Петрология и изотопия Холодниканского зеленокаменного пояса южной части Алданского щита

Петрология и изотопия Холодниканского зеленокаменного пояса южной части Алданского щита

Метаморфические образования Холодниканского зеленокаменного пояса залегают среди раннеархейских гранулитов зверевского комплекса в виде тектонических блоков. Породы метаморфизованы в условиях эпидот-амфиболитовой фации, параметры кульминации метаморфизма соответствуют Т = 550оС, P = 5 кбар. Установлены составы протолитов метавулканогенных пород Холодниканского зеленокаменного пояса: основание разреза комплекса сложено породами толеиткоматиитовой серии, а верхней части - метавулканитами известково-щелочной серии, переслаивающимися с метатерригенно-осадочными породами. Исходные вулканиты имеют различные магматические источники - внутримантийный и нижнекоровый, соответственно. Изотопный возраст протолитов отвечает раннему протерозою (2,14 ± 0,08 млрд. лет, Sm-Nd метод). Сделано заключение о синхронной связи тектономагматической активизации южной окраины Алданского щита с тектономагматическими событиями, охватившими Становую складчатую область в раннем протерозое.

Petrology and Sm - nd isotope of southern Aldan shield Holodnikan greenstone belt.

Metamorphic rocks of Holodnikan greenstone belt occur amid the Zverevsky Early Archean granulitic complex sa tectonic blocks. Maximal metamorphic effect taking place at T = 5500C and P = 5 kb corresponds to epidot-amphibolitic facies. The initial protolith source of the Holodnikan metarocks is determened as: the base of stratigraphic range composed of tholeiitic-comatiite rock series and restratuming of calc-alkaline rock series with metasediments form the top of this. Different parent magma sources corresponds to the mantle and the lower crust, accordingly. Protolith isotope age is early Proterozoic (2.14 ± 0.08 m.y., Sm-Nd method). The southern Aldan shield tectono-magmatic activity in early Proterozoic is concluded to occur simultaneously with the such of the Stanovoy foldbed.

Проведенные исследования посвящены слабоизученной тектонической структуре, сравнительно недавно выделенной на южной окраине Алданского щита [2] - Холодниканскому зеленокаменному поясу. Изучение докембрийских зеленокаменных поясов представляет особый интерес для решения вопросов эволюции земной коры и генезиса месторождений золота, никеля, серебра, меди, хрома и других полезных ископаемых.

Цель исследований - изучение геохимических особенностей и исходной природы метаморфических пород Холодниканского пояса, условий их образования и возраста.

Геологическое строение изученного района, по данным [1, 4, 8] и собственным наблюдениям авторов, выглядит следующим образом. Метаморфические образования Холодниканского зеленокаменного пояса слагают одноименный холодниканский комплекс и залегают среди раннеархейских гранулитов зверевского комплекса в виде разобщенных тектонических блоков, образующих полосу С-З простирания от Холодниканского перевала до правобережья р. Иенгры и прослеживаются в бассейн р. Дьилинде. Далее, к северо-западу они обнажаются фрагментарно. Эти блоки представляют собой реликты геотектонической структуры, трактуемой как рифтогенный прогиб, заложенный на гранулитовом фундаменте юга Алданского щита (рис. 1). Контакты холодниканского комплекса переработаны процессами, связанными с дальнейшей его эволюцией (расслоение и бластомилонитизация, метасоматоз).

Рис. 1. Схематическая геолого-тектоническая карта Холодниканского зеленокаменного пояса

1- отложения платформенного чехла; 2 - Олекминская гранит - зеленокаменная область; 3- Становая складчатая область; 4- холодниканский зеленокаменный комплекс; 5- 7 - Алданский щит: 5- Западно - Алданская гранулито-гнейсовая область, 6 - Восточно - Алданская гранулито-гнейсовая область, 7 - глубинные гранулитовые блоки южной окраины; 8- зеленокаменные пояса; 9- раннепротерозойский интрузивный комплекс: биотитовые граниты (часто порфировидные, участками гнейсовидные); 10- раннемезозойский интрузивный комплекс: габбро, плагиогранит-порфиры, диорит-сиенит-порфиры; 11 - разрывные нарушения (а), направления падения плоскостей сместителя (б); 12 - положение района исследования Cтратифицированные метаморфические образования фундамента холодниканского комплекса представлены нижнеархейским зверевским комплексом, сложенным эндербитами, двупироксеновыми плагиогнейсами

Аналитические методы

Петрогенные компоненты в породах определялись в ДВГИ ДВО РАН классическим химическим методом, Cr, Ni - здесь же атомно-абсорбционным и количественным спектральным методами (аналитики Г.А. Бахарева, Л.И. Алексеева, Л.И. Азарова); в Аналитическом центре ГИН РАН (руководитель С.М. Ляпунов) - редкоземельные элементы (РЗЭ) - методом инструментальной нейтронной активации; Rb, Sr, Ba, Y, Zr, Nb - методом флюоресцентного анализа (пределы обнаружения для РЗЭ 0,05 г/т, для Rb, Sr, Nb, Zr, Y - 1 г/т и 5 г/т - для Ba). Относительная погрешность (%) определения элементов: Sr, РЗЭ-3; Ba; Y - 4; Zr - 8; Rb, Nb - 15; Cr, Ni - 5-10 (атомно-абсорбционный анализ) и Ј 30 (количественный спектральный анализ для низких содержаний Cr и Ni). Микрозондовые минералогические исследования выполнены в ДВГИ ДВО РАН (аналитик В.И. Сапин). Определения изотопов Sm и Nd проведены в лаборатории изотопных исследований ИГЕМ РАН (аналитик Д.З. Журавлев).

Результаты и их обсуждение

Изучен геологический разрез холодниканского комплекса: в основании разреза залегает толща амфиболитов, переслаивающихся с амфибол-эпидотовыми сланцами; средняя часть сложена амфибол-эпидотовыми, мусковитовыми и хлоритовыми сланцами, содержащими прослои кварцито-сланцев и кварцитов. Общая мощность изученного разреза около 2,5 км.

Породы холодниканского комплекса метаморфизованы в условиях эпидот-амфиболитовой фации. Типичные парагенезисы для пород основного состава - плагиоклаз + амфибол + эпидот ± кварц, для среднего и кислого - плагиоклаз + мусковит + кварц ± эпидот. Параметры кульминации метаморфизма, определенные на основании микрозондовых анализов сосуществующих амфибола и плагиоклаза, соответствуют Т = 550оС, P = 5 кбар.

Первичная природа метаморфических пород холодниканского комплекса установлена с использованием диаграмм реконструкции исходного состава [6] (рис. 2а). На основании этого в составе разреза Холодниканского комплекса выделены две части: нижняя - вулканогенная (вулканиты основного и ультраосновного состава) и верхняя - вулканогенно-осадочная (основные, средние и кислые вулканиты и осадочно-терригенные породы). В работе приведены данные, касающиеся метавулканических пород. Химические составы их сведены в таблице 1.

Изученные метавулканиты на классификационной диаграмме Na2O + K2O - SiO2 [5] относятся к породам нормальной щелочности, часть метабазитов и метаандезитов представлена субщелочными разностями.

На треугольных классификационных диаграммах AFM [9], Al - FeTi - Mg [10] изверженные породы располагаются по двум трендам, соответствующим известково-щелочному и толеит-коматиитовому (рис. 2б; 2в), что позволяет выделить две серии исходных вулканитов: толеит-коматиитовую и известково-щелочную.

Рис. 2. Петрохимические диаграммы метавулканитов холодниканского комплекса (а) - реставрации исходного состава [6], (б) - A-F-M [9], (в) - Al-(Fe+Ti)-Mg [10]

Толеиткоматиитовая серия представлена перидотитовыми коматиитами, коматиитовыми и толеитовыми базальтами. Геохимические особенности выделяемых разностей вулканитов следующие:

Перидотитовые коматииты (содержание MgO = 23-25 мас. %, CaO/Al2O3=0,9) близки к йилгарнскому типу коматиитов. Реликты магматических минералов и структур отсутствуют. Форма распределения РЗЭ близка к хондритовой, отличаясь слабым обогащением легкими РЗЭ (La/Yb)N=1,84 и умеренной отрицательной аномалией Eu (Еu/Еu*=0,52-0,82) (рис. 3). Образование отрицательных аномалий Eu чаще всего связывают с воздействием морских вод или влиянием метасоматоза. Величины отношений CaO/TiO2 = 14,5; Al2O3/TiO2 = 16,5; Ti/Zr = 126; Ti/Y = 442; Zr/Nb = 24; Zr/Y = 3,5 значительно выше хондритовых. Отмечается прямая корреляция содержания Ni с Mg и отсутствие ее- для Cr. Эти данные и умеренный диапазон изменений содержания MgO в изученных перидотитовых коматиитах могут свидетельствовать о незначительном фракционировании оливина без фракционирования хромита. Химизм перидотитовых коматиитов (MgO = 23 мас. %, Mg/Fe+Mg = 0,8) свидетельствует о формировании их при Р = 27 кбар, Т = 1730оС, что соответствует внутримантийным условиям [7]. Обогащенность перидотитовых коматиитов титаном и цирконием (с учетом факта низкого значения

Таблица 1 Химические составы метавулканитов холодниканского комплекса

Рис. 3. Спектры распределения редкоземельных элементов в метавулканитах холодниканского комплекса

Номера анализов на рисунке соответствуют номерам анализов образцов пород в таблице 1 коэффициента распределения КD титана и циркония между оливином и расплавом) предполагает их некумулятивное происхождение. Частичное плавление мантийного источника достигало 40 %. Мантийный источник был обогащен Ti, Zr.

Коматиитовые базальты (MgO = 12-13 мас. %) обогащены Ti, Y и Zr (Al2O3/TiO2 = 17.6, CaO/TiO2 = 10, Ti/Y = 240; Zr/Nb = 28.8, Zr/Y = 3.8). Содержания Cr и Ni в них существенно ниже по сравнению с перидотитовыми коматиитами. По спектрам распределения РЗЭ среди коматиитовых базальтов выделяются две группы пород (рис. 3): первая характеризуется близким к хондритовому ((La/Yb)N = 1.08), вторая значительно обогащена легкими РЗЭ (La/Yb)N = 7.

Толеитовые базальты (MgO = 5.7-9 мас. %, прямая корреляция с содержаниями Cr и Ni) обогащены Ti и Zr относительно хондрита (Al2O3/TiO2 = 9, CaO/TiO2 = 6.6, Zr/Nb = 70, Zr/Y = 7, Ti/Y = 505) и легкими РЗЭ ((La/Yb)N = 3.21), при наличие отрицательных аномалий Eu (Eu/Eu* = 0.56). Эти аномалии могут быть объяснены фракционированием плагиоклаза в промежуточных камерах на небольших глубинах. По характеру распределения РЗЭ соответствуют архейским толеитам типа ТН-2, по [3].

Метавулканиты известково-щелочной серии представлены андезитами, дацитами и липаритодацитами (в незначительных количествах присутствуют трахибазальты и трахиандезиты). Характер распределения Zr и Nb в вулканитах известково-щелочной серии весьма сходен. Содержание Y характеризуется отрицательной корреляционной зависимостью от содержаний SiO2, содержания Rb и Ba прямо коррелируют с содержанием К.

Содержания литофильных элементов в вулканитах повышенной щелочности - трахибазальтах и трахиандезитах повышены по сравнению с аналогами нормальной щелочности. Андезиты и липарито-дациты по уровню содержаний литофильных элементов и отношениям K/Rb, Ni/Co, Ti/Zr, Ti/Y близки к архейским аналогам этих вулканитов, выделяемых в зеленокаменных поясах [3]. Спектр распределения РЗЭ в метабазальтах известково-щелочной серии соответствует архейским толеитам типа ТН-2 по [3] (умеренное обогащение легкими РЗЭ ((La/Yb)N=3.75)). Спектр распределения РЗЭ в метаморфических сланцах андезитового состава свидетельствует о принадлежности к андезитам группы II, по [3] (значительная степень фракционирования РЗЭ: (La/Yb)N=12,21-22,52; а так же наличие слабых отрицательных ((Eu/Еu*)N=0,75) и положительных ((Еu/Еu*)N=1,17) аномалий). Метаморфические сланцы дацитового и риодацитового состава по спектрам распределения РЗЭ соответствуют архейским дацитам и риодацитам группы F-II, по [3] (характеризуются значительной степенью дифференциации РЗЭ ((La/Yb)N = 8,42 - 45,83) и наличием положительных ((Eu/Eu*)N = 1,6) и отрицательных Еu ((Еu/Еu*)N = 0,6) аномалий).

Рис. 4. Sm-Nd эволюционная диаграмма метавулканитов известково-щелочной серии холодниканского зеленокаменного комплекса

Аналогия спектров распределения РЗЭ в метавулканитах известково-щелочной серии холодниканского комплекса с известными типами архейских вулканитов позволяет принять модель происхождения расплавов посредством частичного плавления мафического источника, представленного гранатовыми амфиболитами. Вариации степеней плавления (от 40 % до 5 %) этого мафитового источника позволяют получить весь набор вулканических пород исходной известково-щелочной серии холодниканского комплекса.

Впервые изучена Sm-Nd система метавулканитов известково-щелочной серии холодниканского метаморфического комплекса и установлен нижнепротерозойский возраст их протолитов, составляющий 2,41 ± 0,08 млрд. лет (табл. 2, рис. 4).

Таблица 2 Результаты Sm-Nd изотопных исследований метавулканитов холодниканского комплекса

Примечание. 1- метадацит, 2 - метабазальт, 3, 5 - металипарито-дациты, 4 - метаандезит

Аналитик - Д.З. Журавлев, ИГЕМ РАН

Заключение

Авторами первыми установлен состав протолитов метапород Холодниканского зеленокаменного пояса. Показано, что основание разреза комплекса сложено породами толеит-коматиитовой серии, а верхней части - метавулканитами известково-щелочной серии (основного, среднего и кислого состава), переслаивающимися с метатерригенно-осадочными породами. Исходные вулканические серии холодниканского комплекса - толеит-коматиитовая и известково-щелочная - имеют различные магматические источники - внутримантийный и нижнекоровый, соответственно.

Впервые изучена Sm-Nd изотопная система пород холодниканского комплекса и установлен нижнепротерозойский возраст их (2,41 ± 0,08 млрд. лет).

Полученные данные свидетельствуют о том, что в раннем протерозое на южной окраине Алданского щита закладывались протяженные линейные структуры рифтогенного типа субширотного простирания. Образование этих структур синхронно связано с тектоно-магматическими событиями, охватившими Становую складчатую область в раннем протерозое.

Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проект 97-05-65773).

Литература

1. Геологическая карта СССР масштаба 1:200 000, серия Алданская, лист О-51-ХХХV, Москва. 1976.

2. Добрецов Н.Л., Добрецов Н.Н. и др. Минералогия и геохимия коматиитовой серии из Олондинской структуры Алданского щита // Геохимия вулканитов различных геодинамических обстановок. Новосибирск: Наука, 1986, С. 34-48.

3. Конди К. Архейские зеленокаменные пояса. М.: Мир, 1983. 350 с.

4. Красный Л.И. Геология региона Байкало-Амурской магистрали. М.: Недра, 1980. 150 с.

5. Магматические горные породы. Т. 1. Часть 1, 2. М.: Наука, 1983. 768 с.

6. Мишкин М. А. Метаморфизм в зоне перехода от Азиатского континента к Тихому океану. М.: Наука, 1981. 196 с.

7. Рябчиков И.Д., Богатиков О.А. Физико-химические условия генерации и дифференциации карельских коматиитов // Геохимия. 1984. № 5. С. 625-638.

8. Эволюция раннедокембрийской литосферы Алдано-Олекмо-Станового региона. Л.: Наука, 1987, 309 с.

9. Irvine T.N.and Baragar W.R.A. A guide to the chemical classification of the common volcanic rocks. Can. J. Earth Sci. 1971. № 8. p. 523-548.

10. Jensen L.S. A new cation plot for classifying subalkalic volcanic rocks // Ontarrio Div. Mines. Misc. 1976. Pap. 66.