УДК 552.11+551.71 (571.55)

М.А. Мишкин

Исследованиями последних десятилетий установлено, что первично-магматические раннекоровые образования составляют значительную часть пород метаморфических комплексов гранит-зеленокаменных и гранулит-гнейсовых областей древних щитов. Среди них преобладают плагиогнейсы тоналитового, трондьемитового и гранодиоритового состава. В гранит-зеленокаменных областях они обычно выделяются в качестве комплекса биотитовых, биотит-амфиболовых и амфиболовых плагиогнейсов и гнейсов (серые гнейсы). В гранулит-гнейсовых областях аналогом серых гнейсов является комплекс эндербитов. Описанный впервые на Антарктическом щите в районе Земли Эндерби С. Тилли [36], этот характерный комплекс эндербитов впоследствии был установлен на древних щитах всех континентов, где слагает основание их кристаллического фундамента. В пределах Восточно-Сибирского кратона комплекс эндербитов широко распространен на Анабарском щите, где выделен под названием метабазит-эндербитоидной ассоциации [17]. На Алданском щите комплекс эндербитов в значительной мере перекрыт более молодыми образованиями и переработан процессами разновозрастного метаморфизма и гранитоидного магматизма. Отдельные области распространения эндербитов известны в западной, восточной и южной частях Алданского щита, где они выделялись различными исследователями в качестве свит (толщ) [16, 22], формаций [11, 14], либо относятся к нестратифицируемым инфракрустальным образованиям гранитоидного состава [6].

По существующим представлениям [1, 20], первичная земная кора, выплавленная из мантии после аккреции Земли, была представлена коматиит-толеитовыми вулканитами. На последующем этапе развития Земли последовало переплавление этой гипербазит-базитовой оболочки с формированием протоконтинентальной “серогнейсовой” коры.

Раннекоровые гранулитовые комплексы основания выведены на поверхность в наиболее эродированных частях древних щитов - гранулит-гнейсовых областях. Многие исследователи считают, что гранит-зеленокаменные области представляют верхние части гранулитовых комплексов, не уничтоженные эрозией. Эта точка зрения была подтверждена в Южной Индии, где детально изучена область перехода от гранит-зеленокаменной области к гранулитовой [9, 21, 31, 34]. Подобные взаимоотношения между гранулит-гнейсовыми областями и гранит-зеленокаменными, по мнению автора настоящей работы, существуют и на Алданском щите. Здесь установлен постепенный переход от гранулитовой фации через амфиболитовую в западной части Алданского щита к амфиболитовой фации Олекминской гранит-зеленокаменной области. При этом отмечается, что степень эродированности Алданского щита возрастает от западной части к восточной [24]. Исходные вулканогенные образования Олекминской серии, метаморфизованные в амфиболитовой фации, служат фундаментом для зеленокаменных поясов позднего архея - Олондинского, Тунгурчинского и др. Глубинные уровни метаморфических образований Олекминской гранит-зеленокаменной области выведены на поверхность в ее пределах в Оломокитском тектоническом блоке и представлены эндербитами.

Наиболее глубинные эндербитовые комплексы выходят на поверхность в южной части Алданского щита в Сутамском, Зверевском, Курультинском и Джугджурском блоках. Исследованиями, проведенными автором было установлено, что основной объем пород гранулитового комплекса Сутамского блока составляют эндербиты с подчиненной ролью метабазитов (метабазит-эндербитовая формация). На основе закономерностей распределения петрогенных элементов и элементов-примесей показано, что протолитами метабазит-эндербитовой формации являются вулканиты известково-щелочной серии базальт-андезит-дацит-риодацитовой ассоциации, в которой преобладают андезиты и дациты.

Подчиненную роль в составе формации играют породы исходной толеитовой и коматиитовой серий (коматиит-толеитовая ассоциация) (см. статью Г.М. Вовна и М.А. Мишкина в настоящем сборнике). Изучение литературных материалов показало, что литолого-петрографический состав выделенной формации представляет собой устойчивую ассоциацию пород, повторяющуюся в архейских стратифицированных эндербитовых комплексах различных щитов, где слагают их основание.

Показанная связь вулканитов известково-щелочной, толеитовой и коматиитовой серий в составе единой формации позволяет подойти к вопросу о выборе модели формирования ранней сиалической коры.

Совместное нахождение ультраосновных и базальтовых вулканитов толеит-коматиитовой серии в едином разрезе со средними и кислыми вулканитами известково-щелочной серии позволяет полагать, что наиболее приемлемой петрогенетической моделью формирования их расплавов является варьирующее частичное плавление мантийного вещества поднимающегося мантийного диапира при меняющихся Р-Т параметрах. Высокие температуры выплавляющихся при этом магм и наличие весьма энергоемкого газово-флюидного восстановленного ореола [10] являются причиной метаморфизма основания первичной коры базальтового состава и последующего ее частичного расплавления с образованием андезитовых и дацитовых магм.

Математические модели динамических процессов в восходящей мантийной струе были предложены ранее в ряде работ [5, 15, 25]. Определения термодинамических условий формирования магм и их составов в поднимающихся плюмах, основаны на экспериментальных данных [26, 27, 33 и др.].

Возможность образования расплавов андезитового и дацитового составов при частичном плавлении метабазитов (амфиболиты или гранатовые амфиболиты) подтверждена многочисленными экспериментами [4, 35]. Происходившее непрерывное накопление тепловой энергии в архейской мантии инициировало появление более молодых периферийных диапиров, что в свою очередь обусловило проявление известково-щелочной вулканической деятельности на земной поверхности в зонах, наращивавших более ранний вулканогенный ареал по латерали.

Судя по данным изотопной геохронологии, начало становления ранней коры на существующих континентах датируется различными возрастными рубежами [1]. Наиболее ранние из них относятся ко времени около 4 млрд. лет, что подтверждается, например, изотопными датировками “серогнейсовых” пород провинции Слейв Канадского щита [28]. Если опираться на имеющиеся в настоящее время наиболее надежные датировки, то можно полагать, что на востоке будущего Евразийского континента этот процесс начался значительно позднее – в пределах Восточно-Сибирского кратона – 3,3-3,4 млрд. лет назад - U-Pb метод SHRIMP [32], Северо-Китайского - 3,5 млрд. лет назад - Sm-Nd метод [37].

Рассмотрим имеющиеся данные по изотопной геохронологии в рамках принятой модели формирования ранней сиалической коры для раннекоровых “серогнейсовых” образований гранулитовой и амфиболитовой фаций Восточно-Сибирского кратона. Наиболее древние достоверные изотопные датировки аналогов пород метабазит-эндербитовой формации на Алданском щите в настоящее время известны в его северо-западной части, в верховьях р. Алдан (в районе Грековского порога). Возраст протолита этих гнейсов, определенных по цирконам на ионном микрозонде (метод SHRIMP) Натманом [32] составляет 3,335 ± 0,003 млрд. лет.

Возраст протолита метабазит-эндербитовой формации Анабарского щита, установленный по цирконам (метод SHRIMP) Е.В. Бибиковой [18] составляет 3,32 ± 0,1 млрд. лет.

Указанные древнейшие датировки, по мнению автора настоящей работы, свидетельствуют о том, что известково-щелочной магматизм, заложивший сиалическую основу фундамента Восточно-Сибирского кратона, начал проявляться одновременно (или почти одновременно) в пределах двух (или более) ареалов, примерно соответствующих расположению Анабарского и Алданского щитов, над центрами мантийных долгоживущих плюмов, под воздействием тепла которых началось частичное плавление первичной гипербазит-базитовой оболочки, нижняя часть которой была метаморфизована в температурных условиях амфиболитовой фации, что соответствует упоминавшейся выше модели формирования ранних магматических расплавов андезитового и дацитового составов. Поверхностным выражением мантийных процессов этого этапа развития Земли было возникновение архипелагов вулканических островов, близких по времени своего образования. Эти архипелаги вулканических островов служили источником сноса осадков в окружающие их, вероятно, мелководные моря.

Первоначальные ареалы проявлений известково-щелочного магматизма (3,3 – 3,4 млрд. лет назад), сформировавшие первичные сиалические массы ядра Восточно-Сибирского кратона, в дальнейшие 100-200 млн лет разрастались, в виде широких поясов вулканических островов, охватывая окружавшую его океаническую гипербазит-базитовую кору. Об этом свидетельствуют имеющиеся изотопные датировки протолитов биотит-амфиболовых гнейсов тоналитового состава в Олекминской гранит-зеленокаменной области – 3,212 млрд. лет (метод SHRIMP [32]).

На юге Алданского щита имеющиеся изотопные датировки для эндербитов Сутамского блока, установленные Sm-Nd и U-Pb методами – 3,067 ± 1,3 млрд. лет [23] и 3131 ± 74 млн лет [23], соответственно, характеризуют, по нашему мнению, возраст их протолита. Близкий возраст – 3,13 ± 0,18 млрд. лет был получен Sm-Nd методом для пород Курультинского блока [30]. На основании этих данных предполагается, что протолиты изученной нами метабазит-эндербитовой формации Сутамского блока и ее аналоги в Курультинском, Зверевском, Джугджурском блоках на юге Алданского щита характеризуют дальнейшую вулканоплутоническую активность конца раннего архея, наращивавшую сиалическую кору юга Восточно-Сибирского кратона.

Ранняя сиалическая кора этого возраста распространялась и на северо-восток от Алданского щита, где выходы ее известны в Охотском и Омолонском массивах, что доказывается возрастом эндербитов последнего, составляющим 3,172 ± 0,015 млрд. лет [2]. В позднем архее корообразовательные процессы сместились к северу и к югу от Алданского щита. Об этом свидетельствуют данные по ксенолитам из кимберлитовых трубок Мирнинского, Алакит-Мархинского, Далдынского, Верхнемунского полей, располагающихся между Алданским и Анабарским щитами. Среди этих ксенолитов установлены эндербиты, двупироксеновые сланцы, амфиболиты [19]. Возраст их протолитов, скорее всего, позднеархейский, о чем свидетельствуют их Sm-Nd модельные датировки – 2,9-3,3 млрд. лет [13]. Южнее Алданского щита, в пределах Становой складчатой области, установлены тоналитовые гнейсы, возраст протолита которых составляет 2,78 млрд. лет (метод SHRIMP [32]). Глубинные аналоги этих гнейсов – эндербиты, представлены в блоках гранулитовых пород, встречающихся в пределах Становой складчатой области. В одном из таких блоков – Ларбинском, изотопная датировка эндербитов составляет 2,67 ± 0,06 млрд. лет (U-Pb метод), отражающая время гранулитового метаморфизма [24].

В это же время происходит наращивание ранней коры и на юго-западной окраине Восточно-Сибирского кратона, что подтверждается возрастом протолитов эндербитов канской серии Ангаро-Канского выступа, составляющий 2,73 ± 0,18 млрд. лет [3].

Процессы позднеархейского сиалического корообразования частично охватывали и территорию выделяемого в настоящее время Центрально-Азиатского складчатого пояса, что доказывается возрастом протолитов метабазит-эндербитовой формации Байдарикского блока Центральной Монголии, который составляет 2,646 ± 0,045 млрд. лет (U-Pb метод). Эти данные подтверждаются и Sm-Nd изотопными измерениями, по которым их модельный возраст определяется интервалом 2,92-3,124 млрд. лет [8]. Однако большая часть ранней сиалической коры Центрально-Азиатского пояса была, вероятно, сформирована в течение протерозоя, о чем свидетельствуют имеющиеся Sm-Nd модельные датировки отдельных групп фанерозойских гранитоидов этого пояса, опубликованные в последнее время. Эти гранитоиды характеризуются отрицательными значениями E_Nd и их модельные возраста составляют интервал 0,85-2,1 млрд. лет, что свидетельствует об их протерозойском коровом сиалическом источнике [7]. На основании этих данных можно полагать, что к концу протерозоя Северо-Китайский и Восточно-Сибирский кратоны были спаяны в единую структуру и составляли основу восточного сегмента Евразийского протоконтинента. В рифее и фанерозое присходило, вероятно, незначительное наращивание сиалической коры этого сегмента за счет океанического дна Пацифики. Об этом свидетельствуют следующие данные. Возраст пород фундамента юго-западной Японии в структурной области Хида составляет 1,96 млрд. лет (U-Pb метод) [38], а в структурном поясе Куросегава, на Тихоокеанском побережье в тектонических блоках наряду с гипербазитами и базитами содержатся диориты, тоналиты, гранодиориты, изотопные датировки которых достигают 0,47 млрд. лет (Rb-Sr метод) [29].

Отсюда следует, что время формирования сиалического фундамента Японских островов было растянуто более чем на 1,5 млрд. лет, что говорит о существенном замедлении процессов сиалического корообразования в рифее и фанерозое в области сочленения протоконтинента и Палеопацифики.

Литература

1. Богатиков О.А., Симон А.К., Пухтель И.С. и др. Ранняя кора Земли: геология, петрология, геохимия // Ранняя кора: ее состав и возраст М.: Наука, 1991. С. 15-26.
1. Бибикова Е.В. Баадсгаард Х. Sm-Nd изотопное датирование древнейших пород Украинского щита и Омолонского массива // Геохимия. 1986. № 5. С. 601-611.
2. Бибикова Е.В., Грачева Т.В., Макаров В.А. и др. Возрастные рубежи в геологической эволюции раннего докембрия Енисейского кряжа // Стратиграфия. Геологическая корреляция. 1993. Т. 1, № 1. С. 35-40.
3. Вольф М.Б., Уайли П. Дж. Некоторые результаты экспериментального исследования дегидратационного плавления амфиболита при 10 кбар // Геология и геофизика. 1993. № 12. С. 100-115.
4. Добрецов Н.Л., Кирдяшкин А.Г., Гладков И.Н. Проблемы глубинной геодинамики и моделирование мантийных плюмов // Геология и геофизика. 1993. Т. 34. № 12. С. 5-23.
5. Дук В.Л., Кицул В.И., Петров А.Ф. и др. Ранний докембрий Южной Якутии. М.: Наука, 1986. 280 с.
6. Коваленко В.И., Ярмолюк В.В., Ковач В.П. и др. Источники фанерозойских гранитоидов Центральной Азии: Sm-Nd изотопные данные // Геохимия. 1996. № 8. С. 699-712.
7. Козаков И.К., Котов А.Б., Ковач В.П. и др. Корообразующие процессы в геологическом развитии Байдарикского блока Центральной Монголии: Sm-Nd изотопные данные // Петрология. 1997. Т. 3, № 3 С. 227-235.
8. Конди К., Аллен П. Происхождение архейских чарнокитов южной Индии // Геохимия архея. М.: Мир, 1987. С. 224-249.
9. Летников Ф.А., Меньшагин Ю.В., Литкевич В.В. и др. Сравнительная энергетическая характеристика флюидных и силикатных систем литосферы // Петрология. 1997. Т. 5. С. 667-670.
10. Мишкин М.А. Метаморфические формации и эволюция метаморфизма в зоне перехода от Азиатского континента к Тихому океану. Автореф. дисс. ...докт. геол.- минер. наук. Владивосток: ДВГИ ДВО РАН, ДВГИ ДВО РАН 1985. 50 с.
11. Мишкин М.А., Карпенко С.Ф., Лаврик С.Н. Sm-Nd изотопная систематика метабазитов сутамского гранулитового комплекса (юг Алданского щита) // Стратиграфия. Геологическая корреляция. (1999, в печати).
12. Неймарк Л.А., Немчин А.А., Розен О.М. и др. Sm-Nd изотопные системы в нижнекоровых ксенолитах из кимберлитов Якутии // Докл. АН. 1992. Т. 327, № 3. С. 374-378.
13. Попов Н.В. Смелов А.П. Метаморфические формации Алданского щита // Геология и геофизика. 1996. Т. 37. № 1. С. 148-161.
14. Портнягин А.Л. Магмообразование в восходящих мантийных струях: вопросы дифференциации вещества // Геохимия. 1987. № 7. С. 946-959.
15. Реутов Л.М. Докембрий центрального Алдана. Новосибирск: Наука, 1981. 184 с.
16. Розен О.М., Андреев В.П., Белов А.Н. и др. Архей Анабарского щита и проблемы ранней эволюции Земли. М.: Наука, 1988. 253 с.
17. Розен О.М., Бибикова Е.В., Журавлев Д.З. Ранняя кора Анабарского щита, возраст и модели формирования // Ранняя кора: ее состав и возраст. М.: Наука, 1991. С. 199-224.
18. Специус З.В., Серенко В.П. Состав континентальной верхней мантии и низов коры под Сибирской платформой. М.: Наука, 1990. 272 с.
19. Хаин В.Е. Основные проблемы современной геологии. М.:Наука, 1994. 190 с.
20. Хенсен Э.К., Ньютон Р.К., Джанардхан А.С. Давления, температуры и метаморфические флюиды в зоне непрерывного перехода от амфиболитовой фации к гранулитовой в южной части шт. Карнатака, Индия // Геохимия архея. М.: Мир, 1987. С. 200-223.
21. Черкасов Р.Ф. Архей Алданского щита. М.: Наука, 1979. 160 с.
22. Шемякин В.М., Глебовицкий В.А., Бережная Н.Г. и др. О возрасте древнейших образований Сутамского блока (Алданский гранулитовый ареал) // Докл. РАН. 1998. Т. 360. № 4. С. 526-529.
23. Эволюция раннедокембрийской литосферы Алдано-Олекмо-Станового региона. Л.: Наука, 1987. 309 с.
24. Allegre C.J.Chemical geodinamics // Tectonophysics. 1982. V. 81. P. 109-132.
25. Arndt N.T. Komatiites: a dirty window to the Archean mantle // Terra Cognita. 1986. V. 6. P. 59-66.
26. Bickle M.J., Ford C.E., Nisbet E.G. The petrogenesis of peridotitic komatiites: evidence from high-pressure melting experiments // Earth Planet. Sci. Lett. 1977. V. 37. P. 97-106.
27. Bowring S.A., Williams I.S., Compston W. 3,96 gneisses from the Slave province, northwest Territories, Canada // Geology. 1989. V. 17. № 11. P. 971-975.
28. Geology and mineral resources of Japan. Geological Survey of Japan. Tokyo. 1977. 430 p.
29. Jahn B.M., Bor-ming, Gruau G., Glikson A.V. Komatiites of the Onverwacht Group, S. Africa: REE Geochemistry, Sm/Nd Age and Mantle Evolution // Contrib. Mineral. Petrol. 1982. V. 80. P. 25-40.
30. Janardhan A.S., Newton R.C., Hansen E.C. The transformation of amphibolite facies gneiss to charnokite in southern Karnataka and northern Tamil Nadu, India // Contrib. Mineral. Petrol. 1982. V. 79. P. 130-149.
31. Nutman A.P. Chernyshev I.V., Baadsgaard H. The Aldan Shield of Siberia, USSR: the age of its Archaean components and evidence for widespread reworking in the midProterozoic // Precambr. Res. 1992. V. 54. P. 195-210.
32. Ohtani E., Kawabe J., Moriyama J. et al. Partioning of elements between majorite garnet and melt and implications for petrogenesis of komatiite // Contrib. Mineral. Petrol. 1989. V. 103. P. 263-269.
33. Pichamuthu C.S. Regional metamorphism and charnockitization in Mysore State, India // Ind.Mineral. 1965. V. 6. P. 119-126.
34. Spalber S.D., Rutherford M.J. The origin of rhyolite and plagiogranite in oceanic crust: an experimental study // J. Petrol. 1983. V. 24. P. 1-25.
35. Tilley C.E. Enderbite, a new member of the charnockite series // Geol. Mag. 1936. V. 73. № 865. P. 892-939.
36. Xuan H., Ziwei B., De Paolo D.J. Sm-Nd isotope study of early Archean rocks, Qianan, Hebei Province, China // Geochim. Cosmochim. Acta. 1986. V. 50. P. 625-631.
37. Yamashita K., Yanagi T. U-Pb and Rb-Sr dating of the Oki metamorphic rocks, the Oki Island, southwest Japan // Geochem. J. 1994. V. 28. P. 333-339.