вендский внутриплитный магматизм восточно

ВЕНДСКИЙ ВНУТРИПЛИТНЫЙ МАГМАТИЗМ ВОСТОЧНО-ЕВРОПЕЙСКОЙ
ПЛАТФОРМЫ
А. А. Носова
Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН,
Москва, nosova@igem.ru
Исследования последних лет показали, что в венде (650±20 – 540±5 млн. лет назад) окраины Восточно-Европейской платформы (ВЕП) были ареной масштабного проявления вулканической активности. Актуальность изучения вендского вулканизма ВЕП определяется не только научным, но и
практическим значением, поскольку он включает и кимберлитовые проявления, в том числе с установленной алмазоносностью в восточной Финляндии).
Формирование вендских магматических провинций связано с образованием пассивных окраин
при распаде неопротерозойского суперконтинента Родинии. Восточно-Европейский кратон, или континент Балтика, входил в состав этого суперконтинента, сочленяясь западной и юго-западной окраинами с Лаврентией и Амазонией; положение его восточной окраины остается неясным. Распад Родинии происходил в два этапа: первый проявился в позднем рифее 800-700 млн. лет назад вдоль западного края Лаврентии, составлявшей ядро протерозойской агломерации континентальных плит, а второй –
620-540 млн. лет назад вдоль восточной границы Лаврентии. В результате этого позднего (вендского)
события был раскрыт океан Япетус, разделивший Балтику, Лаврентию и Амазонию около 600-570
млн. лет назад [Meert, Torsvik, 2003]. Маркирующий этот раздвиг магматизм рифтогенного типа c возрастом 620-550 млн. лет установлен также вдоль восточного побережья Северной Америки (Аппалачский, или Восточно-Лаврентийский пояс [Pufer, 2002]).
В позднем рифее – венде в пределах ВЕП сформировалось несколько крупных магматических
провинций: на западе – Волынско-Брестская с возрастом вулканитов 550 млн. лет [Shumlyansky et al.,
2002], на севере – Онежско-Тиманская с возрастом вулканитов 670-580 млн лет [Щукин и др., 2002;
Носова и др., 2006], на востоке – Западно-Уральская с возрастом вулканитов 680-580 млн. лет [Петров
и др., 2005].
В последнее время обозначился принципиально важный аспект проблемы магматизма рифтовых
зон и плато-базальтовых провинций, связанный с причинами их изотопной и геохимической гетерогенности. Базальтовые расплавы, изливавшиеся в этих областях, обладают значительным изотопным и
геохимическим разнообразием, причем контрастные по этим характеристикам породы находятся в
сложных пространственно-временных соотношениях. Причины этого во многом связаны с характером
дренируемой литосферной мантиии: ее геохимическими особенностями (возраст, степень и геохимический стиль обогащения и/или деплетирования), определяемых ее природой (древний кратон, мобильный пояс). Важным фактором, определявшим объем вулканизма и его геохимические характеристики, являлась топография подошвы литосферы, с которой вступал во взаимодействие плюм.
Раскалывающие суперконтиненты рифтовые пояса предпочтительно наследуют существующие
внутри них ослабленные зоны – подвижные пояса, но захватывают также и прилежащие кратонные
области и их переработанные в предшествующих орогенных событиях краевые зоны. Это обусловливает гетерогенность литосферной мантии, подстилающей формирующуюся пассивную окраину, и
определяет сложную картину плюм – литосферного взаимодействия как в отношении геохимии источников, так и динамики магмогенерации (Т-Р условий). Рассмотрим некоторые особенности вендских магматических провинций ВЕП в аспекте обозначенных выше проблем.
Положение вулканических провинций относительно более ранних шовных структур.
Вулканический ареал Волынско-Брестской провинции вытянут в субмеридиональном направлении, поперек ранних структур, вдоль которых происходило сочленение протократонов, сформировавших ВЕП. Провинция занимает секущее положение по отношению к Волыно-Оршанскому авлакогену,
который наследует положение позднепалеопротерозойского Осницко-Микашевического пояса, представляющего собой активную окраину Сарматии, к которой около 2,0-1,8 млрд. лет назад были аккретированы свекофенские островодужные комплексы [Bogdanova et al., 1996; Claesson et al., 2001].
На востоке ВЕП ареал Западно-Уральской провинции расположен конкордантно КамскоБельскому авлакогену, имеющему раннерифейский возраст заложения, но дискордантно к структуре
среднерифейского (?) Серноводско-Абдулинского авлакогена. Пока остается неясным, какие структуры кристаллического фундамента подстилают эти рифты.
На севере Тиманский ареал выглядит дискордантным по отношению к Средне-Русскому авлакогену, который, как полагают [Bogdanova et al., 1996], наследует шовную зону сочленения Фенноскандии и Волго-Уралии. В Беломорской области рифтовые структуры Беломорской системы, имеющее
наиболее вероятный позднерифейский возраст заложения [Kheraskova et al., 2002], характеризуются
северо-западным простиранием, наследующим ориентировку палеопротерозойского Беломорского
мобильного пояса – коллизионной структуры, которая маркирует сочленение Карельского и Кольского
микроконтинентов около 1,9-1,8 млн. лет назад [Миллер, Милькевич, 1995]. В то же время, известные
вендские магматические проявления и тектонические нарушения вендского заложения формируют
ареал восток-северо-восточного простирания, на что указывалось в работе [Синицын и др., 1982]. Контроль распространения вендских щелочных вулканитов структурами субширотного – северовосточного простирания отмечался в работе [Щукин и др., 2002]. Если включить в этот ареал также и
проявления вендских кимберлитов в восточной Финляндии (590 млн. лет назад, [O'Brien et al., 2003]),
то его восток-северо-восточная ориентировка станет еще отчетливей. Таким образом, нельзя исключить, что положение северной провинции оказывается дискордантным по отношению к палеопротерозойской коллизионной структуре Беломорского пояса.
На южной окраине ВЕП вендские вулканические проявления известны в Днепрово-Донецком
авлакогене. Можно предполагать их присутствие в Предкавказье, исходя из того, что этот террейн с
корой, сформированной преимущественно в среднем рифее, наиболее вероятно был аккретирован к
Сарматии в поздневендское время, в период кадомской орогении. Этому эпизоду очевидно должно
было предшествовать существование пассивной окраины, сопровождавшейся магматическими проявлениями.
Распределение низко- и высокотитанистых базальтов по площади и в разрезе провинций.
В зависимости от преобладания в составе магматических проявлений низко- или высокотитанистых базальтов, континентальные магматические провинции принято разделять на два типа: Р-типа, с
высокотитанистыми (TiO2 > 3,5-4,0 %) базальтами, и А-типа, с низкотитанистыми (TiO2 < 2,0 %) базальтами. В первом случае предполагается генерация расплавов в голове плюма, а во втором – плавление литосферной мантии, метасоматизированной надсубдукционными флюидами. Рассмотрим с этой
точки зрения вендские провинции ВЕП.
В Волынско-Брестской провинции выделены три основных геохимических типа базальтов: низкотитанистые базальты (LT), среди которых установлены нефелин- и оливин-нормативные трахибазальты, умереннотитанистые оливин-нормативные базальты (МТ) и высокотитанистые кварцнормативные базальты (НТ1, НТ2, НТ3). Среди последних различаются толеиты с повышенными
(TiO2 2,2-2,7%, HT1) и высокими (TiO2 2,5-2,9%, HT2) содержаниями титана и трахибазальты с очень
высокими концентрациями TiO2 (3,2-3,7%, НТ3). В соответствии с их распространенностью провинция разделяется на три субпровинции – северную, с преобладанием МТ и НТ1 базальтов, центральную, с преобладанием LT и появлением НТ3 базальтов, и южную, где вновь доминируют МТ базальты. Преимущественное развитие толеитов НТ1 и НТ2 типов в восточной половине провинции, скорее
всего, связано с большей сохранностью разрезов от размыва. В северной субпровинции в основании
разреза залегают низкотитанистые LT базальты (только на ее южной периферии); на большей части
низы разрезов сложены МТ базальтами, которые перекрыты НТ1 толеитами. Особенностью субпровинции является появление кислых пород. В центральной области вулканизм начинался локальными
излияниями очень высокотитанистых НТ3 субщелочных, вплоть до щелочных, базальтов, которые
представлены также в дайковой и силловой фациях. Их сменили площадные проявления низкотитанистых LT базальтов, за которыми последовали также площадные излияния толеитов НТ2 типа. В южной субпровинции над МТ базальтами залегают НТ2 и, спорадически, НТ3 базальты.
В общем виде, зональность Волынско-Брестской провинции носит симметричный характер относительно подстилающей ее древней шовной зоны. В центре провинции, над зоной, представляющей
собой свекофенскую активную окраину, распространены низкотитанистые базальты. Умеренно- и вы-
сокотитанистые базальты преимущественно развиты по периферии провинции, над палеопротерозойскими островодужными комплексами на севере, и над менее переработанной в ходе субдукционных
процессов древней областью на юге.
Для Западно-Уральской провинции характерны высоко- и умеренно-титанистые базальты, которые резко доминируют как в Южно-Уральском, так и в Средне-Уральском сегментах провинции. Зональность последнего проанализирована в работе Г.А. Петрова с соавторами [Петров и др., 2005], где
показано, что в западной зоне преобладают высокотитанистые щелочные и субщелочные базальты, а в
восточной – умереннотитанистые толеитовые. Характерно почти одновременное становление базальтов обоих типов в западной и восточной зонах. В Южно-Уральском сегменте в распределении различных типов базальтов отчетливой зональности не устанавливается.
Онежско-Тиманская провинция сходна с Западно-Уральской преобладанием высоко- и умереннотитанистых базальтов. Ограниченное число известных проявлений вендского вулканизма затрудняет анализ ее зональности. Для Онежско-Зимнебережного сегмента можно предположить восточную
зону щелочного магматизма и западную зону высоко- и умереннотитанистого толеитового магматизма.
Таким образом, вендские магматические провинции ВЕП принадлежат как к Р-типу (ЗападноУральская, Онежско-Тиманская), так и к А-типу (Волынско-Брестская).
Геохимические и изотопные (Sr, Nd) характеристики вулканитов.
В Волынско-Брестской провинции высокотитанистые НТ3 базальты имеют геохимические особенности, близкие к OIB, с высокими HFSE/REE отношениями, с сильно фракционированным спектром REE (La/Ybn = 7,3-8,9), при умеренном фракционировании в легкой части (La/Smn = 2,1), и сильным – в тяжелой (Gd/Ybn = 2,3-2,9). Это указывает на глубинный (гранат-содержащий) источник, малую степень его плавления и весьма ограниченную роль коровой контаминации. Изотопный состав Nd
и Sr (εNd(550) от -2.5 до -2.6, 87Sr/86Sr550 0,70640-0,70645) отвечает умеренно обогащенному литосферному источнику. Низкотитанистые LT базальты также характеризуются высокими HFSE/REE отношениями (Nb/La 0,9-1,2), сильно фракционированным спектром REE, причем с высоким La/Smn = 2,9-3,2
отношением, но умеренно фракционированными тяжелыми землями (Gd/Ybn = 1,7-1,9). Изотопные
характеристики (εNd(550) от -6.0 до -5.8, 87Sr/86Sr550 0,70636-0,70646) и отмеченные геохимические особенности предполагают определенную роль коровой контаминации. В то же время, такие черты, как
высокие Nb/La, Nb/Th отношения, высокие концентрации Ni и Cr не позволяют считать ее роль существенной. Низкотитанистые LT базальты Брестской субпровинции отличаются от низкотитанистых
разностей, известных в ряде континентальных базальтовых провинций, которые рассматриваются как
продукт значительной коровой контаминации исходных астеносферных высокотитанистых расплавов,
и, скорее всего, происходят из метасоматизированной (гидратированной) литосферной мантии [Носова и др., 2005]. Умеренно- и высокотитанистые базальты (МТ, НТ1) геохимически близки к базальтам
крупных континентальных магматических провинций, где их происхождение связывается со смешанным астеносферным-литосферным источником.
В Западно-Уральской провинции высокотитанистые базальты западной зоны СреднеУральского сегмента имеют геохимические и изотопные характеристики (εNd(Т) от 6,9 до 4,4; εSr(Т) от 15 до
-20), которые соответствуют породам, непосредственно связанным с активностью современных
мантийных плюмов [Карпухина и др., 2001].
В Онежско-Тиманской провинции высокотитанистые базальты Онежского полуострова (Солозеро) обладают геохимическими характеристиками, типичными для континентальных толеитов (Nb/La
≈ 0,9-1,1; La/Yb ≈ 4,6-5,1), и отвечают плюмовым производным без значительного вклада коровой
компоненты. Sm-Nd изотопные характеристики базальтов (εNd667 от 5,8 до 6,3) указывают на астеносферный источник и подтверждают их плюмовую природу.
Геохимические и изотопные характеристики свидетельствуют о разных моделях плюмлитосферного взаимодействия и условиях магмогенерации в рассматриваемых провинциях. Для восточной периферии кратона, где источники расплавов преимущественно соответствовали мантии типа
DM и BSE, вероятна модель взаимодействия астеносферы с относительно однородной и тонкой литосферой. Для западной периферии, где доминировали производные обогащенной литосферной мантии
ЕМ1 типа, возможна модель взаимодействия астеносферы с литосферой, гетерогенной по составу и
мощности.
Исследования поддержаны грантами РФФИ 06-05-64664, 06-05-81008 и грантом Президента РФ
«Научные школы» НШ-4437.2006.5.
Список литературы
Карпухина Е. В., Первов В. А., Журавлев Д. З. Петрология субщелочного вулканизма – индикатора
поздневендского рифтогенеза, западный склон Урала // Петрология, 2001, Т. 9, № 5. С. 480-503
Миллер Ю. В., Милькевич Р. И. Покровно-складчатая структура Беломорской зоны и ее соотношение с
Карельской гранит-зеленокаменной областью // Геотектоника, 1995, № 6. С. 80-92.
Носова А. А., Веретенников Н. В., Левский Л. К. Природа мантийного источника и особенности коровой контаминации неопротерозойских траппов Волынской провинции (Nd и Sr изотопные и ICP-MS геохимические данные)// Докл. РАН, 2005, Т.401, № 3. С.429-433
Носова А. А., Ларионова Ю. О., Самсонов А. В., Веретенников Н. В., Лебедев В. А Изотопные ограничения возраста базальтов Солозера (Кандалакша-Двинский рифт): новые данные о неопротерозойском внутриплитном магматизме Восточно-Европейской платформы, 2006 (в печати)
Петров Г. А., Маслов А. В., Ронкин Ю. Л. Допалеозойские магматические комплексы КваркушскоКаменногорского антиклинория (Средний Урал): новые данные по геохимии и геодинамике // Литосфера, 2005,
№ 4. С. 42-69
Синицын А. В.. Гриб В. П., Ермолаева Л. А., Станковский А. Ф., Старостин В. А. О вендской активизации северной части Русской плиты // Докл. АН СССР, 1982, Т. 264, № 3. С. 680-681
Щукин В.С., Саблуков С.М., Саблукова Л.И., Белоусова Е.А., Гриффин В.Л. Поздневендский аэральный щелочной вулканизм рифтогенного типа в Зимнебережном кимберлитовом районе (Архангельская алмазоносная провинция) // Глубинный магматизм, магматические источники и проблемы плюмов. Тр. Межд. Сов. Иркутск.: Изд-во ИрГТУ, 2002, С.151-165.
Bogdanova S. V., Pashkevich I. K., Gorbatschev R., Orlyuk M. I. Riphean rifting and major Paleoproterozoic
boundaries in the East European Craton: geology and geophysics // Tectonophysics, 1996, 286. P. 1-22
Сlaesson S., Bogdanova S. V., Bibikova E. V., Gorbatschev R. Isotopic evidence for Paleoproterozoic accretion
in the basement of the East European Craton // Tectonophysics, 2001, V.339. P. 1-18.
Meert J. G., Torsvik T. H. The making and unmaking of a supercontinent: Rodinia revisited // Tectonophysics,
2003, V.375. P.261– 288
Kheraskova T. N., Volozh Yu. A., Vorontsov A. K., Pevzner L. A., Sychkin N. I. Sedimentation Conditions at
the Central East European Platform in Riphean and Early Vendian //Lithology and Mineral Resources, V. 37, №1, 2002,
P. 68–81
O'Brien H., Lehtonen M., Spencer R., Birnie A. Lithospheric mantle in Eastern Finland: a 250 km 3D Transect
// 8th International Kimberlite Conference. Victoria , BC, Сanada, june 22 – 27 th , 2003 Long Abstract, 2003,
FLA_0261.
Puffer J. H. A Late Neoproterozoic Eastern Laurentian Superplume: location, size, chemical composition, and
environmental impact // Amer. J. Science, 2002, V. 302. P. 1-27.
Shumlyansky L., Ellam R., Derevska K., First Rb-Sr and Sm-Nd isotope data on Vendian Continental Flood
Basalts of the Western Part of the East-European Craton // Metallogeny of Precambrian Shields, 2002, Abstracts.