Введение к работе
Работа посвящена эволюции магматизма архея и раннего протерозоя юго-тюсточной окраины Балтийского щита (БЩ) хате части зсояогаческой системы (иугг->коит5піс!гг-их'»аіісга), разливающейся в р.ишем докембрии. Кс-елсдовалисъ в}сткжо-ллукишческис ассоциации но составам от кислых дс улътраосновных различных геодинамических обетсновок (древнейшей коры, зелепакамешнах поясов (ЗП), влутржпцгшых структур), развтых в пределах изучаемого региона, являющегося существенной чаоглло Балтийского (Фяшо-ех.гидияавского) щі:та и Лаврдзпнского материка, о целью выяснения закономерностей изменения вещества в пространстве и времени.
Актуальность темы. Одной из важнейших задач современной геологии и петролотн докембрия становится выявление закономерностей формирования н развития самых ранних этапов Земли на достоверной геолого-петролопіче,-ской бале, а также на современных достижениях экспериментальных исследо-вашш, астрофизики и ішанстолопіи. Докеморипскис образования БЩ являются наиболее ранним фрагментом гтшеренстемы "планета Земля" или пространственно-временной структурой, в пределах которой на основании изучения магматических образований архея и раннего протерозоя существует реальная возможность исследования эволюции магматизма в дзиггелыюм временном интервале (3,4-1,65 Ga) раннего докембрия.
Цель» настоящей работы н проведенных исследований яішлось системное изучение гсолого-иетрологическнх особенностей мигматитов на раших этанкх пазвнтия Земли на примере ЮВ окраины ВЩ с привлечением необходимых данных по другим регионам мира и выяиленле общей эволюции магматизм.'! в регионе для познспия критериев самоорганизации раннедокемб-рулккой земной коры с учетом внешних и внутренних факторов ее как гсо-лотаческой системы,
Основные злдячи исследований по изучению оиолюции магматизма 50В окраины БЩ от древних комплексов к молодим заключались и следующем:
-
Выделить участки с наиболее сохранившимися фрагментами древнейших (нижпеархенских) осадочно-вулканогснних комплексов па І>Щ, усгано-внть критерии их идентификации, особенности внутреннего строения, метаморфизма и гранитизации для возможного изотопного датирования.
-
Изучить разрезы верхнеархейехил зе.ченокаменных поясов, пронести анализ по выявлению сходства и различая магматизма рашісго и позднего архея с выяснением возможных причин изменения фаннадьпого, петроі-рафи-
ЧССКОГО И ПеТрОХИМНЧССКОГО составов р.ГЛНОИОЗрасТНЫХ магматитоп.
-
Провести корреляцию вулканогенных' и плутонических комплексов SC-ленокамсаных поясов ЮВ окраины БЩ.
-
Установить структурное положение разновозрастных магматнюя, панти причины их сходства и различия, выраженные а вещественном соетаьс.
5. Исследовать петрографо-пстрохимнчсские особенности раннедокемб-
рийских мататитов с выявледаем 'эволюционной направленности магматиз
ма в архсе и раннем протерозое.
6. Выявить условия формирования коматиитовой ассоциации махматшов,
установить се соотношения с толеитовой и известкозо-щелочной сериями.оп-
ределить место и время проявления бошиииовой серии.
7. Установить факторы и критерии развития раиисдокембриийской геологической системы, обосновать особенности металлогении соответствующего магматизма, разработать модель формирования земной коры ЮВ окраины Балтийского щита в качестве примера комплексного взаимодеіїствия оргаїш-зуіохдііх исамоорганизующік сил.
Научная новизна.
1.Впервые на БЩ выделены и геохронологически обоснованы самые дре-вние магматиты осповного-ультраосновного состава (коматкиты, коматаито-вые и толешовые базальты) с возрастом более 3,4 Ga, что отражено в стратиграфической идеале докембрия России.
2.Впервые (1979г.) на БЩ выявлены верхнеархейские коматииты со структурой спзншфекс, что позволило по-новому рассматривать магматизм регио-на и перспективы его рудоносности.
З.На основе совместного с В.С.Кулиховым (ИГ ХНЦ РАН) и И.С.Пухте-лем (ИГЕМ РАН) детального изучения коматиитовых базальтов нижнего протерозоя района Ветреного Пояса впервые получены Sm-Nd изотопные возрасты (2,4S-2,41 Ga) одноименной свиты, что позволило существенло пересмотреть стратиграфию протерозоя ЮВ окраины БЩ.
4.Выявлены новые закономерности магматических процессов в докембрии региона: микро-, мезо-, макро- и мепщихличностъ, этйхшость во всех комплексах магматігсов, которые наблюдаются на структурном, породном, минеральном и химическом уровнях.
5.Геологачески обосновано сопровождение протерозойского магматизма мохцшлм газозыделекием, образованием "черішіх курилыдшеов", выраженное ыгунгитовыдш залежами, газовими каналами в виде трубок взрыва, брекчий с гидротермальным цементом.
бАиализ петрохимических особенностей магыатитов и привлечение обширного мирового петрохимического материала їх экспериментальных дашилх позволил на основании впервые (Кулихова,1993 г.) предложенной диаграммы Jg (АІ2О3/ТЮ2) - Із MfiO (мас.5а, в пересчете на безводный остаток) выявить различие петрохимических параметров как магматических комплексов, так її горных пород и рекомендовать использоваїше ашомотитанового модуля(АТМ) в качестве индикатора идентификации магматических пород, а диаграмму для определения условий их образования.
7.Рлзносторошіес изучение магматизма ІОВ окраины БЩ позволило впервые рассмотреть рсннсдохсмбрнйсхке магматически;: комплексы как единую геологическую систему, подчиняющуюся законам синергетики.
Фактическая основа и методы ксследовмпш. В основу работы положены исследования автора в течение 20 лет в Восточной Карелин и западной чаові Архангельской области, изучение ряда объектов в Центральной к Северной Карелии, а также теоретические разработки методики анализа веще-' стаєнного состава докембринских мстаморфиговапных магмзтитов и его ре-конструкции.Фактический материал был получен в процессе выполнения автором тематических раЗот Института геологии Карельского 'научного центра РАН по изучению ІОВ охря шил БЩ, в результате совместных работ с геологам? ПГО "Архангелъскгеологяя" и "Севзапгеолотиг". Часть геологических материалов собрана во время научных экскурсий на Балтийском .Украинском и Алданском щитах совместно с коллегами из ИГЕМ РАН И.С.Пукгслем, А.В. Самсоновым, А.К. Симоном.
При подготовке работы был использован оригинальный аналитический материал, который включает более 3000 химических анализов изученных пород, около 5000 шлифов, выбраны базовые участки для отбора проб и последующего изотопного изучения пород различных комплексов (неординарные аналитические исследования проводились сотрудниками ИГЕМРАН И.С.Пух-тслем, Д.З.Журавлевым, А.В.Самсонозьш, а также ИГГД РАН СБЛобач-Жу-ченко.И.Н.Крыловым.ОАЛевчснковым и др.). Обработка аналитического материала осуществлялась на IBM-PC с использованием программ NEWPET и GOLD при содействии К.Г.-М.Н. АЛО.Вычкова (МГУ).
В основу исследований были положены метод/г палеовулканологических реконструкций, применяемые для изучения хорошо сохранившихся ішхаїе-протерозойских вулканитов БЩ. Нияаіеархейекис вулканиты, претерпевшие неоднократный метаморфизм в условиях высокотемпературной амфиболито-вой фации и сохранившиеся в отдельных фрагментах, впервые были расчленены на отдельные тела с использованием.вышеуказанной методики ішстру-менталшыми методами с максимальным прослеживазшем вычленяемых пото-хов по простараіпїіо. Верхнеархейские вулкашгпл, слагающие отдельные структуры Южно-Выгозерского и Сумозсрско-Кеиозерского ЗЩКуликов.Кулико-ва, 1976), и их интрузивные аналоги изучались автором п рамках тематических исследований Института геологии КНЦ РАН и на основашш совместных работ по данным оурсния ПГО "Архаїнельсктеолопія" и "Севзапгеологая", Них> непротерозойские магматиты исследовались в структурах Ветреного Пояса и Онежской. В акваторій Онежского озёра и на его побережье в процессе выполнения, плана НИР Института геологии КНЦ и совместных работ с Петрозаводским государственным университетом они обследовались, наряду с обычными маршрутами, на НКС"Посейдон", "Нептун" и "Эколог", что позоолило с
помощью эхолотов выявить некоторое особенности структурного положешія протерозойских магматіпої! в Онежской структуре..
' Для получения детальной пстро:ашичсской характеристики разрезов вул-хаиитог.'опробоваішс проводилось последовательно з каждом потоке в ныде-лешшх лавовых пакетах. Интрузивные породы опробовались по всем разновидностям іжресх массивов. Был привлечен тпїсііс обшнримй аналитический материал Карельской и Плесецкой поисковых экспедиций (ПГО "Сеззалгео-логия" и "Архаитигьскгеологея"), любезно предоставленный автору н опубликованный в ряде сошиеешых статей. При анализе нетсояимичесхих данных по машатівдм региона были созданы дополнительные диаграммы па основаївіи многочисленных опублих«ташімх данных по лстро- и геохимии пород Мира (более 20 тыс.), использованы компьютерные программы NEWPET, специа-алі-ііо ргзработашіьісТАіДС.8ТАТ(автор х.г.-м.н.А.Ю.Бычков,МГУ),С01> (Salop СА.Вороо'ьев, МГУ). Редкие її РЗЭ, изотопия систем изучались И.С.Пух-телем, Д.ЗЛСураьлевкпчї, А.В.Самгоновым (ИГЕМ РАБ), С.БЛобач-Жучснхо, И.Н.Крылогшм, ОЛЛсвчснховым, С.С.Сергеевым к др.(ИГГД РАК) и опубликованы в ряде совместных и самостоятельных работ.
Практическое значение работк Основные теоретические разработки автора использоваіп>і з області! изучения дохембрийсккх хомялсксоз при полс-хово-съемачицх работах:
Ї) первые находки коматтгтов (Куликова, Куликов,1981 и др.) в пределах Каменноозерской структуры Сумозерско-Кснозерского ЗП АКг (Куликов, Куликова, 1979) активизирсвал и-поиски местороадезшй їншуш ш 10 В окраине 5Щ к привели к выявлению нового для Россия типа Cu-Ni руд, связанных с ко.'датзцггаацї (рудолрояішсітс Золотопорожское, Лсщсвсхое is др.);
-
выделение и летальное описание пород солодкой свиты (Куликова, 1093), ее последующее изотопное датироваііке(Пухїель v, др., 1991) послужили основанием для характеристики в "Стратиграфической шкале' обоснованного {шжнеирхейского стратона (Решение "Уфимского,. "Д990), которое использу-ется при проведшим геолого-сьемочных к цзучно-г.сеяедсвательских работ на территории Фенкоехацдни;
-
методические разработки автора а области петрографии докембрийско-го магматизма, а также переданные практические рекомендации (емхшшок работ) могут использоваться в процессе поисков и разведки медно-шпеелевых, титановых, редкометзльпых руд, асбеста, тальк-карбонатных пород, что отражено в производственных отчетах Карельской и Плесецкой экспедиций;
-
предлагаемый звте-рол; снотелшый анализ применим в эхолоп'чегла-ix исследованиях и бил использован для характеристикаt геологического строения одного из крукнешши в Европе Водлозгрехого национального парка (Ку-ягкеза к др,,1995). Акьквдистрации парка переданы рекомендации по праве-дешно шучного туризма га его їерриториіг.
Апробация работы. Полученные в результате исследований новые материалы по докембрнйехим'комплексам ЮВ окрлшгы БЩ использовались при выполнении ряда плановых тем. Института геологии Карельского НЦ РАН,со-стявлезши карт: магматических формаций, геологачгскои и геохимической.По теме диссертации опубликовало около 120 работ, в том числе 3 коллективных и едка іащіїадїдуалкіїая монографии. Основные положения диссертации доло-хены на ряде совещаний, конференций и симпозиумов: 1. Маїггнйіше ксенолиты и ультраосігоіигш расплавы, 1980г.,г.Новоснбирск; 2. 6-е Всесоюзное петрографическое совещание, 1981г.,гЛенииград; 3.1Х семинар "Геохимия магматических пород", I9S2r., ґ.Москва; 4. Семинар "Минеральные преобразования океанической коры", 19S2r., г.Владивосток; 5. III Всесоюзный семинар но геохимическим методам лоисхоз месторождеїшй полезши ископаемых, 1982г., г.Сгмарканд; 6. Семншр"Эволюция магматизма в главнейших структурах Земли", 1983 г., г.Москва; 7. X мездунзродный симпозиум по прикладной геохи-мии, 1933г., г.Эспоо/Хельсипки; 8. Всесоюзное совещание "Эндогенные режимы формирования земной коры и рудоооразовалия а раннем доксмбрш«",1983 г.,г.Воронсх; 9. 4-е Всесоюзное палеовулканологическое совещание, 1984г.,г. Владивосток; 10. Семштр"Высокомашезиалышш магматизм ратшего докембрии", 1988г., г.Пстрозаводск; И.П-е Всесоюзное совещание по стратиграфии архея н іпиаіего протерозоя GCCP, 1990г., г.Уфа; 12. Международный симпозиум по проектам 257 и 275,1992г.,г.Петрозаводск;!З.ЗУО&ьединенш»ій международный симпозиум по проблемам прикладной геохимии, посвящеишлй памяти акад. Л.В.Таусона, '1994,г.Иркугск; 14.Международный симпозиум "Пе-рология и мсталлогсігия вулканических и интрузивных пород во внутріконтинентальних рифтовых системах", 1995г. гДулуг (США); 5. Вссроссийкос петрографическое совещание (Уфа, 1995); 16, Всеросийское совещание" Главнейшие рубежи эволюции Земли в докембрии и их изотолно-гсохроиологнческое обоснование", 1995, г.С-Петербург; и др.
Структура работы. Диссертация состоит из введення, 3 основных глав, заключения и списка литературы из 524 названий, 27 таблиц, 120 рисунков и текстовой части объемом-170 машинописных страниц.
Благодарности. Настоящая работа иылолнснна в Институте гсолоши Карельского научного центра РАН. В период работы автор пользовалась советами, критическими замечаниями, консультацией и помощью докторов гсолого-мшіералогзгчсскнх наук В.С.Куликовз, Ю.Й.Сыстры, С.БЛобач-Жучснко,Л.П. Свиридеігко, В.Ф.Смолыаша, а также специалистов-геологов и петрографов в области докембрий ской геолопіиГ.ІЇ.СафроМовой, Л.П.Галдобииой, К.И.Хен-сканепа, А.И.Световой, Н.А.Горбнк, В.С.Сгепапова.Многолетнее сотрудничество с гсолопи.ш-производствс1инн<ами В.Н.Фурмапом.Л.В.Фсдюком, Л.И.Зу-даным, В.П. Коиьшовым, А.Д.Квзсжовой значительно расширило возможности решения поставленных задач. Особенно плодотворна была совместная
работа с к.г.-м.н.И.С.Пухіелсм, к.г.-м.н. А.К.Симоиом, к.г,-м.и А.В. Самсоно-вым, Д.З.Журавлгг>ъш(ИГЕМ РАН), Я.Б.Бычковой, к.г.-м.нАДО.Бычховым (МГУ), СА.Вяхиревым(ИГ КНЦ РАН).
Автор весьма признательна академикам РАН ОА.Богатикову и ИД.Ряб-чикову, которые оказали существенную поддержку в процессе исследований. Автор особенно благодарна чл.-корр.РАН Н.МЛєрльшієзу.а также академику А.А.Маракушеву, докторам г.-млі,Е.В.Шархову(ИГЕМ РАЫ), Н.Ф.Шшпсзреву (С-ПбГУ),Ю.Й.Сыстре,В.С.Куликову, С.И.Рыбакову, В Л.Горьковцу, К.И.Хей-сканену, халдидату г,-м.п.РА.Хазову <ИГ Карельского НЦ РАН), взявшим на себя труд критически и доброжелательно прочитать и обсудить основы донной работы