2014

Минеральные ассоциации пород сиенит-карбонатитовых интрузий северной Норвегии

Арзамасцев А.А., Арзамасцева Л.В.

Институт геологии и геохронологии докембрия РАН, Санкт-Петербург, Россия

arzamas@ipgg.ru

Провинция Сейланд объединяет несколько щелочных интрузий, в составе которых присутствуют щелочные пироксениты, меласиениты, нефелиновые сиениты, карбонатиты. Помимо обширных ореолов фенитизации, в районе широко распространены пегматиты нефелиновых сиенитов, а также изометричные, линзовидные тела нефелин-сиенитовых гнейсов. Внедрение щелочных интрузий, произошедшее в период 540-520 млн.лет, явилось завершающим эпизодом магматической активности, которая развивалась в тектоническом покрове, составляющем часть среднего аллохтона каледонид северной Норвегии. Формирование интрузий, входящих в состав провинции Сейланд, происходило в приплатформенной области с активным геодинамическим режимом. Породы массивов подверглись воздействию метаморфизма умеренных давлений, датируемого возрастом 490±5 млн. лет (Dallmeier, 1988), но более поздние ⁴⁰Ar/³⁹Ar датировки указывают, что пик тектонических событий во всем фронте норвежских каледонид произошел в период 425±10 млн. лет (Dallmeier et al., 1994). Эти тектонические события во многом определили современную форму интрузий, а также проявились в их внутреннем строении, что выразилось в развитии многочисленных зон тектонической переработки, участков нефелин-сиенитовых гнейсов, будин нефелин-сиенитовых пегматитов в более ранних карбонатитах).

Интрузия Лиллебукт, наиболее крупная в составе щелочной провинции, первоначально имевшая концентрическое строение и представлявшая собой трубообразное тело, сформировалась в несколько последовательных фаз. В современном эрозионном срезе массив имеет эллиптическую форму и в центральной части содержит обрушенный блок фенитизированных габброидов. Возраст интрузии, определенный Sm-Nd и Rb-Sr изохронным методом для амфиболового пироксенита (Cadow, 1993), показывает 540±39 и 521±22 млн. лет соответственно, что отвечает ранее полученным U-Pb датировкам по цирконам из пегматитов нефелиновых сиенитов (523-531 млн. лет) (Pedersen et al., 1989).

Слагающие интрузию пироксениты и нефелиновые сиениты относятся к семейству основных пород щелочного ряда. Коэффициент агпаитности нефелиновых сиенитов К_агп.= [(K+Na)/Al], варьирующий в пределах 0.82-0.92  показывает, что эти породы относятся, в отличие от остальных разновидностей нефелиновых сиенитов Фенноскандии, не к агпаитовому (К_агп.>1), а к миаскитовому ряду (К_агп.<1). Особенностью нефелиновых сиенитов массива Лиллебукт является сравнительно низкие содержания рассеянных элементов, что в значительной мере определяет относительную бедность этих пород акцессориями.

Геодинамические обстановки формирования интрузии Лиллебукт могут быть реконструированы на основе оценки давлений, при которых происходила кристаллизация первичных минеральных парагенезисов пироксенитов и нефелиновых сиенитов. Расчет давлений, произведенный для этих групп пород, по разным геобарометрам составляет 8.6-10.2 кбар, что, учитывая данные по положению раздела Мохо в этой части Фенноскандии, отвечает условиям нижней коры. Эти оценки соответствуют проведенным ранее определениям условий формирования расслоенных базитовых интрузий провинции Сейланд (Bennett et al., 1986), а также  отвечают РТ обстановкам, которые существовали в центральном поясе каледонид в период 540-520 млн.лет (Cook, 1993). Как указывает Д. Робертс (Roberts, 1988), магматические проявления в провинции Сейланд, включая и щелочные комплексы, происходили при режиме деформаций косого сжатия (transpressive regime), в условиях которых локальные зоны растяжения, контролировавшие поступление магматических расплавов, располагались вдоль зон трансформных разломов (Bergstrom and Gee, 1985). Таким образом, в отличие от других щелочных интрузий Балтийского щита, внедрение которых происходило в гипабиссальных обстановках при давлениях не более 2 кбар, щелочные интрузии провинции Сейланд формировались в условиях нижней коры (25-30 км).

Условия магматической стадии формирования интрузии Лиллебукт. Sm-Nd и Rb-Sr изотопные характеристики, полученные для главных разновидностей пород интрузии (Aitcheson, 1989; Cadow, 1993), показывают их происхождение из мантийного источника, в котором преобладал компонент деплетированной мантии. Учитывая последовавшие метаморфические преобразования пород массива, можно было бы предполагать значительную роль корового компонента в источнике, однако пироксениты, нефелиновые сиениты и карбонатиты интрузии имеют значения ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr и ¹⁴⁴Nd/¹⁴³Nd в пределах 0.7027-0.7031 и 0.512024-0.512209 соответственно, что отвечает значениям для пород других щелочных комплексов Фенноскандии. Более того, расчет внутренних минеральных изохрон щелочного пироксенита по таким фазам, как клинопироксен, амфибол-1 и апатит (Cadow, 1993) дает возраст по Sm-Nd и Rb-Sr системам (соответственно 540±39 и 521±22 млн. лет), совпадающий с U-Pb датировками, полученными по цирконам (Pedersen et al., 1989). Исходя из приведенных данных, свидетельствующих о сохранении изотопных систем в ходе регионального метаморфизма, можно полагать, что породы массива Лиллебукт не испытали значительных постмагматических преобразований и, следовательно, указанные выше минеральные фазы являются, по-видимому, первичным минеральным парагенезисом, возникшим на магматической стадии формирования интрузии.

Экспериментальные данные по плавлению нефелиновых сиенитов в условиях давления H₂O 0.5-2 кбар показали, что эти породы начинают плавиться в интервале температур 810-705°С (Piotrowski, Edgar, 1970), причем установлено снижение температуры ликвидуса по мере увеличения давления воды. Еще более низкие температуры были получены (Morse, 1969) при изучении остаточной петрогенетической системы NaAlSiO₄ - KAlSiO₄ - SiO₂ при P_H2O=5 кбар. Исследования Л.Н.Когарко (1977) по плавлению фойяитов-луявритов Ловозера и науяитов Илимауссак в условиях давления водяного пара (1 кбар) показали, во первых, что полное плавление этих пород наступает при температурах 770-950°С, и во-вторых, большой интервал плавления щелочных пород, составляющий свыше 200°С. Последнее имеет определяющее значение при оценке температур минеральных равновесий в щелочных породах, поскольку катионное уравновешивание минеральных фаз продолжается вплоть до температур 550-650°С. Проведенная нами оценка температур пород интрузии Лиллебукт показала, что минеральное равновесие для пар клинопироксен-амфибол (ранняя генерация) в нефелиновых сиенитах составляет 690 - 700°С. Равновесие в парах нефелин - калиевый полевой шпат в этих породах было достигнуто при более низких температурах (600-650°С). Исходя из приведенных экспериментальных оценок, можно полагать, что температурный интервал образования мафических и салических фаз отвечает интервалу магматической кристаллизации нефелиновых сиенитов.

Формирование интрузии Лиллебукт в относительно высокобарических условиях (8-10 кбар) не могло не отразиться в особенностях состава слагающих интрузию минералов. В частности, особенностью нефелиновых сиенитов интрузии, в отличие от нефелина из пород других щелочных провинций Балтийского щита, является присутствие в них практически безжелезистого нефелина. Как известно, Fe присутствующий в нефелине в трехвалентном состоянии и изоморфно замещающий Al в октаэдрической позиции, согласно экспериментальным данным (Базарова, 1965), находится в гомогенном состоянии при Т=680-720°С. При остывании нефелина до 400°С происходит распад твердого раствора и выделение акмитовой фазы, присутствующей в виде мельчайших включений, располагающихся параллельно граням роста кристаллов. Сопоставление данных по составам нефелинов из щелочных пород, сформировавшихся в разных геодинамических обстановках, позволяет выявить закономерность, определяющую распределение железа в нефелине. Рассмотрим зависимость содержания Fe от Al в нефелинах из пород щелочных комплексов, формирование которых происходило на различных глубинах. К наиболее глубинным интрузиям может быть отнесен, помимо интрузии Лиллебукт, Ильмено-Вишневогорский комплекс Урала, формирование которого также происходило в условиях орогенеза. Как показала проведенная нами оценка давлений по минеральным равновесиям сосуществующих фаз, представленных в работе В.Я.Левина (Левин, 1974), кристаллизация миаскитов и нефелиновых сиенитов Ильмен могла происходить при давлениях не менее 8 кбар. Как и в нефелинах массива Лиллебукт, содержание Fe₂O₃ в миаскитах Урала не превышает 0.33 вес.%. С другой стороны, высокожелезистые нефелины, содержащие до 8 вес.% Fe₂O₃, присутствуют в щелочных эффузивах вулкана Олдоиньо Ленгаи (Dawson et al., 1996; Dawson, 1998), причем максимально обогащены железом краевые зоны зональных фенокристов и выделения нефелина в основной массе. Сходная картина наблюдается в щелочных породах провинции Лагес, Бразилия (Traversa et al., 1994, 1996): ядра зональных фенокристов нефелина в излившихся фонолитах соответствуют по содержанию Fe₂O₃ нефелинам из плутонических нефелиновых сиенитов провинции (0.2-0.3 вес.% Fe₂O₃), в краевых зонах содержание Fe₂O₃ достигает 1.5 вес.%. Приведенные данные позволяют полагать, что главным фактором, контролирующим вхождение железа в состав нефелина, помимо валового содержания Fe в исходном расплаве, является давление, при котором происходила кристаллизация минерала. В полибарических условиях гипабиссальной фации глубинности, при которых происходила кристаллизация щелочных расплавов названных выше вулкано-плутонических комплексов, выделение первых кристаллизующихся фаз, и, в первую очередь, нефелина, начиналось уже на глубинных уровнях, в условиях умеренных давлений (1-3 кбар), что и проявилось в образовании безжелезистых ядер - зародышей будущих фенокристов. Дальнейшая кристаллизация магмы в условиях снижающегося давления при подъеме на поверхность привела к выделению более железистых нефелинов, образования которого зафиксированы как в краевых зонах крупных фенокристов, так и в основной массе нефелинитов.

Исходя из установленной эмпирической зависимости находит объяснение высокое содержание железа в щелочных породах Кольской провинции. Проведенные оценки уровня эрозионного среза палеозойских щелочно-ультраосновных интрузий северо-восточной части Фенноскандии (Arzamastsev et al., 2000) показывают, что их формирование могло происходить на глубинах, отвечающих давлениям 2-5 кбар. Образование агпаитовых нефелиновых сиенитов Хибин и Ловозера, по-видимому, происходило при еще более низких давлениях, о чем свидетельствуют многочисленные останцы осадочной кровли, в которых известны вулканические производные агпаитовых расплавов, представленные фонолит-порфирами. Содержания Fe₂O₃ в нефелинах щелочно-ультраосновных пород региона составляют 0.6-1.2 вес.%, в хибинских нефелиновых сиенитах 1.1-3.2 вес.%, что отвечает кристаллизации этого минерала в условиях низких давлений.

Работа выполнена при финансовой поддержке гранта РФФИ 07-05-00385-a.