Палеопротерозойские андезитовые порфириты курского блока Восточной Сарматии: геохимия и источники расплавов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Статья по теме:

Палеопротерозойские андезитовые порфириты курского блока Восточной Сарматии: геохимия и источники расплавов

С.В. Цыбуляев, К.А. Савко, М.В. Червяковская, Воронежский государственный университет, Институт геологии и геохимии им. академика А.Н. Заварицкого Уральского отделения РАН, г. Екатеринбург



Аннотация

Субвулканические андезитовые порфириты глазуновской свиты Курского блока Восточной Сарматии являются высоко калиевыми с сильным фракционированием REE ((La/Yb)n = 33-49) и отсутствием Eu аномалии (Eu/Eu*=0,89-0,99). На диаграммах с нормированием к примитивной мантии они характеризуются обогащением LILE и деплетированием Nb, Ti, и HREE. В андезитовых порфиритах проявлены адакитовые геохимические характеристики, выраженные очень высокими значениями La/Yb и Sr/Y отношений. Вулканиты имеют отрицательные значения sNd(2067) (от - 3,8 до - 4,7). По содержанию первичного изотопного состава гафния выделяются две контрастные группы. Первая с величинами sHf(2067) от + 3,3 до +6,8, вторая с sHf(2067) от -12,7 до -13,3. Предполагается, что адакитовые сигнатуры порфиритов возникли в результате двухстадийного процесса: 1) ассимиляции коровых пород мантийным расплавом в основании делами-нированной коры и 2) кристаллизационной дифференциации базальтовых магм в верхнекоровых магматических камерах. Источником первичных магм, вероятнее всего, являлся водосодержащий гранатовый перидотит, плавление которого происходило при давлениях превышающих 1,5 ГПа и температурах более 1000°С. Наиболее вероятными интрузивными комагматами андезитовых порфиритов являются породы габбро-диорит-гранодиоритовой ассоциации стойлониколаевского комплекса.

Ключевые слова: Сарматия, Курский блок, геохимия, Sm-Nd, Lu-Hf изотопия, андезитовые порфириты.



Abstract

PALEOPROTEROZOIC ANDESITE PORPHYRITES, KURSK BLOCK, EASTERN SARMATIA: GEOCHEMISTRY AND SOURCES OF MELTS

The subvolcanic andesitic porphyrites of the Glazunovskaya suite within the Kursk block of Eastern Sarmatia are high potassium and show the strong fractionation of REE distribution ((La/Yb) n = 33-49) without the Eu negative anomaly (Eu/Eu * = 0.89-0.99). The LILE enrichment and Nb, Ti, and HREE depletion are established. Andesitic porphyrites are characterized by the adakite geochemical characteristics, marked by distinctly high La/Yb and Sr/Y ratios. Volcanic rocks demonstrate the negative sNd(2067) values (from -3.8 to -4.7). We have two contrasting groups of the primary isotopic composition of hafnium. The first group has sHf(2067) values from + 3.3 to + 6.8, the second group has sHf(2067) values from -12.7 to -13.3. Adakite signatures ofporphyrites are supposed to have appeared as a result of a two-stage process: 1) assimilation of crustal rocks at the base of the delaminated crust and 2) crystallization differentiation of basalt magmas in the igneous chambers at the upper crust levels. The source of parental magmas was water enriched garnet peridotite most likely, the melting of which occurred at P > 1.5 GPa and T > 1000 °C. The most likely intrusive comagmates of andesitic porphyrites are the gabbro-diorite-granodiorite rocks associations of the Stoilo-Nikolaevsky complex.

Key words: Sarmatia, Kursk block, geochemistry, Sm-Nd, Lu-Hf isotopy, andesite porphyrites.



Введение

Палеопротерозойские вулканиты являются индикаторами геодинамических режимов континентальной коры Курского блока Восточной Сарматии (КБВС). Одним из таких проявлений является вулканическая породная ассоциация глазуновской свиты, вскрытая в южной части Орловской структуры (Никитовский участок) скважиной 2926.

Преобладающим типом пород глазуновской свиты являются андезитовые порфириты. Им был посвящен ряд работ в конце прошлого века, где были охарактеризованы их разрезы и довольно полно описаны петрографические и петрохимические особенности [1-7]. Нашими недавними исследованиями установлен точный U-Pb изотопный возраст цирконов (скв. 2926, глубина 449,6; SIMS) из андезитовых порфиритов, оцениваемый в 2067±5 млн лет, и обоснованно их формирование в постколлизионной обстановке [8]. Однако до сих пор не было проведено изотопногеохимических исследований андезитовых порфиритов, которые помогли бы привести аргументы для вероятных источников их расплавов. Эта работа имеет цель восполнить этот пробел.

Геологическая ситуация

Курский блок (КБ) представляет собой фрагмент древней архейской континентальной коры, к которому с востока и северо-запада примыкают более молодые палеопротерозойские террейны аккреционного типа. Основной объем архейской коры КБ состоит из разгнейсованных гранитоидов и мигматизированных гнейсов обоянского комплекса, массивов тоналит-трондьемит-гранодиоритового состава салтыковского комплекса и пород зеленокаменных поясов михайловской серии.

В пределах КБ выделяется ряд линейных синкли- норных зон северо-западного простирания (Орловская, Тим-Ястребовская, Белгородская, Михайловская, Волотовская и др.), представляющие собой фрагменты внутриконтинентальных рифтовых систем, заложившихся около 2,2 млрд лет назад на архейской платформе [9]. В пределах этих структур сохранились от размыва терригенно-хемогенные отложения курской серии, вулканогенно-терригенные породные комплексы оскольской серии, курбакинской и глазуновской свиты.

Образования глазуновской свиты (PR1gl) имеют локальное распространение в пределах южной части Орловской структуры (Никитовский участок) (рис.1), и вскрыты единственной скважиной 2926. Они несогласно залегают на метабазальтах тимской свиты. В основании свиты имеется пачка конгломерато- брекчий мощностью 53 м, обломки которых представлены базальтами, базальтовыми метапорфиритами и апобазальтовыми амфиболитами тимской свиты [7]. Выше по разрезу выделены три пачки пирокластических и туфогенных пород мощностью 417 м. Верхняя часть разреза (мощностью около 320 м) сложена андезитовыми порфиритами. Пирокластические и субвулканические образования свиты имеют сходные петрохимические характеристики [7]. Туфы характеризуются большими вариациями химического состава, что связано с примесью терригенного материала, и нами не рассматриваются.

Аналитические методы исследований

Химический состав проб определен на рентгенофлуоресцентном спектрометре S8 Tiger (Bruker AXS GmbH, Германия) в Воронежском госуниверситете. При калибровке спектрометра и для контроля качества измерений были использованы государственные стандартные образцы химического состава горных пород - ГСО №8871-2007, ГСО № 3333-85, ГСО № 3191-85. Точность анализа составляла 1-5% отн. % для элементов с концентрациями выше 1-5 мас. % и до 12 отн. % для элементов с концентрацией ниже 0.5 мас. %. Обработка результатов проводилась посредством разработанных методик в программе Spectra Plus (Bruker AXS GmbH, Германия).

Малые и редкие элементы определяли методом индукционно-связанной плазмы с масс- спектрометрическим окончанием анализа (ICP-MS) в АСИЦ ИПТМ РАН. Разложение образцов пород проводили путем кислотного вскрытия в закрытой системе. Пределы обнаружения для REE, Hf, Ta, Th, U составляли 0,02-0,03 ppm, для Nb, Be, Co - 0,03-0,05 ppm, для Li, Ni, Ga, Y - 0,1 ppm, для Zr - 0,2 ppm, для Rb, Sr, Ba - 0,3 ppm, для Си, Zn, V, Cr - 1-2 ppm. Правильность анализа контролировалась путем измерения международных и российских стандартных образцов GSP-2, ВМ, СГД-1А, СТ-1. Ошибки определения концентраций составляли от 3 до 5 мас. % для большинства элементов.

Определение изотопного состава Sm и Nd выполнены в Центре изотопных исследований ВСЕГЕИ (Санкт-Петербург) на многоколлекторном масс- спектрометре Triton в статическом режиме. Коррекция на изотопное фракционирование неодима производится при помощи нормализации измеренных значений по отношению 146Nd/144Nd = 0,7219. Нормализованные отношения приводятся к значению 143Nd/144Nd = 0,512115 в международном изотопном стандарте JNdi-1. Погрешность определения содержаний Sm и Nd составляет 0.5%, изотопных отношений 147Sm/144Nd - ±0,2%, 143Nd/144Nd - ±0,002% (2ст). Уровень холостого опыта не превышал 30 pg для Sm и 70 pg для Nd. При расчете величин sNd(t) и модельных возрастов tNd(DM) использованы современные значения однородного хондритового резервуара (CHUR) с параметрами 147Sm/144Nd=0,1967, 143Nd/144Nd=0,512638 и деплетированной мантии (DM) с параметрами 147Sm/144Nd=0,2136, 143Nd/144Nd=0,513151 по [10].

Изучение Lu-Hf-изотопного состава цирконов выполнено на многоколлекторном масс-спектрометре Neptune Plus с приставкой для лазерной абляции проб NWR 213 в Институте геологии и геохимии им. академика А. Н. Заварицкого УрО РАН, г. Екатеринбург. Операционные параметры приставки для лазерной абляции: плотность энергии лазерного излучения - 14 Дж/см2, частота повторения импульсов - 20 Гц, диаметр кратера - 25 мкм. Неопределенность единичного измерения отношения 176Hf/177Hf в виде 2SD - в интервале 0,005-0,008%. Неопределенность единичного определения значения s(Hf) в виде 2SD варьировала для стандартов Mud Tank и GJ-1 [11,12] в интервале 5-9%. Для обработки Lu-Hf данных был использован макрос Hf- INATOR для Excel [13].

Рис. 1 - Схематическая геологическая карта Орловской структуры (Никитовский участок). Условные обозначения: 1 - обоянский комплекс (AR1ob); 2 - михайловская серия (AR2mh); 3 - стойленская свита (PR1st); 4 - коробковская свита (PR1kr); 5 - роговская свита (PR1rg); 6 - тимская свита (PR1tm); 7 - глазуновская свиты (PR1gl); 8 - салтыковский комплекс (^yAR1sl); 9 - атаманский комплекс (yPR1at); 10 - золотухинский комплекс (vPR1z); 11 - стойло-николаевский комплекс (y8PR1sn); 12 - смородинский комплекс (vPR1sm); 13 - разрывные нарушения различного ранга; 14 - скважины и их номера. Палеопротерозойские синформы: I - Орловская, II - Тим-Ястребовская, III - Белгородская, IV - Болотовская, V - Михайловская. Белые точки - возраст метаморфизма [14]



Петрография и минералогия

Андезитовые порфириты представляют собой породы темно-серого цвета, с порфировыми выделениями плагиоклаза размером до 1,5-4 мм. Их количество колеблется от 30 до 80%, в среднем составляет 50%. Под микроскопом породы имеют полифировую структуру. Вкрапленники представлены резко доминирующим нередко зональным плагиоклазом (3080%) и амфиболом (до 15%). Обычно вкрапленники расположены беспорядочно, но иногда ориентированы в одном направлении, образуя директивную текстуру. Центральные части зональных плагиоклазов представлены лабрадором (An56-68), краевые - андезином (An32-37). Амфибол образует зёрна размером от 0,2 до 1,5 мм, зелёного до сине-зеленого цвета и диагностируется как магнезиальная роговая обманка (Si = 6,5-7,0; Mg/Mg+Fe2+=0,6-0,7). Основная масса (до 55%), выполняющая промежутки между зернами плагиоклазов и амфиболов сложена калишпат-кварц- плагиоклазовым агрегатом с примесью биотита, амфибола, эпидота и представляет собой тонкомелкозернистую основную ткань. Акцессорные минералы представлены цирконом, апатитом, магнетитом.

Геохимия

По содержанию кремнезема андезитовые порфириты слабо дифференцированы (SiO2 = 54-61 мас.%), характеризуются умеренной магнезиальностью (Mg# = 0,48-0,59) и отношением K2O/Na2O = 0,53-0,9 (среднее = 0,67). Они относятся к метаглиноземистым высококалиевым породам преимущественно щелочно-известковой серии (рис. 2, табл. 1).



Рис. 2 - Составы вулканитов глазуновской свиты на классификационных диаграммах: a) TAS [15]; б) Zr/TiO2 - Nb/Y [16]; в) K2O-SiO2 [17]; г) Na2O+K2O-CaO - Si2O [18]; д) A/NK (в молекулярных количествах Al2O3/(Na2O+K2O))-A/CNK (в молекулярных количествах Al2O3/(CaO-Na2O+K2O)) [19]

Таблица 1

Скв./глуб.	2926/304,4	2926/325,7	2926/347	2926/364,3	2926/396,7	2926/414,8	2926/449,6
1	2	3	4	5	6	7	8
SiO2	58,3	56,5	55,3	58,7	60,5	54,1	57,9
TiO2	0,60	0,61	0,40	0,50	0,54	0,41	0,61
Al2O3	16,1	16,2	14,8	16,1	16,3	14,6	16,8
Fe2O3tot	6,27	6,92	14,0	5,82	5,59	15,6	5,60
MgO	3,97	4,19	3,09	4,03	2,61	2,82	4,01
MnO	0,08	0,09	0,10	0,07	0,07	0,09	0,08
CaO	6,83	5,94	4,74	6,13	5,89	5,11	6,94
Na2O	3,12	3,46	3,20	2,98	4,18	3,86	4,11
K2O	2,42	3,12	1,91	2,65	2,50	2,07	2,29
P2O5	0,40	0,41	0,32	0,41	0,39	0,33	0,37
ППП	1,49	2,03	1,75	2,01	0,93	0,45	0,86
Сумма	99,7	99,5	99,6	99,4	99,5	99,5	99,7
K2O/Na2O	0,77	0,90	0,91	0,89	0,60	0,59	0,56
*Mg#	55,6	54,5	53,6	57,8	48,1	54,5	58,7
SiO2	57,2	59,7	56,0	58,1	60,7	55,4	59,3
TiO2	0,71	0,56	0,60	0,60	0,47	0,42	0,60
Л12Оэ	17,1	16,2	15,5	16,0	15,7	15,1	16,2
Fe2O3tot	6,89	5,76	10,7	6,46	5,28	14,2	6,13
MgO	4,58	4,16	3,45	4,02	3,03	2,65	3,10
MnO	0,10	0,07	0,11	0,07	0,07	0,09	0,07
CaO	7,34	6,63	6,52	6,82	7,04	4,52	6,02
Na2O	3,26	3,39	3,42	3,77	4,16	3,93	3,81
K2O	2,02	2,22	2,05	2,44	1,32	2,09	2,91
P2O5	0,37	0,43	0,32	0,36	0,42	0,33	0,43
ППП	0,15	0,68	0,95	0,99	1,33	0,94	0,99
Сумма	99,7	99,9	99,7	99,6	99,6	99,6	99,5
K2O/Na2O	0,62	0,66	0,75	0,65	0,32	0,53	0,76
*Mg#	56,8	58,8	56,8	55,2	53,2	55,9	50,1

Примечания: *Mg# MgO fMgO'Fe2O3lol).в атомных количествах.

Химический состав вулканитов глазуновской свиты

Нормализованное к хондриту распределение REE сильно фракционированное - (La/Yb)n = 33-46, (Gd/Yb)n = 3,0-4,4, при аномально низком уровне содержания HREE и отсутствии аномалий Eu (Eu/Eu* = 0,89-0,99). Андезитовые порфириты характеризуются повышенными содержаниями Sr (660-820 ppm), Ba (990-1260 ppm), умеренными концентрациями Zr (120-210 ppm), Cr (24-81 ppm), Ni (13-46 ppm) (табл. 2). На кривых распределения редких элементов, нормированных к примитивной мантии, отчетливо выделяются отрицательные Nb и Ti аномалии (рис. 3).

Таблица 2 - Содержание редких и редкоземельных элементов в вулканитах глазуновской свиты

Скв./глуб.	2926/325,7	2926/347	2926/396,7	2926/449,6	2926/481,1	2926/528,4	2926/546,2	2926/583,6
1	2	3	4	5	6	7	8	9
Li	17,1	17,7	15,3	22,4	17,5	15,6	22,0	16,2
Be	1,34	1,2	1,4	1,69	1,3	1,30	1,20	1,20
Sc	7,87	7,8	5,5	9,09	10,8	9,80	9,90	5,80
V	78,7	72,8	61,5	93,5	91,1	81,4	95,7	65,4
Cr	26,1	45,1	24,6	42,9	81,2	69,3	70,8	30,0
Co	18,8	16,2	13,5	19,0	20,9	18,5	19,0	13,9
Ni	25,3	26,1	12,6	26,9	45,7	33,6	39,6	13,1
Cu	22,5	21,3	14,9	21,8	26,8	15,2	25,2	19,8
Zn	74,4	61,3	66	62,0	79,0	64,4	69,1	63,4
Ga	17,3	18,4	17,9	17,1	17,5	18,9	18,6	18,1
Rb	81,0	43,9	54,3	52,4	57,9	49,8	61,5	48,2
Sr	663	782	774	683	773	745	763	816
Y	11,2	9,30	9,5	11,4	11,5	10,4	11,9	8,8
Zr	211	130	130	152	126	131	201	120
Nb	11,3	10,0	10,8	11,5	10,3	10,3	10,7	10,4
Cs	1,26	1,60	2,2	1,36	0,94	1,90	2,10	1,50
Ba	1262	1163	1231	986	873	1045	1176	1176
La	45,8	40,0	46,9	42,5	42,0	37,0	44,6	39,7
Ce	91,2	78,8	92,4	82,9	83,1	74,7	87,7	79,6
Pr	9,78	9,10	10,1	8,99	9,2	9,10	9,60	9,5
Nd	36,3	33,8	37	35,6	34,9	34,4	36,0	34,4
Sm	5,55	5,10	5,4	5,40	5,5	5,20	5,50	5,20
Eu	1,37	1,30	1,3	1,27	1,4	1,40	1,40	1,30
Gd	3,43	3,20	3,5	3,49	3,6	3,40	3,40	3,30
ТЬ	0,42	0,39	0,44	0,42	0,49	0,42	0,42	0,39
Dy	2,27	2,10	2	2,11	2,3	2,20	2,30	1,90
Ho	0,37	0,33	0,33	0,37	0,39	0,37	0,40	0,31
Er	0,97	0,88	0,84	0,93	1,0	1,00	1,00	0,79
Tm	0,13	0,11	0,11	0,12	0,14	0,12	0,15	0,10
Yb	0,89	0,74	0,69	0,77	0,90	0,80	0,95	0,62
Lu	0,12	0,11	0,1	0,11	0,13	0,11	0,13	0,09
Hf	4,51	3,28	3,4	3,49	3,2	3,19	4,38	3,14
Ta	0,60	0,63	0,65	0,74	0,57	0,61	0,55	0,61
Pb	11,0	12,4	12	10,0	12,5	10,9	12,0	11,58
Th	5,69	6,00	6,3	5,34	5,0	5,47	5,39	6,24
U	1,34	1,34	1,43	1,29	1,2	1,24	1,23	1,37
ЈREE	199	176	201,06	185	185,06	170	194	177
Eu/Eu*	0,96	0,96	0,94	0,89	0,96	0,99	0,96	0,95
(Gd/Yb)n	3,20	3,61	4,20	3,77	3,28	3,47	2,95	4,42
(La/Yb)n	37,1	39,0	49,09	39,8	33,32	33,1	33,8	46,1
(La/Sm)n	5,32	5,03	5,63	5,08	4,96	4,55	5,19	4,89
Sr/Y	59,0	84,4	81,6	59,9	67,3	71,9	64,3	93,2

Рис. 3 - Распределение редких и редкоземельных элементов в андезитовых порфиритах глазуновской свиты, нормализованных к хондриту и примитивной мантии [20]. Поля адакитов по [21]

Изотопная геохимия

U-Pb изотопное датирование. Изотопное датирование цирконов на ионном микрозонде SHRIMP II (ВСЕГЕИ), выполненное ранее [8], позволило определить возраст андезитов (скв. 2926, гл. 449,6 м) - 2067±5 млн лет (средневзвешенный 207РЬ/206РЬ-возраст).

Рис. 4 - Диаграмма в координатах eNd (T) - T(Ma) для вулканитов глазуновской свиты. Изотопный состав Nd для палеопротерозойской и архейской коры Восточной Сарматии по [22, 23, 24]

Рис. 5 - Диаграмма в координатах eHf (T) - T(Ma) для цирконов из вулканитов глазуновской свиты. Поле архейской коры Курского блока Восточной Сарматии (КБВС) по [25]

Sm-Nd изотопная систематика. Андезитовые порфириты характеризуются отрицательными величинами sNd(2067) от - 3,8 до - 4,7 (рис. 4) и модельным возрастом - 2650-2721 млн. лет (табл. 3).

Lu-Hf изотопная система циркона. Изотопный состав Hf в цирконах из андезитов определялся в тех же точках, где и U-Pb изотопный возраст. Lu-Hf изотопная система демонстрирует две контрастные группы первичного изотопного состава гафния. Первая с величинами eHf(2067) от + 3,3 до +6,8 (табл. 4). Модельные возрасты источника THf(DM), рассчитанный с учетом выплавления магмы из депле- тированной мантии варьируют от 2180 до 2317 млн. лет, возраст THf(DMc), рассчитанный по двухстадийной модели равен 2249 - 2473 млн. лет. Вторая группа, включающая всего два определения, характеризуется значениями eHf(2067) от -12,7 до -13,3 и модельными возрастами THf(DMc) от 3473 до 3511 млн. лет (рис. 5).

Обсуждение результатов Геохимическая типизация андезитовых порфиритов

Андезитовые порфириты глазуновской свиты характеризуется высоким содержанием Al2O3 (> 15 мас.%), Sr (> 600 ppm), низкими концентациями Y (<12 ppm) и тяжелых редкоземельных элементов (HREE, Yb <1 ppm), демонстрируют отсутствие явных аномалий Eu. Такие геохимические особенности сближают их с породами адакитовых серий [27-30]. На классификационных диаграммах в координатах Sr/Y-Y и (La/Yb)n-Ybn фигуративные точки субвулканитов располагаются в области типичных адакитовых серий мира (рис. 6).

Возможные источники расплавов

Ранее был предложен ряд геодинамических обстановок, где могли формироваться породы адакитовых серий, имеющие высокие отношения Sr/Y и La/Yb: (1) плавление субдуцированной океанической коры с последующим взаимодействием расплавов с мантийным клином [27, 31], (2) плавление пород с изначальным повышенным отношением Sr/Y и La/Yb [32], (3) плавление утолщенной мафической нижней коры в поле стабильности граната [33-38], (4) частичное плавление деламинированной нижней континентальной коры в мантии [39-43], (5) плавление метасома- тизированного мантийного перидотита [28, 44], (6) высокобарическое фракционирование нормальных

ВЕСТНИК ВГУ. СЕРИЯ: ГЕОЛОГИЯ. 2019. № 1

расплав портфирит сарматия вулканит

Таблица 3 - Результаты изотопно-геохимических Sm-Nd-исследований вулканитов глазуновской свиты

№ обр.	Sm мкгТ	Nd мкг/г	147Sm/144Nd*	143Nd/144Nd	eNd(2070)	T-DM Gol	T-DM De-Paol
2926/347*	5,1684	34,4159	0,09079	0,511003	- 3=8	2650	2540
2926/449,6**	5,7048	36,8877	0,09347	0,510993	-4,7	2721	2613

Примечания: *ИГГД РАН. **13 СЕТЕЙ, *** Погрешность 147Sm/144Nd принята не более 0.2%.eNd(T) - рассчитано по отношению к хондритовому резервуару CHUR, с параметрами 147Sm/144Nd=0,1967, 14!Nd/144Nd=0,512638. T-DM Gol - модельный возраст по отношению к деплетированной мантии DM с параметрами 147Sm/144Nd=0,2136,143Nd/144Nd=0,513151 [10]. T-DMDe-Paol параметры 147Sm/144Nd=0,2063, 143Nd/144Nd=0,512938 [26]

Таблица 4 - Hf изотопные анализы циркона из вулканитов глазуновской свиты

№ точки	l76Yb/ 177Hf	±2cj	17eLu/ 177Hf	±2a	176HP 177Hf	±2n	17BHE 177Hf	±2o	ЈHf(t)	±2a	Tdm	Tdi,T
2.1	0,022430	0,000388	0,000669	0,000044	0,281682	0,000044	1,467306	0,000096	6,8	1,5	2181	2251
3.1	0,021567	0,000632	0,000682	0,000046	0,281583	0,000046	1,467205	0,000099	ЗД	1,6	2317	2473
5.1	0,014693	0,000833	0,000457	0,000048	0,281644	0,000048	1,467276	0,000112	5,7	1,7	2220	2316
6.1	0,020306	0,000280	0,000638	0,000040	0,281601	0,000040	1,467245	0,000089	4,0	1,4	2289	2428
8.1	0,019081	0,000558	0,000583	0,000042	0,281621	0,000042	1,467318	0,000087	4,8	1,5	2259	2378
9.1	0,042330	0,000272	0,001283	0,000083	0,281620	0,000083	1,467144	0,000183	3,8	2,9	2302	2449
11.1	0,030222	0,000531	0,000939	0,000045	0,281686	0,000045	1,467190	0,000079	6,6	1,6	2190	2267
12.1	0,019286	0,000973	0,000591	0,000064	0,281680	0,000064	1,467350	0,000160	6,8	2,3	2180	2249
13.1	0,029437	0,000145	0,000887	0,000046	0,281125	0,000046	1,467195	0,000093	-13,3	1,6	2952	3511
14.1	0,029466	0,000117	0,000902	0,000050	0,281143	0,000050	1,467237	0,000086	-12,7	1,8	2928	3473
15.1	0,020768	0,000204	0,000626	0,000050	0,281602	0,000050	1,467210	0,000106	4,0	1,8	2288	2426

Примечание: первичное отношение изотопов гафния 176НЈ'177НЈрассчитано с использованием константы распада 176Lu Х = 1,867-1011; EHf(t) рассчитан для возраста 2070 млн. лет: Тцм модельный возраст источника, рассчитанный с учетом выплавления магмы из деплетированной мантии с использованием 176Hf'177Hf= ОД8325 и 17*Lu/177Hf = 0,0384; Tdmc модельный возраст источника, рассчитанный по двухстадийной модели с использованием 17*Lu/177Hf = 0,015, основанной на выплавлении магмы из средней континентальной коры, образованной из деплетированной мантии.

Палеопротерозойские андезитовые порфириты Курского блока восточной Сарматии

Рис. 6 - Дискриминантные диаграммы (La/Yb)n-(Yb)n и Sr/Y-Y для средних пород глазуновской свиты. Поля адаки- тов и «нормальных» андезит-дацит-риолитовых серий по [27, 31] базальтовых магм (например, ~ 1,0-1,5 ГПа) [45] или (7) путем их фракционирования и контаминации коровым веществом [46]

Последняя модель является наиболее вероятным механизмом формирования андезитовых порфиритов Курского блока. Здесь установлено большое число проявлений мафит-ультрамафитового магматизма, сопоставимых по возрасту с андезитовыми порфиритами глазуновской свиты. Наиболее подходящими по минеральному и изотопно-геохимическому составу породами, которые могут выступать протолитами для порфиритов, являются породы Гнилушинского массива, представленные биотит-роговообманковыми габброидами, имеющими следующий состав: плагиоклаз - 20-50%, роговая обманка - 40-80%, биотит - 10-25%, акцессорные - апатит, рутил, ильменит. Они характеризуются содержаниями SiO2 = 47-53%, K2O = 1,7-2,7%, Mg# = 50-73, (Gd/Yb)n = 2,1-3,1, Sr = 300900, sNd(2067) = - 4,3 [47]. Возраст габброидов оценивается в 2063±12 млн лет (неопубликованные данные Т. Е. Салтыковой, ВСЕГЕИ).

Точки составов габброидов Гнилушинского массива и порфиритов глазуновской свиты формируют общие тренды на диаграммах Харкера (рис. 7), что подразумевает возможность их магматической дифференциации. Косвенным подтверждением «го- модромного» тренда эволюции расплава также могут выступать составы плагиоклазов из андезитовых порфиритов, характеризующиеся прямой зональностью (центр - лабрадор, край - андезин). Отрицательные значения sNd для габброидов [47] и андезитовых порфиритов предполагают участие корового вещества в их формировании. Перекрытие значений sNd в габброидах и андезитовых порфиритах, а также наличие двух контрастных групп по sHf в цирконах из вулканитов глазуновской свиты подразумевает, что процесс формирования родоначальных расплавов являлся двухстадийным. На первой стадии происходило изотопно-геохимическое обогащение мантийных расплавов за счет коровой контаминации. На второй стадии расплавы внедрялись в верхние горизонты коры, где в промежуточных камерах происходила фракционная кристаллизация с отсадкой рестита, имеющего состав - амфибол + ильменит + апатит ± плагиоклаз, и образованием андезитовых порфиритов. Кроме того, возможно, дифференциация продолжалась с образованием более кислых гранодиоритовых расплавов, с близкими геохимическими характеристиками (высокие Sr/Y и La/Yb отношения). Такие гранодиориты присутствуют Роговском диорит-гранодиоритовом массиве в пределах Тим-Ястребовской структуры (обр. 3085/236) [47].

Возможность формирования «адакитовых признаков» у андезитовых порфиритов в других геодинами- ческих обстановках в пределах Курского блока представляется менее вероятной.

Постколлизионная обстановка исключает механизм субдукционного образования порфиритов.

Выплавки утолщенной мафической нижней коры характеризуются значениями Mg # ~ 30-50 [33-38] и повышенными (> 10-15 ppm) концентрациями Th [38]. Средние значение Mg # и Th для андезитовых порфиритов глазуновской свиты составляет 55 и 5,7 ppm, соответственно.

Единственно известными на сегодняшний день породами, имеющими повышенные отношения Sr/Y и La/Yb, в пределах Курского блока, являются мезоар- хейские породы ТТГ ассоциации салтыковского комплекса, но они имеют содержания SiO2 от 62 до 72% [24] и не могут быть источником расплавов для более основных андезитовых порфиритов.

Магмы, образованные при частичном плавлении расслоенной нижней континентальной коры, взаимодействуют с мантийным перидотитом и имеют относительно высокие содержания совместимых элементов (например, Cr и Ni) и значения Mg # [39-43]. Как видно на рис. 8, точки составов андезитовых порфиритов характеризуются более низкими значениями Ni и Cr.

Характерной особенностью адакитов, формирование которых обусловлено плавлением мантийного перидотита, метасоматически переработанного слэбрасплавами, являются повышенные концентрации Sr >1000 ppm, TiO2 = 1-3 %, Ni ~100, Cr ~ 150 и значения Mg# ~61 [28]. Ни одно из вышеперечисленных условий не выполняется для андезитовых порфиритов глазуновской свиты.

Высокобарическое фракционирование нормальных базальтовых магм (при давлении ~ 1,0-1,5 ГПа) предполагает наличие граната в рестите [45]. Анализируя распределение редкоземельных элементов в зависимости от концентрации SiO2 (рис. 9 а-в), можно сделать вывод, что формирование андезитовых порфиритов происходило в результате низкобарическогофракционирования (LPFC). Однако, устойчивые положительные корреляции в координатах La/Yb-Dy/Yb (рис. 9 г) указывают на наличие граната в источнике плавления. Высокие (Gd/Yb)n отношения и отсутствие аномалий Eu/Eu* характерно и для габброидов Гнилушинского массива и подразумевает гранатсо- держащий магматический источник [51].

Рис. 7 -. Диаграммы Харкера для габброидов Гнилушинского массива (квадраты) и андезитовых порфиритов глазуновской свиты (треугольники).

Рис. 8 - Диаграмма SiO2-(Ni+Cr) для субвулканических пород глазуновской свиты. Поле адакитов - производных деламинированной нижней коры по [39-43]

Ряд важных признаков указывает на обогащение флюидной компонентой источника расплавов: (1) наличие амфибола и биотита в качестве основных мафических минералов как в габброидах, так и в андезитовых порфиритах, (2) высокие концентрации Ba, Sr, K2O, (3) значения sHf в цирконах ниже, чем в дебетированной мантии (рис. 5). Метасоматическая переработка мантийных пород могла произойти в результате предшествующих субдукционных процессов [22, 23], либо вследствие минерально-фазовых превращений в деламинированной нижней коре [52]. Экспериментальные данные показывают, что в водосодержащем перидотите (3,8 мас. % H2O) появление

Рис. 9 - Отношение SiO2 - REE (а, б, в) и La/Yb - Dy/Yb (г). Стрелки показывают фракционную кристаллизацию под высоким давлением (HPFC) с участием граната [45] и фракционную кристаллизацию низкого давления (LPFC) с участием (а, б) амфибола+плагиоклаза [32, 48] и (в) оливина + клинопироксена + плагиоклаза + роговой обманки + титаномагнетита [49], (г) тренды фракционирования граната (Grt) и амфибола (Am) [50]



граната происходит при давлениях 1,5-1,7 ГПа для ассоциации Fo + Cpx + Opx + Am + Grt с температурой солидуса 1000-1050 °С и 1,9 ГПа для ассоциации (Fo + Cpx + Grt + Phl с температурой солидуса 1000°С [53 и ссылки в ней]. Диапазон давлений соответствует глубине магмогенерации > 50-60 км.



Выводы

Андезитовые порфириты глазуновской свиты относятся к метаглиноземистым высококалиевым породам с повышенной магнезиальностью (Mg# = 0,480,59). Они характеризуются сильно фракционированным распределением редкоземельных элементов ((La/Yb)n = 33-46, (Gd/Yb)n = 3,0^,4), при отсутствии аномалий Eu/Eu* = 0,89-0,99. Андезитовые порфириты имеют адакитовые геохимические характеристики, выраженные высокими значениями La/Yb и Sr/Y отношений, а также низкими концентрациями Y и HREE.

Анализ изотопного состава магматических цирконов однозначно указывает на участие различных источников в образовании андезитовых порфиритов глазуновской свиты. В отличие от Sm-Nd данных по валовым пробам, представляющих усредненную характеристику пород, изотопный состав Hf в цирконах служит индикатором вовлечения в область плавления мантийных ювенильных палеопротерозойских источников и вещества палеоархейской континентальной коры.

«Адакитовая геохимия» андезитовых порфиритов проявилась в результате двухстадийного процесса: 1) ассимиляция коровых пород в основании деламини- рованной коры и 2) кристаллизационной дифференциация базальтовых магм в верхнекоровых магматических камерах. Источником первичных магм, вероятнее всего, был водосодержащий гранатовый перидотит, плавление которого происходило при давлениях превышающих 1,5 ГПа и температурах более 1000°С.

Анализ совокупности изотопно-геохимических и геохронологических данных показал, что наиболее вероятными интрузивными комагматами андезитовых порфиритов глазуновской свиты являются габбро-диорит-гранодиориты стойло-николаевского комплекса.



Литература

1. Крестин, Е. М. Вулканизм нижнего протерозоя Курско- Воронежского кристаллического массива / Е. М. Крестин // Вулканизм докембрия (материалы Второго Всесоюзного палеовулканического симпозиума). - Петрозаводск. - 1976. С. 111-118.

2. Быков, И. Н. Некоторые аспекты петрогенеза раннепротерозойской андезитовой серии северной части Воронежского кристаллического массива / И. Н. Быков, Ю. Н. Стрик // Тез. Докл. VII симп. по геохимии магматических пород. - 1981. - С.16.

3. Быков, И. Н. Рудные минералы вулканитов трапповой и андезитовой формаций раннего протерозоя северной части КМА / И. Н. Быков, Т. П. Коробкина // Деп. в ВИНИТИ № 2224-83. - Воронеж. - 1983. - 117 с.

4. Чернышов, Н. М.Вулкано-плутоническая ассоциация основных пород позднего докембрия КМА / Н. М. Чернышов, В. Л. Бочаров, В. С. Чесноков // Вопросы петрологии и рудоносности основного-ультраосновного магматизма Воронежского кристаллического массива. - Воронеж. - 1974. - С. 26-31.

5. Артеменко, Г. В. Геохронологическая корреляция вулканизма и гранитоидного магматизма юго-восточной части Украинского щита и Курской магнитной аномалии / Г. В. Артеменко // Геохимия и рудообразование. - 1995. - Вып. 21. - С. 129-142.

6. Холин, В. М. Геология, геодинамика и металлогениче- ская оценка раннепротерозойских структур КМА : автореф. дисс. ... канд. геол.-минерал. наук / В. М. Холин. - Воронеж: ВГУ, 2001. - 23 с.

7. Холин, В. М. О соотношении базальтового и андезитового вулканизма глазуновской свиты КМА / В. М. Холин, Ю. Н. Стрик // Вестник Воронеж.гос. ун-та. Сер.: Геология. - 2000. - № 5 (10). - С. 115-120.

8. Цыбуляев, С. В. U-Pb изотопный возраст и тектоническая позиция палеопротерозойских андезитовых порфиритов Курского блока Восточной Сарматии / С. В. Цыбуляев, К. А. Савко // Вестник Воронеж.гос. ун-та. Сер.: Геология. - 2018. - № 3. - С. 29-35.

9. Мегаблок Сарматия как осколок суперкратона Ваалбара: корреляция геологических событий на границе архея и палеопротерозоя / К. А. Савко [и др.] // Стратиграфия. Геологическая корреляция. - 2017. - Т. 25. - № 2. - С. 3-26.

10. Goldstein, S. J. Nd and Sr isotopic systematics of river water suspended material: Implications for crustal evolution / S. J. Goldstein, S. B. Jacobsen // Earth and Planetary Science Letters. 1988. - V. 87. - № 3. - P. 249-265

11. Black, L. P. The age of the Mud Tank carbonatite, Strangways Range, Northern Territory / L. P. Black, B. L. Gulson. // J. Austral. Geol. Geophys. - 1978. - V. 3. - P. 227-232.

12. The application of laser ablation-inductively coupled plasma-mass spectrometry to in situ U-Pb zircon geochronology. / S. E. Jackson [et al.] // Chem. Geol. - 2004. - V. 211. - p. 47-69.

13. Giovanardi, T. The Hf-INATOR: a free data reduction spreadsheet for Lu/Hf isotope analysis. / T. Giovanardi, F. Lugli // Earth Sci. Informat. - 2017. - P. 1-7.

14. The Early Precambrian metamorphic events in Eastern Sar- matia / K. A. Savko [et al.] // Precambrian Research - 2018. - V. 311. - P.1-23.

15. Igneous Rocks: A Classification and Glossary of Terms, Recommendations of the International Union of Geological Sciences, Subcommission of the Systematics of Igneous Rocks. / R.W. Le Maitre (editor) [et al.] // Cambridge University Press. 2002. - 236 p.

16. Winchester, J. A. Geochemical discrimination of different magma series and their differentiation products using immobile elements. / J. A. Winchester, P. A. Floyd // Chem. Geol., - 1977. - V. 20. - P. 325-343.

17. Rickwood, P. C. Boundary lines within petrologic diagrams, which use oxides of major and minor elements / P. C. Rickwood // Lithos. - 1989. - V. 22. - P. 247-263.

18. A geochemical classification for granitic rocks / B.R. Frost [et al.] // Journal of Petrology - 2001. - V. 42. - Р. 2033-2048.

19. Maniar, P. D. Tectonic discrimination of granitoids / P. D. Maniar, P. M. Piccoli // Geol. Soc. Am. Bull. - 1989. - V. 101 - P. 636-643.

20. Sun, S.-S. Chemical and Isotopic Systematic of Oceanic Basalts: Implications for Mantle Composition and Processes / S.-S. Sun, W. F. McDonough // Journal of the Geological Society of London, Special Publications. - 1989. - V. 42. - P. 313345.

21. Геодинамическая типизация адакитовых гранитоидов по геохимическим данным / С. Д. Великославинский [и др.] // Петрология. - 2018. - Т. 26. - № 3. - С. 255-264.

22. Геодинамика восточной окраины Сарматии в палеопротерозое // А.А. Щипанский [и др.] // Геотектоника. - 2007. - № 1. - С. 43-70.

23. Terentiev, R. A. Paleoproterozoic evolution of the arc-back- arc system in the east sarmatian orogen (East European Craton): zircon shrimp geochronology and geochemistry of the Losevo volcanic suite / R. A. Terentiev, K. A. Savko, M. Santosh // American Journal of Science. - 2017. -V. 317. - P. 707-753.

24. Архейская тоналит-трондьемит-гранодиоритовая ассоциация Курского блока, Воронежский кристаллический массив: состав, возраст и корреляция с комплексами Украинского щита / К. А. Савко [и др.] // ДАН. - 2018. - Т. 478. - № 3. - С. 335-341.

25. Ga high-Si rhyolites and granites in the Kursk Domain, Eastern Sarmatia: Petrology and application for the Archaean palaeocontinental correlations / K. A. Savko [et al.] // Precambrian Research. - 2019 - V.322 - P. 170-192

26. DePaolo, D. J. The continental crustal age distribution: methods of determining mantle separation ages from Sm-Nd isotopic data and application to the cordilleran South-western United States / D. J. DePaolo, A. M. Linn, G. Schubert // J. Geophys., - 1991. - Res. 96. - P. 2071-2088.

27. Defant, M. J. Derivation of some modern arc magmas by melting of young subducted lithosphere / M. J. Defant, M. S. Drummond // Nature. - 1990. - V.347. - № 4. - P. 662-665.

28. An overview of adakite, tonalite-trondhjemite-granodiorite (TTG), and sanukitoid: relationships and some implications for crustal evolution / H. Martin [et al.] // Lithos. -2005. -V.79. - P. 1-24.

29. Castillo, P. R. An overview of adakite petrogenesis / P. R. Castillo // Chin. Sci. Bull. -2006. -V.51. - P.257-268.

30. Castillo, P. R. Adakite petrogenesis. / P. R. Castillo // Li- thos. - 2012. -V.134, - P.304-316.

31. Martin, H. Adakitic magmas: modern analogues of Archaean granitoids / H. Martin // Lithos. -1999. -V.46. - P. 411-429.

32. Moyen, J. F. High Sr/Y and La/Yb ratios: the meaning of the «adakitic signature» / J. F. Moyen // Lithos. - 2009. - V. 112. - P. 556-574.

33. Atherton, M. P. Generation of sodium-rich magmas from newly underplated basaltic crust / M. P. Atherton, N. Petford // Nature. - 1993. - V. 362. - P. 144-146.

34. Early Cretaceous adakitic granites in the Northern Dabie Complex, central China: implications for partial melting and delamination of thickened lower crust. / Q. Wang [et al.] // Geochimica et Cosmochimica. - 2007. - Acta 71. - P. 2609-2636.

35. Xu, H. J. Early cretaceous granitoids and their implications for the collapse of the Dabie orogen, eastern China: SHRIMP zircon U-Pb dating and geochemistry / H. Xu, C. Q. Ma, K. Ye // Chemical Geology. - 2007. - V. 240. - P. 238-259.

36. Adakites from continental collision zones: melting of thickened lower crust beneath southern Tibet / S. L. Chung [et al.] // Geology. - 2003. - V.31. - P. 1021-1024.

37. Cenozoic K-rich adakitic volcanic rocks in the Hohxil area, northern Tibet: lower-crustal melting in an intracontinental setting / Q. Wang [et al.] // Geology. - 2005. - V. 33. - P. 465468.

38. Lai, S. C. Partial melting of thickened Tibetean Crust: geochemical evidence from Cenozoic adakitic volcanic rocks / S. C. Lai, J. F. Qin, Y. F. Li // International Geological Review. - 2007. - V. 49. - P. 357- 373.

39. Origin of Mesozoic adakitic intrusive rocks in the Ning- zhen area of east China: partial melting of delaminated lower continental crust? / J.F. Xu [et al.] // Geology. - 2002. - V. 30. - P. 1111-1114.

40. Recycling lower continental crust in the North China Craton / S. Gao [et al.] // Nature. - 2004. - V. 432. - P. 892-897.

41. Guo, F. Geochemistry of late Mesozoic adakites from the Sulu belt, eastern China: magma genesis and implications for crustal recycling beneath continental collisional orogens / F. Guo, W. M. Fan, C. W. Li // Geological Magazine. - 2006. - V. 143. - P. 1-13.

42. Cretaceous highpotassium intrusive rocks in the Yueshan- Hongzhen area of east China: adakites in an extensional tectonic regime within a continent / Q. Wang [et al.] // Geochemical Journal. - 2004. -V. 38. - P. 417-434.

43. Petrogenesis of adakitic porphyries in an extensional tectonic setting, Dexing, South China: implications for the genesis of porphyry copper mineralization / Q. Wang [et al.] // Journal of Petrology. - 2006. - V. 47 - P. 119-144.

44. Stern, R. A. Archean high-Mg granodiorite: a derivative of light rare earth element enriched monzodiorite of mantle origin / R. A. Stern, G. N. Hanson // Journal of Petrology. - 1991. - V. 32. - P. 201-238.

45. Macpherson, C. G. Adakites without slab melting: high pressure differentiation of island arc magma, Mindanao, the Philippines / C. G. Macpherson, S. T. Dreher, M. F. Thirlwall // Earth and Planetary Science Letters. - 2006. - V. 243. - P. 581593.

46. Garrison, J. M. Dubious case for slab melting in the Northern volcanic zone of the Andes. / J. M. Garrison, J. P. Davidson // Geology. - 2003. - V.31. - P. 565-568.

47. Палеопротерозойские гранитоиды Тим-Ястребовской структуры Воронежского кристаллического массива: геохимия, геохронология и источники расплавов / К. А. Савко [и др.] // Вестник Воронеж.гос. ун-та. Сер.: Геология. - 2014. - № 2. - С. 56-78.

48. Amphibole «sponge» in arc crust? / J. Davidson [et al.] // Geology. - 2007. - V.35. - P. 787-790.

49. Castillo, P. R. Petrology and geochemistry of Camiguin island, southern Philippines: insights to the source of adakites and other lavas in a complex arc setting / P. R. Castillo, P. E. Janney, R. U. Solidum // Contributions to Mineralogy and Petrology. - 1999. - V.134. - P. 33-51.

50. Genesis of pristine adakitic magmas by lower crustal melting: A perspective from amphibole composition / G. J. Tang [et al.] // Journal of Geophysical Research: Solid Earth. - 2017. - 122. - P. 1934-1948.

51. Wilson, M. Igneous Petrogenesis: a global tectonic approach (10th ed.) / M. Wilson. - The Netherlands, Springer. - 2007. - 466 p.

52. Kay, R. W. Delamination and delamination magmatism. / R. W. Kay, S. M. Kay // Tectonophysics. - 1993.- V.217. - P.177189.

53. Сафонов, О. Г. Взаимодействие модельного перидотита с флюидом H2O-KCl: эксперимент при давлении 1.9 ГПа и его приложение к процессам верхнемантийного метасоматоза / О. Г. Сафонов, В. Г. Бутвина // Петрология. - 2013. - Т.21. - № 6. - C.654-672.

Размещено на Allbest.ru

...