Главная – Журналы – Геология и геофизика 2016 номер 5

Рассмотрена возможная модель древней (архей-гаденской) истории геодинамической эволюции Земли. Наиболее вероятно, по нашему мнению, наличие спокойной (стагнированной) поверхности Земли, существование общемантийной конвекции, охватывающей всю мантию от границы ядро-мантия до затвердевающей верхней покрышки. Спокойный режим поверхности Земли нарушался астероидно-метеоритными бомбардировками, разрушавшими поверхность Земли, на которой формировалась континентальная, частично гранитоидная кора. Разрушенная кора вместе с обогащенными остаточными мантийными резервуарами погружалась в глубь мантии. Кроме разрушения коры бомбардировки вызывали появление большого количества базальт-коматиитовых магм, что можно рассматривать в качестве мантийного переворота. В Гаденский эон астероидно-метеоритные атаки носили массированный характер, что определяло полное разрушение первичной коры. В раннем архее продолжаются близкие к гаденскому типы тектонических процессов, но бомбардировки менее масштабные, они охватывали ограниченные пространства, как представляется, единого субэкваториального суперконтинента. Эти бомбардировки вызывали сагдукцию архейской базальт-коматиитовой коры, которая погружалась в мантию, превращаясь в амфиболиты с гранатом и эклогиты, дающие начало тоналит-трондьемит-гранодиоритовым ассоциациям архейской континентальной коры. Излияния архейских мантийных магм и эволюция их расплавов отражена в трендах эволюции составов цирконов. Возраста таких трендов 4.5; 4.2-4.3; 3.8-3.9 и 3.3-3.4 млрд лет. Они, возможно, отмечают астероидные атаки в гаден-архейское время. Субконтинентальная литосферная мантия (SCLM) начинает формироваться под кратонами примерно 3.3-3.5 млрд лет, и она существенно отличается от перидотитов офиолитовых комплексов. Появление перидотитов, отвечающих составу офиолитовых комплексов, может указывать на появление процессов, обусловленных тектоникой плит. Эта проблема частично рассматривается в статье, а также предлагаются возможные исследования, которые должны установить более точно это время. Переходный период между характером тектонических процессов древней (гаден-архейской) и современной тектониками Земли охватывает интервал (3.4) 2.7-2.0 млрд лет.

В северной части Сибирского кратона выявлена новая крупная изверженная провинция (КИП) Куонамка с возрастом 1501 ± 3 млн лет, простирающаяся на 700 км и потенциально связанная с синхронными дайками и силлами кратонов Сан-Франциско (СФК) и Конго, в прошлом примыкавших к Сибири. Таким образом, кратковременным эпизодом магматизма была охвачена территория в 2000 км. По данным семи U-Pb датировок методом ID-TIMS (из них 6 новых) по дайкам и силлам долеритов, опробованных по Анабарскому щиту и в пределах рифейского осадочного чехла его западного склона на расстоянии 270 км, возраст провинции составляет 1501 ± 3 млн лет (с достоверностью 95 %). Дополнительная возрастная оценка (1483 ± 17 млн лет), полученная методом SIMS по силлу Оленекского поднятия в нескольких сотнях километрах восточнее, близка к ранее определенному возрасту (1473 млн лет по данным SHRIMP) и в пределах погрешности соответствует возрасту события, определенному методом ID-TIMS. По геохимическим характеристикам породы соответствуют низкомагнезиальным (4-7 мас. % MgO) толеитовым базальтам внутриплитного происхождения с источником смешанного типа между E-MORB и OIB и слабо проявленными признаками контаминации субстратом коры или метасоматизированной литосферной мантии. Различаются две подгруппы пород. Группа 1 имеет пологий спектр легких ((La/Sm)_PM = 1.9) и тяжелых РЗЭ ((Gd/Yb)_PM = 1.8), слабый Sr-минимум и умеренное содержание TiO₂ (2.2 мас. %). Породы группы 2 характеризуются более крутым спектром распределения РЗЭ ((La/Sm)_PM = = 2.3, (Gd/Yb)_PM = 2.3), глубоким Sr-минимумом, более высоким содержанием TiO₂ (2.7 мас. %) и переходным составом от толеитового к слабощелочному. Небольшое различие в распределении РЗЭ указывает на то, что выплавление родоначальных для пород группы 2 магм происходило на больших глубинах. Предлагаемая корреляция Куонамской КИП с мезопротерозойским магматизмом СФК подтверждается сравнением геохимических особенностей пород. В частности, состав пород из даек Шапада-Диамантина и Курака схож с составом пород групп 1 и 2 Куонамской КИП и согласуется с предположением о едином мантийном источнике (промежуточном между E-MORB и OIB) и схожим характером последующей дифференциации. В то же время синхронные с ними силл Хумпата и дайки Ангольского блока кратона Конго связаны с другим мантийным источником типа MORB.

Проведено изучение мезопротерозойских (1473 ± 24 млн лет) долеритов Оленекского выступа фундамента Сибирского кратона. Показано, что по комплексу петролого-геохимических характеристик изученные долериты отвечают составам типичных OIB, образованных при непосредственном участии вещества мантийного плюма. Долериты обнаруживают определенные вариации геохимических составов, которые могут быть объяснены различными степенями плавления единого источника. Сделан вывод о том, что родоначальные расплавы изученных пород были незначительно изменены процессами коровой контаминации, о чем свидетельствуют данные по изотопному составу Nd (e_Nd( T ) от +0.6 до -0.8.), а также присутствие в долеритах захваченных цирконов, принадлежащих к четырем возрастным группам (2564, 2111, 2053 и 1865 млн лет). С учетом того, что Сибирский кратон в структуре суперконтинента Нуна (Колумбия) располагался в относительной близости с Балтикой и кратонами Конго и Сан-Франциско, сделано предположение о том, что базитовые интрузии раннего мезопротерозоя (1500-1470 млн лет), присутствующие на всех перечисленных выше кратонах, принадлежат единой крупной магматической провинции (LIP), возникновение которой было связано с активностью суперплюма (или «горячего поля мантии»), обеспечившего подвод мантийного вещества к основанию литосферы. При этом центр суперплюма мог находиться под северной частью Сибирского кратона, где обнаружены базиты, в наибольшей степени отвечающие составу первичного мантийного источника.

Термодинамический анализ базы экспериментальных данных показал, что активность FеО в силикатных расплавах, идентичных по составу природным магмам, может быть описана моделью регулярных растворов, учитывающей взаимодействия всех катионов с кремнием, а также взаимодействие кальция с алюминием. Использование этой модели позволило предложить геооксометр для пары шпинель + магма, применимый к природным системам. Новый геооксометр, в отличие от предложенных ранее методов оценки потенциала кислорода, позволяет работать в области, близкой к ликвидусу магматического процесса. Новый вариант геооксометра применен к оценкам потенциала кислорода для ряда магм плюмовой обстановки, включая сибирские меймечиты, пикриты Гавайских островов, крупной интрузивной провинции (LIP) Эмейшан и Гренландии. Показано, что в большинстве случаев магмы, связанные с деятельностью глубинных мантийных плюмов, характеризуются более высоким относительным потенциалом кислорода по сравнению с магматизмом срединных океанических хребтов. Термодинамические расчеты полей устойчивости различных углеродсодержащих фаз при Р - Т параметрах нижней мантии также показали, что материал восходящих мантийных плюмов характеризуется относительно повышенными значениями фугитивности кислорода. В частности, выяснилось, что для формирования в нижней мантии алмаза требуются более окислительные условия, чем это предполагается для преобладающей части этой геосферы, в которой ожидается присутствие железоникелевого металлического сплава. Выдвинута гипотеза, что главной причиной повышения фугитивности кислорода в отдельных участках нижней мантии является смещение окислительно-восстановительных равновесий с ростом температуры в сторону уменьшения количества, а затем исчезновения Fе-Ni сплава.

Обсуждается проблема, каким образом могли образоваться крупные массивы щелочных пород с большими месторождениями стратегических редких элементов на примере массивов Сибирского региона. По преобладанию шелочей (калия или натрия) и с учетом коэффициента агпаитности (миаскитовые и агпаитовые) эти эталонные массивы разделены на несколько групп. Приводятся новые авторские схемы магматизма массивов (Томторского, Мурунского, Бурпалинского, Сыннырского, Билибинского), подтвержденные петрохимическими и геохимическими данными, новые возрастные датировки. Обсуждаются типы их рудоносности и генетические аспекты образования редкометалльных руд. Так как карбонатиты являются одними из главных рудных образований этих щелочных комплексов, то дается формационное разделение карбонатитов и их рудоносности по отношению калиевых или натриевых комплексов. По более ранним авторским данным обосновывается глубинность образования первичных магм этих массивов и на основе изотопных данных их мантийные источники. Предлагается модель выплавления щелочно-ультраосновных магм под действием плюмовых процессов.

Несмотря на масштабное извержение в большой магматической провинции сибирских траппов 250 млн л.н., Сибирский кратон характеризуется чрезвычайно низким тепловым потоком (18-25 мВт/м²) и очень мощной литосферой (300-350 км), что делает его идеальным местом для изучения влияния мантийных плюмов на продолжительную стабильность кратонов. Сравнение с сейсмическими скоростями пород свидетельствует о том, что нижняя кора Сибирского кратона представлена главным образом мафическими гранулитами и могла быть достаточно неоднородной по составу. Очень высокие скорости v_P (> 7.2 км/с) нижней коры могут объясняться смесью гранатовых гранулитов, двупироксеновых гранулитов и гранатового габбро, вызванных подслоенностью магм. Высокоскоростная аномалия в верхней мантии ( v_P = 8.3-8.6 км/с) может интерпретироваться как результат смеси эклогитов и шпинелевых перидотитов. В сочетании с исследованиями нижнекоровых и мантийных ксенолитов мы выявили многостадийность процесса подслоенности магмы на границе кора-мантия под Сибирским кратоном, включая неоархейский рост коры и палеопротерозойское формирование Сибирского кратона под Мархинским террейном, протерозойскую коллизию вдоль Саяно-Таймырской сутурной зоны и извержение сибирских траппов в триасе под Центрально-Тунгусским бассейном. Граница Мохо является, скорее всего, границей между гранулитовой и эклогитовой фацией метаморфизма, а не химической границей, которая отделяет мафическую нижнюю кору от ультрамафитовой верхней мантии. Поэтому в результате процесса многоступенчатой подслоенности магм начиная с неоархея сейсмическая граница Мохо расположена на меньшей глубине по сравнению с петрологической границей Мохо. Такие изменения состава, вызванные магматизмом, а также уменьшение содержания воды приводят к увеличению вязкости литосферной мантии и, наконец, вызывают утолщение литосферы, вызванное активностью мантийных плюмов. Следовательно, мантийные плюмы не являются ключевым фактором деструкции кратона.

Приведена характеристика магматизма Удинского сектора Западно-Забайкальской рифтовой области (ЗЗРО). В нем выделяются семь этапов позднемезозойского-кайнозойского вулканизма в интервале 174-51 млн лет. На рубеже около 135 млн лет происходят наиболее значимые изменения в характере вулканизма: резкое уменьшение объемов вулканических пород, переход от дифференцированных ассоциаций к базальтоидным с исчезновением вулканитов с содержанием SiO₂ более 54 мас. %, появление в ассоциациях щелочных базальтоидов наряду с субщелочными и затем увеличение их доли к поздним этапам. Геохимические особенности вулканитов Удинского сектора обусловлены участием в их образовании мантийного источника, близкого по составу к источнику с параметрами OIB и обеспечившего высокие концентрации некогерентных элементов в магматических продуктах. Изотопные характеристики пород свидетельствуют о соответствии этого источника мантии варьирующим характеристиками EMII и PREMA при усилении роли последнего во времени. В базальтоидах начальных этапов отмечается дефицит Ti, Nb, Ta, что объясняется участием в магмообразовании водонасыщенной литосферной мантии. Основные особенности составов вулканитов Удинского сектора и закономерности их изменчивости во времени соответствуют таковым для ЗЗРО, а также для других позднемезозойских-кайнозойских рифтовых областей Центральной Азии. Это позволяет предполагать для них одинаковые геодинамические условия формирования и развитие процессов рифтогенеза в результате воздействия на литосферу региона длительно развивающегося мантийного плюма. Магматизм Удинского сектора, как и всей ЗЗРО, резко отличается от магматических процессов, протекавших на конвергентных границах Монголо-Охотского пояса, продукты которых представлены дифференцированными магматическими ассоциациями с геохимическими характеристиками, типичными для пород надсубдукционных зон.

Новая геологическая и изотопно-геохимическая информации по вулканизму Восточного Сихотэ-Алиня и ранее опубликованная по Японскому морю позволяют лучше понять процессы, связанные с формированием окраинно-морского бассейна, и их место в общей тектономагматической истории развития континентальной окраины. Главной особенностью кайнозойского этапа развития территории является активизация правосторонних сдвиговых перемещений, которые начиная с эоцена происходили вне видимой связи с субдукционной тектоникой. Эти перемещения привели к прекращению позднемеловой субдукции, разрыву субдукционной пластины, формированию астеносферных окон и внедрению в субконтинентальную мантию океанической астеносферы с изотопными характеристиками тихоокеанского MORB-типа. Эоценом следует датировать и начало раскрытия Японского моря, о чем свидетельствует образование в этот период небольших рифтов в Татарском проливе, заполненных эоценовыми прибрежно-морскими осадками. Миоценовый (основной) этап развития окраинно-морского бассейна связан со смещением зоны влияния океанической астеносферы к востоку, в область современных глубоководных котловин Японского моря. Роль океанической астеносферы на развитие окраины континента закончилось в позднем миоцене после формирования Японского моря и образования новой зоны субдукции восточнее Японских островов.

Приведены новые данные о возрасте, геохимии и изотопном составе Sr и Nd Акатуевского массива и комагматичных пород нижней пачки кайласской свиты (акатуевская вулканоплутоническая ассоциация), локализованных в пределах Александрово-Заводской впадины Восточного Забайкалья. Проведенное изотопное ⁴⁰Ar/³⁹Ar датирование амфиболов дает значения 154.8 ± 4.4 млн лет для монцогаббро ранней фазы Акатуевского массива; 160.7 ± 3.9 млн лет для монцонита главной фазы этого массива и 161.5 ± 1.7 млн лет для шошонитового базальта нижней пачки кайласской свиты. Ведущим петрогенетическим механизмом пород акатуевской вулканоплутонической ассоциации является процесс кристаллизационной дифференциации расплавов при подчиненной роли коровой контаминации, проявленной в минералого-петрографических особенностях некоторых геохимических и изотопных характеристиках пород. Характерной геохимической чертой пород акатуевской вулканоплутонической ассоциации является их обогащенность LILE, легкими REE, U, Th, Pb при резко проявленном дефиците элементов высокозарядной группы (Nb, Ti) и P. Изотопные Sr-Nd характеристики пород (⁸⁷Sr/⁸⁶Sr_{(160 млн лет)} = 0.70642-0.70688 и ε_{Nd(160 млн лет)} = -0.6…-2.2) свидетельствуют об их образовании из обогащенного мантийного источника типа EMII, а также отражают незначительное влияние процессов коровой контаминации на состав эволюционировавших расплавов.

Представлены результаты сравнительного изучения позднепалеозойских гранитоидов Восточного Казахстана и Западного Забайкалья, слагающих крупнейшие Калба-Нарымский и Ангаро-Витимский батолиты. Установлено, что, несмотря на различную историю геологического развития регионов, гранитоидный магматизм был проявлен практически синхронно на границе карбона и перми (330-280 млн лет назад) и в обоих случаях сопровождался синхронным мантийным магматизмом. Закономерности эволюции гранитоидного магматизма рассмотрены с позиций плюмовой модели и проявления различных стадий взаимодействия мантийных плюмов с литосферой. Сформулированы основные принципы плюм-литосферного взаимодействия в аккреционно-коллизионых складчатых поясах: 1) процессы плюм-литосферного взаимодействия приводят к масштабному плавлению подлитосферной мантии, нижней части литосферы и коровых субстратов, находившихся благодаря предшествующим орогеническим процессам в подготовленном (разогретом) состоянии; 2) общая продолжительность процессов занимает от 30 до 50 млн лет, в течение которых появляются огромные объемы магматических пород, преимущественно гранитоидов; 3) последовательность формирования гранитоидных и базитовых магматических комплексов, а также металлогеническая специализация могут быть различными и определяются особенностями строения литосферы и предшествующей истории геологического развития региона.

Приведены новые изотопно-геохронологические доказательства синхронности позднепалеозойского базитового и гранитоидного магматизма Западного Забайкалья, что является веским аргументом, подтверждающим участие мантийных магм в гранитоидном петрогенезисе. Показано, что источником позднепалеозойских базитов была флогопит-гранатсодержащая лерцолитовая мантия, плавление которой происходило в «гидратированных» условиях. Специфика позднепалеозойского магматизма Западного Забайкалья определялась пространственно-временным совмещением низкоэнергетического мантийного плюма с завершающей стадией герцинской орогении. На раннем этапе магматизма, при формировании баргузинских гранитов, мантийный плюм оказывал исключительно тепловое воздействие на породы относительно разогретой (в результате герцинских складчато-надвиговых деформаций) коры. Смешение мантийных базитовых и коровых салических магм на разных гипсометрических уровнях ознаменовало переход от коровых гранитов к смешанным - мантийно-коровым, включающим все (вероятно, кроме щелочных гранитов) постбаргузинские комплексы. По своему месту в геологической истории Забайкалья позднепалеозойский магматизм является посторогенным, но инициирован и развивался под воздействием мантийного плюма.

Выявлены пространственно-временные закономерности распределения элементов платиновой группы (ЭПГ) в базальтоидах, связанных с проявлением Сибирского мантийного плюма. В качестве объектов исследования нами выбраны базальты рифтовой и покровной фаций Норильского района, отобранные по скв. СГ-9, покровные базальты центральной части Тунгусской синеклизы (Нижняя Тунгуска), траппы Кузбасса и субщелочной базальт Семейтауской вулканоплутонической структуры Восточного Казахстана. На основе полученных геохимических данных по распределению ЭПГ в базальтоидах, связанных с пермотриасовым Сибирским плюмом, показано, что для раннего рифтового этапа в центральной части Сибирской крупной изверженной провинции (LIP) характерны низкие содержания ЭПГ, тогда как пикритам и толеитовым базальтам покровных фаций свойственны высокие их концентрации. Для периферийных областей как для рифтовых (Семейтау), так и покровных этапов (траппы Кузбасса) типичны крайне низкие концентрации ЭПГ. Высокими содержаниями платиноидов в магмах в области головы плюма обусловлена высокая продуктивность сопряженного с траппами ультрамафит-мафитового магматизма. Повышенная калиевость магм и высокие концентрации ЭПГ в голове глубинного мантийного плюма, вероятно, обусловлены поступлением глубинного вещества с границы ядро-нижняя мантия, что вытекает из термохимической модели Сибирского плюма.

Проводится обобщение имеющихся геологических и геохимических данных по известным протерозойским платиноносным ультрамафит-мафитовым массивам юга Сибири, а также представлены новые данные по геохимии и геохронологии ряда интрузий, позволившие провести сопоставление рудоносных комплексов различных временных отрезков и ареалов и проследить их связи с известными крупными изверженными провинциями. Установлено, что на юге Сибири платиноносные массивы можно объединить в три возрастные группы: позднепалеопротерозойскую (чинейский комплекс, Малозадойский массив), позднемезопротерозойскую (Среднечеремшанский массив) и неопротерозойскую (кингашский комплекс, Йоко-Довыренский массив и массивы центральной части Восточного Саяна). Для большинства массивов, за исключением Чинейского, исходные магмы характеризовались высокомагнезиальным составом. Положение изученных массивов на палеогеодинамических реконструкциях свидетельствует о том, что три наиболее точно датированных события в Северной Канаде имели свое продолжение в Южную Сибирь: 1880-1865 млн лет - Гхост-Мараривер-Морел (Ghost-Mara river-Morel) LIP, 1270-1260 млн лет - Маккензи (Mackenzie) LIP и 725-720 млн лет - Франклинская (Franklin) LIP. Наиболее продуктивными в отношении ЭПГ-Cu-Ni оруденения в Сибири являются массивы, связанные с Франклинской (Franklin) LIP: Верхнекингашский, Йоко-Довыренский, центральной части Восточного Саяна (Тартай, Желос, Токты-Ой).

При изучении лавовых потоков о. Земля Александры (арх. Земля Франца-Иосифа) в долеритах верхнего покрова обнаружена благороднометалльная минерализация золото-медно-палладиевого типа. Исследования показали, что выявленные минералы принадлежат двум системам: 1) Cu-Au-Pd, куда относятся купроаурид [Au(Cu, Pd)] и аурикуприд [Au(Cu, Pd)₃]; 2) Pd-Cu-(Te + Sb + S + As), в которой выявлены соединения, близкие к скаергардиту (PdCu), нилсениту (PdCu₃) и многочисленным фазам переменного состава - сульфотеллуроантимонидам Pd и Cu. Морфология выделения минералов платиноидов (вдоль контактов и по трещинам), низкотемпературные условия их образования, согласно экспериментальным данным, а также присутствие в ассоциации с ними самородной меди, содержащей реликты S, позволяют предположить постмагматическую природу исследованной минерализации. Лавовые потоки о. Земля Александры, сложенные базальтами и долеритами толеитовой серии, предположительно являются продуктами деятельности горячей точки, которая считается источником платиноносных интрузий на востоке Гренландии с минеральными парагенезисами, аналогичными рассмотренным в этой статье.