Научные исследования по гранту РФФИ № 17-05-00592

«Детритовые цирконы терригенных толщ Ветреного Пояса - как индикаторы условий формирования рифтогенных структур восточной части Фенноскандинавского щита в палеопротерозое», 2017-2019 гг.

В ходе выполнения работ по проекту в 2017 году проводилось изучение метаосадочных толщ Ветреного Пояса токшинской и калгачинской свит. Для восстановления возможной истории развития палеопротерозойской структуры Ветреный Пояс, расположенной в юго-восточной части Фенноскандинавского щита, на границе двух геоблоков Карельской гранит-зеленокаменной области и Беломорского подвижного пояса. Проводилось петрографо-геохимическое изучение терригенных толщ нижней части разреза. Ранее были получены результаты по метаосадочной токшинской свите, начинающей разрез Ветреного Пояса.

На петрохимической диаграмме Неелова А.Н. (1980) для метаморфических осадочных и смешанных пород отобранные образцы отвечают слабожелезистым мономиктовым (кварцевым) псаммитолитам, ультрасилицитам.

        Для определения возможных источников сноса при формировании кварцитов токшинской свиты, была отобрана проба на юго-восточном склоне г. Двойная, из которой были выделены цирконы в лаборатории института Геологии и геохронологии докембрия РАН. В изотопном центре исследований Всероссийского научно-исследовательского геологического института им. Карпинского было проведено U-Pb изотопное датирование 114 детритовых цирконов. При измерениях использовалась система лазерной абляции в комплекте с эксимерным лазером DUV 193 (Lambda Physic Compex) совместно с элементным высокоразрешающим, высокочувствительным масс-спектрометром ThermoQuest Finnigann MAT ELEMENT-2. При анализе результатов из рассмотрения были исключены 24 циркона, так как по ним получены дискордантные значения возрастов; коэффициент дискордантности превысил 10%).

цирконов колеблется в широком интервале: от 2654±38 млн лет до 3364±5 млн лет, т.е. все возраста детритовых цирконов соответствуют архею (неоархею, мезоархею и палеоархею).

Сделанные выводы относительно источников обломочного материала, принимавших участие в образовании кварцитов токшинской свиты, согласуются с геохронологическими данными по Каменноозерской зеленокаменной структуре (Сумозерско-Кенозерский зеленокаменный пояс), ближайшей из лопийских зеленокаменных структур к Ветреному Поясу. Мафит-ультрамафитовая нижняя часть разреза (комчинская и кумбуксинская свиты) Каменноозерской структуры образовалась примерно 2900 млн лет: коматииты - 2916±117 млн лет (Sm-Nd возраст) и базальты – 2892±130 млн лет (Pb²⁰⁶/Pb²⁰⁷ возраст). Приведенные датировки соответствуют возрасту детритовых цирконов третьей возрастной группы из токшинской свиты (2919±7,6 млн лет), источником которых предположительно были лопийские зеленокаменные толщи, что и подтверждается данными по Каменноозерской структуре. Источником цирконов второй возрастной группы (2824±4,5 млн лет) могли быть образовавшиеся позже породы каменноозерской толщи (от основных до кислых) и адакиты вулкано-плутонической серии, которые отнесены к островодужному комплексу и имеют возраст 2875±2 млн лет и 2876±6 млн лет. Самые молодые цирконы (пиковое значение 2755±1,9 млн лет) в состав кварцитов токшинской свиты могли попасть при разрушении интрузивного гранитного комплекса Каменноозерской структуры (Хижозерский, Вожмореченский, Солотозерский и Лексинский массивы) и дайкового комплекса пород кислого-среднего составов. Самый же молодой циркон имеющий возраст 2654±38 млн. лет возможно попал во состав кварцитов при разрушении комплексов гранитоидов окраины Водлозерского блока, что в свою очередь позволяет провести нижнюю возрастную границу, после которой началось накопление кварцитов токшинской свиты.

3150 – 2900 ±0,5 млн лет – формирование нижних мафит-ультрамафитовых (коматиит-базальтовых) толщ зеленокаменных комплексов; 2900 – 2750±0,5 млн лет – образование верхних частей разрезов (андезит-риолитовых) зеленокаменных комплексов; 2750-2600±0,5 млн лет – внедрение в лопийские зеленокаменные комплексы гранитоидных массивов. Данный вывод подтверждается и материалами изотопного датирования разных частей разреза рядом расположенной Каменноозерской зеленокаменной структуры.

-  Литологический состав, текстурно-структурные особенности, возрастной диапазон детритовых цирконов из кварцитов токшинской свиты свидетельствуют о ее формировании в условиях рифтогенеза в пределах Карельского блока. На обстановку континентального рифтогенеза указывает и геохимический состав прорывающих отложения токшинской свиты интрузивных тел (дайки и интрузии габбро-диабазовой и габбро-норитовой формаций), фиксирующих условия растяжения. Магматические породы габбро-норитовой формации отличаются повышенными титанистостью и щелочностью, пониженными содержаниями Mg, Cr, Ni, что указывает на формирование в условиях континентального рифтогенеза. Эти породы пересечены жилами ультрабазитов щелочно-ультраосновного состава, которые также типичны для континентальных рифтов.

- Структура Ветреного Пояса заложилась на рубеже не древнее 2654±38 млн. лет за счет разрушения структурно-вещественных комплексов Карельской гранит-зеленокаменной области (КГЗО). Об этом свидетельствует анализ кварцитов токшинской свиты и выделенных из ее состава цирконов. Пиковые U-Pb возраста детритовых цирконов отвечают основным событиям в геологической истории развития КГЗО 2,7, 2,8 и 2,9 млрд лет.

 В редких случаях отмечаются маломощные прослои метатуфопесчаников и метагравелитов. Отличительной чертой метаконгломератов калгачинской свиты является резкое преобладание обломков гранитоидного состава и туфо-песчанистый цемент. Среди обломков гранитоидные породы составляют 90-95%, в их составе отмечаются плагиограниты, плагиогранито-гнейсы, гранит-аплиты, пегматиты. Кроме гранитоидов, встречаются единичные гальки кварца, основных метавулканитов, кварцитов. Содержание обломков достигает 70% объема породы.

Окатанность — от хорошо- до угловатых окатанных и не окатанных, сортировка практически отсутствует. Цементирующая масса – туфопесчанистая, иногда неясно горизонтальнослоистая кварц-эпидот-хлоритового, кварц-мусковитового, кварц-мусковит-хлорит-альбитового, эпидот-кварц-альбит-амфиболового состава. Установленная мощность калгачинской свиты не менее 100 м.

Схематическая геологическая карта Киричской вулкано-тектонической структуры. (Составлено по материалам госгеолкарты 1: 200 000 P-37-VII-VIII Сергиево, 2001г.) В районе оз. Левушка на площади около 3 км² обнажаются полимиктовые конгломераты, при описании которых была установлена тесная связь состава обломочного материала с подстилающим субстратом. Имеются гравийные зерна, гальки (от мелких до крупных) и валуны размером 30х40 см. Цемент (от 30% до 10% объема породы) – аркозовый или хлоритовый. Наблюдается ритмичность, которая выражена сменой прослоев с цементом аргиллитового и алевролитового составов от крупных (40–60 см) до мелких (1–10 см) [Государственная геологическая карта…, 2001]. Состав обломочной части следующий: граниты (80–90%), в том числе биотит-кварц-полевошпатовые средне- и крупнозернистые, светло-серые с голубоватым кварцем и хлоритизированным биотитом; метадолериты (около 5%). Реже встречаются гальки и валуны габбро, единичные гальки кварца. Окатанность обломков крайне неравномерна. По петрографическому составу в конгломератах выделена галька следующих пород: крупнозернистых и гигантозернистых плагиогранитов, метабазальтов, метагаббро, а также кварцевые гальки. Цементом конгломератов является плагиоклаз-кварцевый материал, состоящий из неокатанных и плохо окатанных зерен кварца и плагиоклаза и эпидот-актинолитового, и карбонат-альбит-хлорит-эпидотового цемента. Конгломераты падают на север (аз. пад 355°) под углом 40°. Такое же падение имеет сланцеватость пород [Шибко, 1983].

Обнажение метаконгломератов калгачинской свитыОбломки конгломератов представлены в основном галькой гранитного, реже диоритового составов. По разрезу обнажений (в интервале одного метра) наблюдается резкая смена размера и формы галек. Внизу гальки небольшого размера (2-3 см), уплощенные (отношение длины к ширине составляет от 2 до 5), вверх по разрезу их размер увеличивается до 7-10 см, форма приближается к сферической (отношение длины к ширине от 1,5 до 2 . В конгломератах наблюдается полосчатость с ориентировкой: аз. пад. 10-30^о, <10-20. Отмеченные закономерности, скорее всего, свидетельствуют о достаточно быстрой смене режима осадконакопления, что связано с резким обмелением морского бассейна.

При петрографическом изучении было установлено, что основная масса галек из конгломератов представлена гранитами, основными минералами являются: плагиоклаз-альбит, частично соссюритизированный, кварц и мусковит. Петрографо-геохимические данные, полученные из выделенных галек метаконгломератов калгачинской свиты  K₂O (максимум 0,4%). Это в совокупности указывает на трондьемитовый состав. Характер к хондриту, имеет плавное понижение кривой распределения от легких элементов в сторону тяжелых.

Микрофотографии метаконгломератов калгачинской свит. Q – кварц, Pl – плагиоклаз. Фото при 2 николях.

        За отчетный период (2018 г) участниками проекта был проведен сбор и обобщение опубликованных изотопно-геохронологических данных по Серво-Западу России и востоку Финляндии по наиболее репрезентативным структурам, включая зеленокаменные образования Карельской гранит-зеленокаменной области и Беломорского подвижного пояса, которые непосредственно обрамляют структуру Ветреный пояс.

        Проведенное комплексное изучение опорных обнажений терригенных пород кожозерской свиты, расположенной, в средней части разреза Ветреного пояса, позволило установить существенные неоднородности ее строения как в разрезе, так и по латерали – от зеленных сланцев и карбонатов, до олигомиктовых кварцитопесчаников. Были установлены петрографо-геохимические особенности пород свиты. Впервые был получен возраст детритовых цирконов, выделенных из олигомиктовых кварцитопесчаников кожозерской свиты. Методом LA-ICP-MS было продатировано 69 зерен. Основная часть детритовых цирконов имеет ²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb возраст в интервале 2730-2800 млн лет. Согласно распределению РЗЭ в цирконах они являются магматическими. В качестве источника обломочного материала для формирования пород кожозерской свиты могли послужить гранитоиды Сумозерско-Кенозерской структуры.

        Впервые было установлено, что аркозовые метагравелиты, относимые ранее к верхней части разреза кожозерской свиты (согласно объяснительной записке к Госгеолкарте-200), представляют собой сильно дислоцированные двуполевошпатовые гранитоиды. Методом TIMS в лаборатории КНЦ РАН авторами впервые получен U-Pb возврат по цирконам из этих гранитоидов, который составил 2,8-2,9 млрд лет.

        Петрографо-геохимическое изучение пород виленгской свиты, залегающей в верхней части разреза Ветреного пояса, позволило установить неоднородность состава по разрезу. В основании преобладают терригенные породы с существенной примесью вулканогенного материала и относимые к метаграуваккам. Ближе к верхам разреза породы приобретают аркозовый облик и представляют собой кварцитопесчаники, что очевидно связано с изменениями в условиях седиментации и смене источников сноса.

        Сравнение полученных основных возрастных пиков цирконов из терригенных пород телевинской (2703, 2731, 2785 млн лет) и лучломпольской (2718, 2779 млн лет) свит Печенгской структуры показывает их сходство. Это свидетельствует о размыве одних и тех же пород тоналит-трондъемит-гранодиоритового комплекса. Датировки совпадают с крупнейшим приростом 2.7 млрд лет континентальной коры за счет ювенильного материала.