МЕТАСОМАТИЧЕСКИЕ И МАГМАТИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В МАНТИЙНОЙ ЛИТОСФЕРЕ БИРЕКТИНСКОГО ТЕРРЕЙНА СИБИРСКОГО КРАТОНА И ИХ ВЛИЯНИЕ НА ЭВОЛЮЦИЮ ЛИТОСФЕРЫ

Введение. Влияние процессов мантийного метасоматизма и магматизма на эволюцию литосферной мантии в северо-восточном Биректинском террейне Сибирского кратона рассмотрено на примере флогопит- и флогопит-амфиболсодержащих глубинных ксенолитов из кимберлитов Куойкского поля (рис. 1). Глубинные ксенолиты с мантийной флогопитовой и флогопит-амфиболовой минерализацией в кимберлитовых трубках поля развиты в двух генетически разных сериях пород: магнезиальной (Mg) пироксенит-перидотитовой (с магнезиальным составом пород и минералов) и в серии флогопит-ильменитовых (Phl-Ilm) ги- пербазитов (с железистым типом пород и минералов). В настоящей работе уделяется большое внимание петрографии и минералогии ксенолитов с мантийной флогопитовой и флогопит-амфиболовой минерализацией, и приводятся новые данные по 40Ar/39Ar возрасту флогопита.

Методы исследований. Флогопит- и флогопит-амфиболсодержащие парагенезисы ксенолитов были детально изучены в образцах и шлифах. Зерна минералов были проанализированы на содержания главных оксидов на рентгеновском электронно-зондовом микроанализаторе JXA-8200 в Институте геохимии им. А.П. Виноградова СО РАН (г. Иркутск). Анализ изотопного состава кислорода в гранате выполнен в аналитическом центре ДВГИ ДВО РАН (г. Владивосток) на масс-спектрометре Finnigan MAT 252, [Ignatiev, Velivetskaya, 2004]. Определение возраста флогопита 40Ar/39Ar методом произведено в Институте земной коры СО РАН (г. Иркутск) с использованием мультиколлекторного масс-спектрометра Argus VI.

Петрография и минералогия. Магнезиальная (Mg) серия представлена непрерывным переходом пород от Sp, Sp-Grt, Grt клинопироксенитов, ортопироксенитов к вебстеритам, оливиновым вебстеритам и лерцолитам и рассматривается рядом исследователей как расслоенная интрузия в мантии [Ukhanov et al., 1988; Solov’eva et al., 1994]. Мантийная метасоматическая флогопит-амфиболовая минерализация проявлена во всех петрографических типах пород серии и развита в виде секущих прожилков и неправильных участков по границам зерен первичных минералов (рис. 4, 5). В ксенолитах с мегакристаллами пироксенов, состоящих из параллельных пластинок клино- и ортопироксена ± граната ± шпинели (структуры распада высокотемпературного пижонита [Solov’eva et al., 1994]), метасоматический флогопит-амфиболовый агрегат развивается преимущественно по пластинчатым вросткам одного из пироксенов и граната и в перекристаллизованной мелкозернистой матрице пород. Это указывает на значительный интервал времени между кристаллизацией пород пироксенит-перидотитовой серии и развитием флогопит-амфиболового метасоматизма. Phl-Ilm гипербазиты также образуют сложную ассоциацию парагенезисов, представленных Phl-Ilm гранатовыми и безгранатовыми пироксенитами, вебстеритами, оливиновыми вебстеритами, ортопироксенитами, лерцолитами и оливинитами. Характерной особенностью серии являются высокие содержания K, Ti, Fe в породах и минералах. Содержание флогопита в породах широко варьируется – от первых процентов до 40–80 %, ильменита – от первых до 15 %, реже до 30–40 %. Количество слюды и ильменита резко уменьшается в гранатизированных ксенолитах, в которых гранат интенсивно замещает эти минералы, а также первичные силикаты. Панидиоморфнозернистые, гипидиоморфнозернистые, сидеронитовые и порфировидные структуры в негранатизированных ксенолитах указывают на первичный магматический генезис пород. Для пород серии характерно также разнообразие автометасоматических и метасоматических структур. Гранат и флогопит развиваются на субсолидусном этапе близко одновременно: первый за счет охлаждения первичных магматических пород (рис. 11, 12, 14), а второй при воздействии на них остаточных флюидов-расплавов, обогащенных калием и летучими (рис. 8). Особый тип парагенезисов в серии Phl-Ilm гипербазитов представляют сильно деформированные флогопит-амфиболовые породы с новообразованным хромитом и с реликтовыми резорбированными ильменитом и клинопироксеном (рис. 21–23). Дифференцированная серия флогопит-ильменитовых гипербазитов по петрографическим признакам относится к мантийным магматитам, за исключением более поздних деформированных флогопит-амфиболовых пород из зон глубинных разломов. В отличие от соответствующих минералов Mg пироксенит-перидотитовой серии, минералы из Phl-Ilm гипербазитов имеют значительно меньшую магнезиальность (Mg#) и содержат существенно больше TiO2, FeO и меньше Cr2O3 (таблица). Точки метасоматических флогопитов из пород Mg серии на диаграммах Mg# – TiO2 и Mg# – Cr2O3 существенно отделены от поля точек слюд из флогопит-ильменитовых парагенезисов (рис. 24). Амфибол, представленный в Phl-Amph метасоматитах Mg серии типичным паргаситом по химическому составу резко отличается от K-рихтерита из деформированных флогопит-амфиболовых пород серии Phl-Ilm гипербазитов (таблица).

40Ar/39Ar датирование слюды. 40Ar/39Ar возраст флогопита из метасоматических флогопит-амфиболовых прожилков и межзерновых реакционных обособлений в гранатовом оливиновом вебстерите Mg серии варьируется в пределах 1640–1800 млн лет (рис. 25). Слюды из негранатизированных Phl-Ilm вебстеритов показали возраст 869 и 851 млн лет (рис. 25). В гранатизированных Phl-Ilm лерцолитах возраст слюд значительно меньше (608 и 495 млн лет). Слюда из деформированной флогопит-амфиболовой породы показала возраст 167 млн лет, близкий возрасту кимберлитов Куойкского поля.

Дискуссия и результаты. Возраст метасоматического флогопита (1640–1800 млн лет) несколько ниже возраста присоединения Биректинского террейна к Сибирскому кратону (1.8–1.9 млн лет [Rosen, 2003]), что, возможно, объясняется частичной потерей 40Ar в анализируемой слюде. С другой стороны, это значение близко интервалу позднего эпизода формирования коры в Биректинском блоке 1.8–2.1 млрд лет [Nasdala et al., 2014] и соответствует времени привноса радиогенного осмия в мантийную литосферу из зоны субдукции (1.7–2.2 лет [Pernet-Fisher et al., 2015]). Геохимия изотопов кислорода в породах перидотит-пироксенитовой серии из трубки Обнаженная также свидетельствует о присутствии в них древней субдукционной компоненты (рис. 26). Это позволяет предположить, что мантийный флогопит-амфиболовый метасоматизм в литосферной мантии Биректинского террейна осуществлялся флюидами – расплавами, поступавшими из зоны субдукции примерно 1.8 млрд лет назад, и соответствует эпизоду присоединения этого блока к Сибирскому кратону. Сложная магматическая серия Phl-Ilm пород является более поздней по сравнению с Mg пироксенит-перидотитовой серией. Древний возраст флогопита (869–851 млн лет) из Phl-Ilm гипербазитов несколько превышает наиболее древние датировки щелочного ультраосновного – карбонатитового Томторского массива (800 млн лет [Entin et al., 1990]) и время начала распада суперконтинента Родиния (825 млн лет [Li et al., 2008]). Эта разница может быть объяснена опережающим проявлением высококалиевых, титанистых, железистых магматитов в мантийной литосфере Биректинского блока по сравнению с их проявлением на поверхности. Флогопит из ксенолитов с субсолидусной гранатизацией показывает существенно меньшие значения возраста (500–600 млн лет), вероятно, из-за потери радиогенного аргона при замещении слюды. Этот процесс высвобождал большое количество H2O, K, Ba, F и Cl, поступавших в верхние горизонты коры и мантии. Мантийная высококалиевая и высокотитанистая Phl-Ilm серия, по-видимому, комагматична поверхностным калиевым ультрамафитам и мафитам на Сибирской платформе и связана с ранним эпизодом раскола суперконтинента Родиния. Главные выводы. 1. Рассмотренные флогопитсодержащие серии ксенолитов из кимберлитовых трубок Куойкского поля принадлежат к разным генетическим образованиям и к разным этапам эволюции литосферной мантии Биректинского террейна. 2. Phl-Amph метасоматизм развивается по породам сложной магнезиальной пироксенит-перидотитовой серии ксенолитов, имеет геохимические черты зоны субдукции и маркирует этап, связанный с присоединением Биректинского континентального блока к Сибирскому кратону ~1.8–1.9 млрд лет. 3. Сложная железистая серия Phl-Ilm гипербазитов относится к типичным мантийным калиевым ультраосновным – основным магматитам. Начало формирования магматической серии Phl-Ilm гипербазитов в мантийной литосфере Биректинского террейна (~869–851 млн лет), возможно, соответствует самому раннему этапу распада суперконтинента Родиния.

1. Entin A.R., Zaitsev A.I., Nenashev N.I., Vasilenko V.B., Orlov A.I., Tyan O.A., Olkhovik Yu.A., Olshtynsky S.I., Tolstov A.V., 1990. About the sequence of geological events related to the intrusion of the Tomtor alkaline ultramafic and carbonatite massif, North-Western Yakutia. Geologiya i Geofizika (Russian Geology and Geophysics) 31 (12), 42–50 (in Russian) [Энтин А.Р., Зайцев А.И., Ненашев Н.И., Василенко В.Б., Орлов А.И., Тян О.А., Ольховик Ю.А., Ольштынский С.И., Толстов А.В. О последовательности геологических событий, связанных с внедрением Томторского массива ультраосновных щелочных пород и карбонатитов (Северо-Западная Якутия) // Геология и геофизика. 1990. Т. 31. № 12. C. 42–50].

2. Garanin V.K., Kudryavtseva G.P., Khar’kiv A.D., Chistyakova V.F., 1985. The mineralogy of ilmenite hyperbasites from the Obnazhennaya kimberlitic pipe. Izvestiya AN SSSR, Seriya geologicheskaya (5), 85–101 (in Russian) [Гаранин В.К., Кудрявцева Г.П., Харькив А.Д., Чистякова В.Ф. Минералогия ильменитовых гипербазитов из кимберлитовой трубки Обнаженная // Известия АН СССР, серия геологическая. 1985. № 5. С. 85–101].

3. Howarth G.H., Barry P.H., Pernet–Fisher J.F., Baziotis I.P., Pokhilenko N.P., Pokhilenko L.N., Bodnar R.J., Taylor L.A., Agashev A.M., 2014. Superplume metasomatism: Evidence from Siberian mantle xenoliths. Lithos 184–187, 209–224. http://dx.doi.org/10.1016/j.lithos.2013.09.006.

4. Ignatiev A.V., Velivetskaya T.A., 2004. The laser method of sample-preparation for analyses of stable isotopes of oxygen in silicates and oxides. In: Abstracts of the XVII Stable Isotopes Symposium. Institute of Geochemistry and Analytical Chemistry, Moscow, p. 96–97 (in Russian) [Игнатьев А.В., Веливецкая Т.А. Лазерная методика подготовки проб для анализа стабильных изотопов кислорода силикатов и окислов // XVII симпозиум по стабильным изотопам: Тезисы докладов. М.: ГЕОХИ, 2004. С. 96–97].

5. Khar’kiv A.D., Zinchuk N.N., Kryuchkov A.I., 1998. Primary Diamond Deposits of the World. Nedra Publishing House, Moscow, 555 p. (in Russian) [Харькив А.А., Зинчук Н.Н., Крючков А.И. Коренные месторождения алмазов мира. М.: Недра, 1998. 555 с.].

6. Kiselev A.I., Yarmolyuk V.V., Kolodeznikov I.I., Struchkov K.K., Egorov K.N., 2012. The northeastern boundary of the Siberian craton and its formation peculiarities (derived from occurrences of Early Cambrian and Devonian intraplate magmatism). Doklady Earth Sciences 447 (1), 1252–1258. http://dx.doi.org/10.1134/S1028334X12110098.

7. Kostrovitsky S.I., Solov’eva L.V., Gornova M.A., Alymova N.V., Yakovlev D.A., Ignat’ev A.V., Velivetskaya T.A., Suvorova L.F., 2012. Oxygen isotope composition in minerals of mantle parageneses from Yakutian kimberlites. Doklady Earth Sciences 444 (1), 579–584. http://dx.doi.org/10.1134/S1028334X12050030.

8. Li Z.X., Bogdanova S.V., Collins A.S., Davidson A., De Waele D., Ernst R.E., Fitzsimons I.C.W., Fuck R.A., Gladkochub D.P., Jacobs J., Karlstrom K.E., Lu S., Natapov L.M., Pease V., Pisarevsky S.A., Thrane K., Vernikovsky V., 2008. Assembly, configuration, and break-up history of Rodinia: a synthesis. Precambrian Research 160 (1–2), 179–210. http://dx.doi.org/10.1016/j.precamres.2007.04.021.

9. Menzies M.A., Hawkesworth C.J. (Eds.), 1987. Mantle Metasomatism. Academic Press, New York, 472 p.

10. Nasdala L., Kostrovitsky S.I., Kennedy A.K., Zeug M., Esenkulova S.A., 2014. Retention of radiation damage in zircon xenocrysts from kimberlites, Northern Yakutia. Lithos 206–207, 252–261. http://dx.doi.org/10.1016/j.lithos.2014. 08.005.

11. Parfenov L.M., Kuzmin M.I. (Eds.), 2001. Tectonics, Geodynamics and Metallogeny of the Sakha Republic (Yakutia). MAIK Nauka/Interperiodika, Moscow, 571 p. (in Russian) [Тектоника, геодинамика и металлогения территории Республики Саха (Якутия) / Отв. ред. Л.М. Парфенов, М.И. Кузьмин. М.: МАИК «Наука/Интерпериодика», 2001. 571 с.].

12. Patrin G.S., Matsuk S.S., Kostrovitsky S.I., Alymova N.V., 2004. The mineralogical features and chemistry of ilmenite from lower mantle xenoliths. Mineralogical Journal (Ukraine) 26 (4), 60–77 (in Russian) [Патрин Г.С., Мацюк С.С., Костровицкий С.И., Алымова Н.В. Минералогия ильменита из глубинных ксенолитов в кимберлитах (типохимизм, генетическое и поисковое значение) // Мінералогічний журнал (Украина). 2004. Т. 26. № 4. С. 60–77].

13. Pernet-Fisher J.F., Howarth G.H., Pearson D.G., Woodland S., Barry P.H., Pokhilenko N.P., Pokhilenko L.N., Agashev A.M., Taylor L.A., 2015. Plume impingement on the Siberian SCLM: Evidence from Re-Os isotope systematics. Lithos 218–219, 141–154. http://dx.doi.org/10.1016/j.lithos.2015.01.010.

14. Pokhilenko N.P., Sobolev N.V., Kuligin S.S., Shimizu N., 1999. Peculiarities of distribution of pyroxenite paragenesis garnets in Yakutian kimberlites and some aspects of the evolution of the Siberian craton lithospheric mantle. In: Proceedings of the 7th International Kimberlite Conference. RedRoof Design, Cape Town, p. 689–698.

15. Rosen O.M., 2003. The Siberian craton: tectonic zonation and stages of evolution. Geotectonics 37 (3), 175–192.

16. Shpunt B.R., Shamshina E.A., 1989. The Late Vendian potassium alkaline volcanites of the Olenek uplift (North-Eastern Siberian platform). Doklady AN SSSR 307 (2), 678–682 (in Russian) [Шпунт Б.Р., Шамшина Э.А. Поздневендские калиевые щелочные вулканиты Оленекского поднятия (северо-восток Сибирской платформы) // Доклады АН СССР. 1989. Т. 307. № 2. С. 678–682].

17. Solovieva L.V., Egorov K.N., Markova M.E., Kharkiv A.D., Popolitov K.E., Barankevich V.G., 1997. Mantle metasomatism and melting in deep-seated xenoliths from the Udachnaya pipe, their possible relationship with diamond and kimberlite formation. Geologiya i Geofizika (Russian Geology and Geophysics) 38 (1), 172–193.

18. Solov'eva L.V., Gornova M.A., Markova M.E., Lozhkin V.I., 2004. Geochemical identification of granulites in xenoliths from Yakutian kimberlites. Geochemistry International 42 (3), 220–235.

19. Solov’eva L.V., Vladimirov B.M., Dneprovskaya L.V., Maslovskaya M.N., Brandt S.B., 1994. Kimberlite and Kimberlite-Similar Rocks: Material of the Upper Mantle beneath Ancient Platforms. Nauka, Novosibirsk, 256 p. (in Russian) [Соловьева Л.В., Владимиров Б.М., Днепровская Л.В., Масловская М.Н., Брандт С.Б. Кимберлиты и кимберлитоподобные породы: вещество верхней мантии под древними платформами. Новосибирск: Наука, 1994. 256 с.].

20. Solov’eva L.V., Yasnygina T.A., Kostrovitsky S.I., 2010. Isotopic and geochemical evidence for a subduction setting during formation of the mantle lithosphere in the northeastern part of the Siberian craton. Doklady Earth Sciences 432 (2), 799–803. http://dx.doi.org/10.1134/S1028334X1006019X.

21. Taylor L.A., Snyder G.A., Keller R., Remley D.A., Anand M., Wiesli R., Valley J., Sobolev N.V., 2003. Petrogenesis of group A eclogites and websterites: Evidence from the Obnazhennaya kimberlite, Yakutia. Contributions to Mineralogy and Petrology 145 (4), 424–443. http://dx.doi.org/10.1007/s00410-003-0465-y.

22. Taylor L.A., Spetsius Z.V., Wiesli R., Spicuzza M., Valley J.W., 2005. Diamondiferous peridotites from oceanic protoliths: Crustal signatures from Yakutian kimberlites. Russian Geology and Geophysics (Geologiya i Geofizika) 46 (12), 1176–1184.

23. Travin A.V., Yudin D.S., Vladimirov A.G., Khromykh S.V., Volkova N.I., Mekhonoshin A.S., Kolotilina T.B., 2009. Thermochronology of the Chernorud granulite zone, Ol’khon region, Western Baikal area. Geochemistry International 47 (11), 1107–1124. http://dx.doi.org/10.1134/S0016702909110068.

24. Ukhanov A.V., Ryabchikov I.D., Khar’kiv A.D., 1988. Lithospheric Mantle of Yakutian Kimberlite Province. Nauka, Moscow, 286 p. (in Russian) [Уханов А.В., Рябчиков И.Д., Харькив А.Д. Литосферная мантия Якутской кимберлитовой провинции. М.: Наука, 1988. 286 с.]