Петрология позднедокембрийского и палеозойского внутриплитного базитового вулканизма Восточно-Европейской платформы Носова Анна Андреевна

Введение к работе

Актуальность работы Необратимость геологического развития Земли определяет важность эволюционного аспекта в рассмотрении проблем магматизма, поэтому петрологический анализ вулканической активности, последовательно проявлявшейся в пределах крупного блока континентальной литосферы, каковым является Восточно-Европейская платформа (ВЕП), на протяжении более 1 5 млрд лет, представляет несомненный интерес За этот длительный период времени в пределах ВЕП сформировались многочисленные мезопротерозойские (MP), неопротерозойские (NP) и палеозойские (PZ) магматические провинции, занимающие перикратонное (MP, NP) и интракратонное (PZ) положение

Однако вопросы эволюции магматизма ВЕП, в частности, понимание его источников, условий и механизмов частичного плавления мантии на различных глубинах, а также процессов подъема и фракционирования мантийных магм при наличии мощной субконтинентальной литосферы, остаются недостаточно разработанными Их решение требует сопоставления разновозрастных и пространственно разобщенных объектов -магматических провинций, но оно затруднено значительным разтичием в уровне их минералогической, геохимической и изотопной изученности Для большинства проявлений базальтового магматизма ВЕП данные изучения вещественного состава современными методами отсутствуют либо имеются в ограниченном объеме Это не позволяет разработать для них генетические петрологические модели, что делает ограниченным понимание геологической эволюции ВЕП, для которой главными событиями в геологической истории были эпохи внутриплитного магматизма Обобщающие работы по проблемам внутриплитного магматизма ВЕП, опирающиеся не только на систематизацию разрозненных данных, но и на оригинальный фактический материал и сопоставимые аналитические данные для комішексов разного возраста и локализации, позволяющие корректно сравнивать различные магматические проявления, до настоящего времени отсутствуют

Высказанные соображения определяют актуальность данной работы, направленной на заполнение лакун в наших знаниях о петрологии внутриплитного магматизма ВЕП, которое позволит приблизить создание целостной модели геологической эволюции одной из крупнейших континентальных структур

Цель работы - выявить характер эволюции внутриплитного базитового вулканизма ВЕП, определить основные источники вещества и оценить их вклад в формирование расплавов, продуцировавших позднедокембрийские и палеозойские магматические провинции платформы

Основные задачи состояли в

1) анализе геологической позиции, возраста (при необходимости - его определении изотопными методами), состава позднедокембрийских и палеозойских

проявлений базитового вулканизма с целью выделения основных магматических провинций и эпох их формирования,

1. изучении минералогического, геохимического, изотопного (Sr, Nd, О) состава вулканитов каждой крупной провинции для разработки петрологических моделей с оценкой состава мантийного источника, вклада коровой контаминации, реставрации процессов фракционирования расплавов,

2. корреляции возрастных и вещественных характеристик магматических провинций ВЕП,

3. сравнительном анализе петролого-геохимических особенностей вулканизма различных частей платформы, с учетом их предшествующего геологического развития, для оценки влияния гетерогенности литосферы на петрологические характеристики внутриплитного магматизма

Фактический материал и методы исследований. Были исследованы вулканические проявления шести крупных магматических провинций ВЕП на западе платформы (Приладожская (MP), Волынско-Брестская (NP)), на ее севере (Онежско-Тиманская (NP), Архангельская алмазоносная (PZ)) и на востоке (Камско-Бельская (MP), Западно-Уральская (NP)) В сравнительных целях проведено изучение надсубдукционного вулканизма Тагильской зоны (PZ) Уральского мобильного пояса

В основу работы положен собственный материал автора, полученный в ходе полевых работ в Карелии, на Южном и Среднем Урале, а также при документации керновых коллекций в Минске, Архангельске, Ярославле Образцы керна пород Волго-Уральской области, Онежского полуострова и Волынско-Брестской провинции, изученные в настоящей работе, были любезно предоставлены В И Козловым, Н В Веретенниковым, В М Горожаниным и Е Д Андреевой

Каменный материал изучался следующим комплексом методов 1) петрографическое изучение шлифов (около 1000 шлифов), 2) определение составов минералов мик-рорентгеноспектральным методом (около 1000 микрозондовых определений), определение концентраций элементов-примесей в минералах (клинопироксенах) методом вторично-ионной масс-спектрометрии (около 60 анализов), 3) определение петрохимиче-ского состава валовых проб пород методом рентгенофлуоресцентного анализа (около 500 проб), 4) определение концентраций элементов-примесей в валовых пробах пород методом индукционно-связанной плазмы с масс-спектрометрическим окончанием (около 120 проб), 5) Rb-Sr и Sm-Nd изотопные исследования валовых проб и породообразующих минералов (около 50 образцов), 6) К-Аг изотопные исследования валовых проб пород (5 проб), 7) изучение изотопного состава кислорода валовых проб пород (5 проб) Аналитические исследования выполнялись в лабораториях ИГЕМ РАН, ИГТД РАН, ОИГГ СО РАН, ИМГРЭ, МГУ им М В Ломоносова, ИМЭ РАН

Научная новизна и личный вклад автора Научная новизна исследований определяется тем, что в работе на основе нового оригинального фактического материала, включающего данные прецизионных геохимических и изотопных исследований, впервые дана картина эволюции внутриплитного базитового магматизма ВЕП, в которой обоснованы его основные возрастные этапы, для каждого из которых оценен вклад источников магм различной природы, и проведена корреляция с основными дивергентными и конвергентными событиями трех суперконтинентальных циклов позднего докембрия и палеозоя

В работе получены принципиально новые данные по значительному числу конкретных объектов и выявлены новые закономерности в развитии магматизма крупной континентальной структуры

1. Впервые получен, либо существенно дополнен, комплекс минералогических, геохимических и изотопных данных для пород всех позднедокембрииских и некоторых палеозойских вулканических провинций ВЕП

2. Установлен неопротерозойский возраст базальтов Онежского грабена (Sm-Nd изохронным методом), ранее относимых к среднему рифею, что существенно изменяет схему стратиграфического расчленения образований позднего докембрия в регионе

3. Впервые проведена корреляция по возрастным и вещественным характеристикам неопротерозойских вулканитов севера и востока (Западный склон Урала) ВЕП и показана их принадлежность к единому этапу магматической активности (около 670 млн лет назад)

4. Установлено путем сравнения возрастных и вещественных характеристик, построенных на их основе петрологических моделей, что в мезопротерозое магматизм западной и восточной частей ВЕП развивался асинхронно и автономно, в то время как в неопротерозое и палеозое на всей ВЕП магматизм был квазисинхронным и однотипным

5. Установлена природа геохимической специфики (деплетирование HFSE) мезо-протерозойских базитов Волго-Уральской области, которая определялась взаимодействием глубинного плюма с латентным литосферным надсубдукционным источником и вкладом верхнекорового материала

6. Для неопротерозойской Волынско-Брестской и палеозойской Архангельской провинций впервые показано определяющее влияние древних литосферных шовных зон на вещественный состав и характер распределения вулканитов

7. Определена природа мезопротерозоиских высоко Ti-Fe-P базальтов Приладо-жья показано, что они являются эффузивными аналогами йотунитов, производными литосферных магм, связанных со становлением гранит-анортозитовых комплексов

Показано, на примере Волынско-Брестской и Архангельской провинций, что положение вулканических провинций относительно более ранних шовных структур в подстилающей литосфере определяет распределение вулканитов различных геохимических типов (в первую очередь, высоко- и низко-титанистых базальтов) внутри провинций Это может быть связано с вовлечением в генерацию расплавов субконтинентальной ли-тосферной мантии с различной мощностью, тепловыми характеристиками и вариациями состава

8 методическом отношении для различных типов внутриплитных базальтов пока
зана высокая информативность комплекса изотопных и геохимических исследований на
уровне минеральных фаз при выявлении и реставрации процессов коровой контамина
ции

Автором проводились систематизация материалов, петрологические расчеты, интерпретация данных и построение петрологических моделей, а также полевые исследования, документация керна скважин, выбор и подготовка проб для лабораторных исследований, микрозондовые исследования, обработка результатов аналитических (геохимических, изотопно-геохимических, минералого-геохимических) исследований

Практическое значение работы определяется возможностью использовать полученные результаты при геолого-съемочных работах, для создания региональных стратиграфических схем и решения вопросов геодинамических, особенно палеотектонических, реконструкций, а также минерагеническим аспектом, учитывая сопряженность внутри-плитного базитового и кимберлитового магматизма ВЕП

Основные защищаемые положения

1. На основании обобщения оригинального и литературного материала установлены основные возрастные этапы дискретной внутриплитной магматической активности Восточно-Европейской платформы и главные закономерности распространения вулканитов с выделением вулканических провинций Формирование этих провинций определялось процессами глобальной реорганизации плит в мезопротерозое, неопротерозое и палеозое, причем как в конвергентных (ранний мезопротерозой, средний палеозой), так и в дивергентных (средний мезопротерозой, неопротерозой) обстановках

2. Показано, что мезопротерозойские вулканиты распространены на западной и восточной периферии Восточно-Европейской платформы и принципиально различаются геохимическими характеристиками Вулканиты запада платформы представляют собой высоко-Fe-Ti-P базальты, обогащенные высокозарядными элементами и имеющие отрицательные значения E_N(J(T), изотопно-геохимические особенности базальтов свидетельствуют, что в их петрогенезисе доминировал вклад литосферного (обогащенного) источника Вулканиты востока платформы - низко-Ті магнезиальные метадолериты, резко деплетированные высокозарядными и обогащенные литофильными элементами, e_Nd(T) которых варьируют от отрицательных до близких к нулю значений Их петрохимиче-ские и изотопно-геохимические характеристики указывают на участие в петрогенезисе источников, находящихся в литосферной мантии с надсубдукционными геохимическими характеристиками, и значительную контаминацию верхнекоровым веществом

3. Показано, что неопротерозойские вулканиты распространены вдоль северной, восточной и западной периферии Восточно-Европейской платформы Вулканиты северной и восточной периферии платформы формировались синхронно и имеют сходные изотопные (Nd) и геохимические характеристики они сильно обогащены высокозарядными и литофильными элементами, имеют высокие и умеренные положительные значения Єна(Т) и формировались за счет плавления деплетированного источника Вклад коровой контаминации в их петрогенезис был незначительным Базальты и долериты западной периферии платформы имеют умеренно обогащенные высокозарядными и литофильными элементами составы, отрицательные и близкие к нулю значения сш(Т), вариации петрохимических и изотопно-геохимических характеристик указывают на участие в петрогенезисе обогащенного мантийного источника (литосферной мантии) и значительный вклад процессов коровой контаминации

4. Установлено, что практически для всех внутриплитных базальтов ВЕП, в той или иной мере, характерен вклад коровой контаминации в петрогенезис, что приводит к трансформации их геохимических и изотопных параметров относительно первичных производных мантийных источников Для ряда случаев слабо контаминированных базальтов обоснована эффективность геохимических, в том числе изотопных, исследований на уровне минеральных фаз, что позволяет установить вклад коровой контаминации путем выявления изотопного и специфических геохимических сдвигов между отдельными составляющими породы

Структура работы. Работа состоит из 10 глав, которые объединены в 5 разделов В первом разделе, состоящем из двух глав, рассмотрены основные проблемы внутриплит-ного магматизма в приложении к ВЕП, а также основные методы и подходы, использованные при выполнении работы Во втором разделе дана характеристика мезопротеро-зойского магматизма западной (глава 3) и восточной (глава 4) периферии платформы Третий раздел посвящен внутриплитному магматизму неопротерозоя (главы 5, 6 и 7) В четвертом разделе рассмотрен палеозойский магматизм ВЕП, главным образом на примере Архангельской провинции (глава 8), и проведено сравнение с рифтогенным надсубдукционным магматизмом Урала (глава 9) В пятом разделе описаны общие закономерности эволюции внутриплитного магматизма ВЕП Работа содержит 236 страницы текста, 104 рисунка, 23 таблицы Таблицы составов пород, минералов и описания стандартных аналитических методик вынесены в Приложение Список литературы состоит из 280 наименований

Похожие диссертации на Петрология позднедокембрийского и палеозойского внутриплитного базитового вулканизма Восточно-Европейской платформы

Петрология и минералогия эксплозивно-грязевого вулканизма Волго-Уральской алмазоносной субпровинции Чайковский Илья Иванович

Геохимия и петрология неогенового щелочно-базальтового вулканизма плато Хэвэн : Северная МонголияЦыпукова, Светлана Семеновна

Пермотриасовый вулканизм Северо-Азиатского кратона (Западно-Сибирская плита и Тунгусская синеклиза) :Геохимия, петрология и геодинамика Медведев Александр Яковлевич