ВОСТОК БАЛТИЙСКОГО ЩИТА)

Специальность - 04.00.08 - петрография, вулканология

Диссертация на соискание ученой степени доктора геолого-минералогических наук

------------ "т>/ч*Г РоС№*:

г ученую стеяенъ А'

КЗ/;

¡КИЯ ВАК Росси;

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ...................................................................................... 5

Глава I. ПОЛОЖЕНИЕ ПЕЧЕНГСКО-ВАРЗУГСКОГО

ПОЯСА (ПВП) В ЭВОЛЮЦИОННОМ РЯДУ РАННЕДОКЕМБРИЙСКИХ ПОДВИЖНЫХ ПОЯСОВ...... 17

1.1. Общее состояние вопроса.............................................. 17

1.2. Геодинамика нижнеархейских зеленокаменных

поясов (НЗП)..................................................................... 20

1.3. Геодинамика верхнеархейских зеленокаменных

поясов (ВЗП)...................................................................... 23

1.4. Печенгско-Варзугский подвижный пояс в системе раннепротерозойских подвижных поясов субпровинции ... 28

1.4.1. Структурная позиция ПВП......................................... 29

1.4.2. Геодинамические модели становления Печенгской структуры как главного фрагмента ПВП: прошлое

и настоящее................................................................................. 34

Глава И. ВУЛКАНИЗМ КАРЕЛЬСКОГО (РАННЕПРОТЕРОЗОЙСКОГО) КОМПЛЕКСА (ГЕОЛОГИЯ, ПАЛЕОВУЛКАНОЛОГИЯ, ПЕТРОГЕОХИМИЯ,

ФОРМАЦИОННЫЙ АНАЛИЗ)........................ 49

2.1. Стратиграфия карельского комплекса.......................... 49

2.2. Вулканические ассоциации ПВП (вещественный состав, фациальные и формационные типы).................. 62

2.2.1. Сумийский надгоризонт.............................................. 64

2.2.1.1.0 влиянии регионального метаморфизма

на состав вулканогенных пород ПВП............................................................64

2.2.1.2. Основные черты геологии сумийских отложений .. 64

2.2.1.3. Формационный анализ сумийских вулканогенных пород ПВП............................................................................................70

2.2.1.3.1. Основные принципы формационного анализа магматических пород......................................................... 70

2.2.1.3.2. Формационный ряд сумийских вулканитов

ИВС..............................................................................................................................................................73

2.2.1.4. Происхождение и эволюция сумийских вулканогенных пород.........................................................74

2.2.1.5. Выводы..............................................................................................................................................79

2.2.2. Сариолийский надгоризонт......................................................80

2.2.2.1. Основные черты геологии сариолийских отложений.......................................................................... 80

2.2.2.2. Формационный анализ сариолийских вулканогенных пород ПВП.............................................. 97

2.2.2.3. Происхождение и эволюция сариолийских вулканогенных пород........................................................ 104

2.2.2.4. Выводы....................................................................... 107

2.2.3. Нижне- и верхнеятулийский надгоризонты.............. 108

2.2.3.1. Основные черты геологии ятулийских

отложений.......................................................................... 108

2.2.3.1.1. Вещественный состав нижнеятулийских вулканитов ИВС.........:...................................................... 110

2.2.3.1.2. Петрографические особенности нижнеятулийских вулканитов Печенги ........................... 110

2.2.3.1.3. Химизм нижнеятулийских вулканитов Печенгской структуры ....................................................... 120

2.2.3.1.4. Вещественный состав верхнеятулийских

пород ИВС и Печенгской структуры............................... 123

2.2.3.2. Формационный анализ нижнеятулийских вулканогенных пород ПВП.............................................. 125

2.2.3.3. Происхождение и эволюция нижнеятулийских вулканогенных пород........................................................ 138

2.2.3.4. Выводы....................................................................... 141

2.2.4. Людиковийский и калевийский надгоризонты......... 143

2.2.4.1. Основные черты геологии людиковийских отложений.......................................................................... 144

2.2.4.1.1. Вещественный состав людиковийских вулканитов ПВП................................................................ 145

2.2.4.1.2. Формационный анализ вулканогенных пород людиковия Печенгской структуры................................... 151

2.2.4.2. Основные черты геологии калевийских

отложений.......................................................................... 157

2.2.4.2.1. Вещественный состав калевийских

пород Имандра-Варзугской структуры............................ 157

2.2.4.2.2. Вещественный состав калевийских

пород Печенгской структуры........................................... 158

2.2.4.2.2.1. Вещественный состав калевийских

пород IV ОС Печенги....................................................... 159

2.2.4.2.2.2. Вещественный состав калевийских

вулканитов IV ВС Печенги............................................... 162

2.2.4.2.2.3. Генезис пород рудогенной габбро-верлитовой ассоциации........................................ 200

2.2.4.2.2.4. Формационный анализ вулканогенных пород калевия Печенгской структуры........................................ 213

2.2.4.3. Происхождение и эволюция людиковийских

и калевийских вулканогенных пород............................... 216

2.2.4.4. Выводы....................................................................... 221

2.2.5. Свекофеннийский и вепсийский надгоризонты....... 224

2.2.5.1. Свекофеннийский надгоризонт............................... 225

2.2.5.1.1. Основные черты геологии свекофеннских отложений Печенги........................................................... 225

2.2.5.1.2. Вещественный состав свекофеннских вулканитов.......................................................................... 227

2.2.5.2. Вепсийский надгоризонт.......................................... 236

2.2.5.2.1. Основные черты геологии вепсийских

отложений ИВС................................................................. 236

2.2.5.2.2. Вещественный состав вепсийских

вулканитов ИВС............................................................................236

2.2.5.2.3. Основные черты геологии вепсийских отложений Печенгской структуры................................... 237

2.2.5.2.4. Вещественный состав вепсийских

вулканитов Печенгской структуры.................................. 238

2.2.5.2.5. Ассоциация субвулканических интрузий

вепсия Печенгской структуры.......................................... 268

2.2.5.2.6. Формационный анализ вулканогенных пород свекофенно-вепсийского возраста................................... 285

2.2.5.2.7. Комплекс сланцеватых амфиболитов (КСА) Печенгской структуры ....................................................... 289

2.2.5.3. Происхождение и эволюция свекофеннских

и вепсийских вулканогенных пород................................ 299

2.2.5.4. Выводы....................................................................... 306

Глава III. ВЕРТИКАЛЬНЫЕ РЯДЫ ВУЛКАНОГЕННЫХ ФОРМАЦИЙ КАК ИНДИКАТОРЫ РАННЕПРОТЕРОЗОЙСКИХ ГЕОДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В КОНТИНЕНТАЛЬНОЙ КОРЕ

КОЛЬСКОГО ГЕОБЛОКА................................. 308

3.1. Рифтогенные и орогенные геотектонические

режимы............................................................................... 308

3.2. Вертикальные ряды вулканогенных формаций в структурах ПВП как индикаторы обстановок растяжения и сжатия в верхних и средних горизонтах континентальной коры Кольского геоблока................... 313

3.3. Цикличность геодинамических и геотектонических событий в северо-восточной части Балтийского щита как отражение свекокарельских аккреционных событий в его центральной и западной частях............... 320

ЗАКЛЮЧЕНИЕ................................................................................ 325

ЛИТЕРАТУРА................................................................................... 329

ВВЕДЕНИЕ

Северо-восточная часть Балтийского щита (Кольская субпровинция), является уникальным по значимости полигоном для изучения масштабных проявлений раннепротерозойских тектоно-магматических процессов в Кольском геоблоке, формировавших континентальную сиалическую кору этого региона. В фанерозое сиалическая кора в рамках направленного процесса преобразования океанической коры в континентальную "формируется в линейно-поясовых структурах вдоль конвергентных границ литосферных плит" (Эндогенные режимы..., 1991). Достаточно актуальным представляется вопрос - насколько соответствует это определение корообразующим процессам в архее и раннем протерозое.

Следует сказать, что в последние годы в трудах исследователей свекокарелид восточной части Балтийского щита (Bowes et al., 1984; Эволюция земной ..., 1987; Gaal, Gorbatschev, 1987; Эндогенные режимы..., 1991; Park, 1991; Melezhik, Sturt, 1994; Смолькин, 1997 и др.) всесторонне обосновывается и защищается идея, что аналогичный механизм генерации континентальной коры вполне актуален и для докембрия, включая корообразующие процессы в раннем протерозое и, возможно, в позднем архее. Таким образом, процесс формирования сиалической коры этого региона в раннем докембрии можно представить как историю направленного развития ранне-(?) и позднеархейских зеленокаменных поясов, а также раннепротерозойских подвижных поясов, последовательно проходивших стадии заложения, развития и отмирания и закономерно сменявших друг друга в цепи циклических геодинамических и геотектонических событий.

Понятие об интраконтинентальных подвижных поясах (ИПП) эволюционировало во времени. Еще недавно ИПП считался синонимом интраконтинентальной геосинклинали и воспринимался как "пояс глобального масштаба, длительно служащий местом интенсивного магматизма и осадконакопления, превращающийся в итоге своего развития в складчатые или складчато-надвиговые горные сооружения с мощной новообразованной или регенерированной континентальной корой" (Хаин, 1985). Полностью отходя от попыток прямого сопоставления ИПП с геосинклиналями, интракратонный подвижный пояс можно несколько упрощенно определить как "сублинейную область циклической концентрации и подъема эндогенной мантийной энергии и вещества, что проявляется в тектонической активности, интенсивном магматизме и метаморфизме" (Фролова, Бурикова, 1997).

Естественно, теоретические основы геотектонических построений в отношении внутриконтинентальных поясов с циклической сменой рифтогенных и орогенных режимов были разработаны, в основном, для кайнозоя и встречают определенные ограничения при попытках применить их для исследования аналогичных структур раннего докембрия. Эволюционное необратимое развитие Земли препятствует безоглядному применению принципа актуализма для решения подобных задач. В настоящее время доказано (Милановский, 1995), что тектоно-магматические процессы в кайнозое характеризовались определенной

спецификой, по сравнению с палеозоем, и тем более докембрием. В кайнозое заметно возросли процессы океанизации, произошла значительная активизация континентального рифтогенеза, сократилось количество внутриконтинентальных подвижных поясов и складчатых областей, сократился объем и изменился состав магматических проявлений. В целом для кайнозойского этапа эволюции планеты характерно преобладание геодинамических обстановок растяжения.

Проблема расшифровки сложной геодинамической и геотектонической истории становления раннепротерозойских интракратонных подвижных поясов Кольской субпровинции, в том числе и цикличности их эволюционного развития, актуальна для всех подобных структур и в особенности для главной геоструктуры Кольской субпровинции - Печенгско-Варзугского подвижного пояса. На протяжении многих лет занимаясь изучением магматизма ПВП, автор всегда придерживался достаточно традиционного убеждения, что ключом к познанию геодинамической истории становления раннепротерозойских подвижных поясов Кольского региона является магматизм, который был индикатором геодинамических процессов в верхне-, средне- и нижнекоровых частях Кольского геоблока и сопровождал все этапы эволюции раннепротерозойских поясов - от их заложения, через начальные, зрелые и заключительные стадии развития, вплоть до полного отмирания этих долгоживущих структур. Вопросам всестороннего, системного изучения вулканизма раннепротерозойского ПВП и его ведущего звена - Печенгской структуры, посвящена данная работа.

В настоящее время Печенгская структура, видимо, является одной из наиболее изученных раннедокембрийских структур мира, что обусловлено наличием связанных с этой структурой крупных месторождений медно-никелевых руд, своеобразием ее геологического строения, обеспечившим ей приоритет перед остальными раннепротерозойскими структурами региона, а также доступностью и неплохой обнаженностью. Наличие сверхглубокой скважины СГ-3, позволившей установить особенности глубинного строения раннепротерозойской Печенгской структуры и архейского фундамента, а также современные комплексные геофизические исследования стали основой для изучения земной коры этого региона. Большие мощности Печенгского осадочно-вулканогенного комплекса позволили надежно установить последовательность напластования пород и составить наиболее представительные разрезы, послужившие основой для расчленения комплекса и для региональной корреляции; разрез Печенгской структуры во многом определяет стратиграфию раннепротерозойского (карельского) комплекса восточной части Балтийского щита.

За время многолетней истории изучения Печенгской структуры последовательно изменялись взгляды на ее геотектоническое положение. Вначале финские геологи X. Хаузен и X. Вейринен (Hausen Н.Д926, Vayrynen Н.,1938) считали эту структуру, соответственно, или докембрийским грабеном, или складчато-надвиговым сооружением. В послевоенные годы в основу всех схем становления Печенгской структуры была положена гипотеза ее геосинклинального развития

(В.Г. Загородный (1964); Г.И. Горбунов (1968); М.А. Гилярова (1974) и др.). В дальнейшем результатом труда большого коллектива геологов Кольского научного центра АН СССР было утверждение гипотезы ее интракратонного рифтогенного происхождения (Загородный, Радченко, 1983; Предовский и др., 1987; Эндогенные режимы..., 1991; Смолькин, 1992, 1997).

В конце 80-х годов за рубежом и в нашей стране появились сложные, нередко взаимоисключающие гипотезы становления Печенгской структуры и всего ПВП в процессе реализации геодинамических обстановок растяжения (рифтогенез, иногда приводящий к расколу континентальной и к появлению океанической коры) и сжатия (коллизия или же субдукция) (Barbey et al., 1984; Krill, 1985; Marker, 1985; Berthelsen, Marker, 1986; Gaal, Gorbatschev, 1987; Балаганский и др., 1997).

В последние годы ряд сотрудников ГИ КНЦ РАН (Митрофанов, Виноградов, Петров, 1995; Балаганский, 1997) весь огромный по продолжительности период карельского мегацикла (2500-1700 Ma) понимают как эру переходного к плейт-тектоническому режима, эволюция которого реализовывалась в процессе динамического взаимодействия рифтогенных и смежных с ними гранулитовых поясов, а также гнейсо-мигматитовых, тоналитовых и гнейсо-гранулитовых доменов. Учитывая сложное мозаично-блоковое и субгоризонтально-слоистое строение литосферы Кольской гранулит-зеленокаменной области, высокомобильную геодинамику её становления в течение всего архея и протерозоя, наличие в пределах литосферного блока региона серии горизонтальных внутренних границ архейских и раннепротерозойских нестратифицированных доменов, а также крупных линз коро-мантийной смеси, - Кольский геоблок рассматривается как интраконтинентальная глубинная коллизионная структура ("коллизион") раннего протерозоя между Мурманским и Карельским кратонами (Mitrofanov, Pozhilenko et al., 1995).

Главная цель работы, для достижения которой был проведен формационный анализ магматизма крупнейших раннепротерозойских структур региона, состояла в установлении эволюционной направленности и цикличности магматизма этих структур, а также в выработке шкалы главнейших раннепротерозойских тектоно-магматических событий и составлении модели формирования подобных структур в восточной части Балтийского щита. Для выполнения поставленной цели автором последовательно решались следующие задачи:

1. Комплексное геолого-палеовулканологическое и петрогеохимическое исследование всех разновидностей вулканитов Печенгской и частично Имандра-Варзугской структур как главных фрагментов ПВП, с целью составления достоверного разреза пород по отдельным сериям, свитам и горизонтам;

2. Детальный фациальный анализ вулканических пород ПВП с целью установления и последующего комплексного изучения отдельных эруптивных центров и их систем, а также комплексов их наполнения. Расшифровка элементов петрологического, стратиграфического и

тектонического контроля, ответственных за локализацию эруптивных центров.

3. Тонкие геохимические исследования отдельных типов и групп вулканических пород ПВП для выявления, расчленения и корреляции магматических формаций, установления их строения, типоморфных характеристик и специфических особенностей, а также абсолютного возраста, в целях составления возрастных формационных рядов вулканогенных формаций.

4. Построение общей геодинамической модели развития Печенгской и Имандра-Варзугской структур как фрагментов всего ПВП.

Основу исследований, результатом которых является настоящая работа, составили достаточно традиционные методические приемы, обеспечившие комплексное изучение состава и строения вулканогенных толщ Печенгской структуры и других карельских рифтогенных структур восточной части Балтийского щита. Эта исследовательская работа включала составление детальных геологических разрезов, а также "петрохимических разрезов" (при их составлении каждый отобранный образец получал детальную петрохимическую