Эволюция мантийных расплавов и флюидов в докембрии

На примере магматических комплексов Украинского щита показано, что в архее-палеопротерозое состав глубинных мантийных флюидов изменялся закономерно. Окисленные и кислые флюиды, характерные для архея, в палеопротерозое сменились нейтральными водными хлоридно-калиевыми, а после 2,0 млрд лет — щелочны...

Повний опис

Збережено в:
Бібліографічні деталі
Дата:2015
Автор: Усенко, О.В.
Формат: Стаття
Мова:Russian
Опубліковано: Видавничий дім "Академперіодика" НАН України 2015
Назва видання:Доповіді НАН України
Теми:
Онлайн доступ:https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/96943
Теги: Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:Эволюция мантийных расплавов и флюидов в докембрии / О.В. Усенко // Доповiдi Нацiональної академiї наук України. — 2015. — № 7. — С. 99-104. — Бібліогр.: 7 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-96943
record_format dspace
spelling nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-969432025-02-23T17:46:52Z Эволюция мантийных расплавов и флюидов в докембрии Еволюцiя мантiйних розплавiв i флюїдiв у докембрiї Evolution of mantle melts and fluids at the Precambrian Усенко, О.В. Науки про Землю На примере магматических комплексов Украинского щита показано, что в архее-палеопротерозое состав глубинных мантийных флюидов изменялся закономерно. Окисленные и кислые флюиды, характерные для архея, в палеопротерозое сменились нейтральными водными хлоридно-калиевыми, а после 2,0 млрд лет — щелочными карбонатными фторидно-натриевыми. Это определило эволюцию магматических пород докембрия. На прикладi магматичних комплексiв Українського щита показано, що в археї-палеопротерозої склад глибинних мантiйних флюїдiв змiнювався закономiрно. Окисненi та кислi флюїди, що притаманнi архею, в палеопротерозої змiнились нейтральними водними хлоридно-калiєвими, а пiсля 2,0 млрд рокiв — лужними карбонатними фторидно-натровими. Це визначило еволюцiю магматичних порiд докембрiя. On the example of magmatic complexes of the Ukrainian Shield, it is shown that the composition of the Archean-Paleoproterozoic deep mantle fluids changed regularly. Oxidized and acidic fluids, specific to the Archean, were replaced in the Paleoproterozoic by neutral aqueous potassium chloride ones and, after 2.0 billion years, by alkaline carbonate-sodium fluoride ones. This determined the evolution of igneous rocks of the Precambrian. 2015 Article Эволюция мантийных расплавов и флюидов в докембрии / О.В. Усенко // Доповiдi Нацiональної академiї наук України. — 2015. — № 7. — С. 99-104. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. 1025-6415 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/96943 551.2.03 ru Доповіді НАН України application/pdf Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
language Russian
topic Науки про Землю
Науки про Землю
spellingShingle Науки про Землю
Науки про Землю
Усенко, О.В.
Эволюция мантийных расплавов и флюидов в докембрии
Доповіді НАН України
description На примере магматических комплексов Украинского щита показано, что в архее-палеопротерозое состав глубинных мантийных флюидов изменялся закономерно. Окисленные и кислые флюиды, характерные для архея, в палеопротерозое сменились нейтральными водными хлоридно-калиевыми, а после 2,0 млрд лет — щелочными карбонатными фторидно-натриевыми. Это определило эволюцию магматических пород докембрия.
format Article
author Усенко, О.В.
author_facet Усенко, О.В.
author_sort Усенко, О.В.
title Эволюция мантийных расплавов и флюидов в докембрии
title_short Эволюция мантийных расплавов и флюидов в докембрии
title_full Эволюция мантийных расплавов и флюидов в докембрии
title_fullStr Эволюция мантийных расплавов и флюидов в докембрии
title_full_unstemmed Эволюция мантийных расплавов и флюидов в докембрии
title_sort эволюция мантийных расплавов и флюидов в докембрии
publisher Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
publishDate 2015
topic_facet Науки про Землю
url https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/96943
citation_txt Эволюция мантийных расплавов и флюидов в докембрии / О.В. Усенко // Доповiдi Нацiональної академiї наук України. — 2015. — № 7. — С. 99-104. — Бібліогр.: 7 назв. — рос.
series Доповіді НАН України
work_keys_str_mv AT usenkoov évolûciâmantijnyhrasplavoviflûidovvdokembrii
AT usenkoov evolûciâmantijnihrozplaviviflûídivudokembrií
AT usenkoov evolutionofmantlemeltsandfluidsattheprecambrian
first_indexed 2025-11-24T06:01:46Z
last_indexed 2025-11-24T06:01:46Z
_version_ 1849650426452901888
fulltext УДК 551.2.03 О.В. Усенко Эволюция мантийных расплавов и флюидов в докембрии (Представлено академиком НАН Украины В. И. Старостенко) На примере магматических комплексов Украинского щита показано, что в архее-палео- протерозое состав глубинных мантийных флюидов изменялся закономерно. Окисленные и кислые флюиды, характерные для архея, в палеопротерозое сменились нейтральными водными хлоридно-калиевыми, а после 2,0 млрд лет — щелочными карбонатными фто- ридно-натриевыми. Это определило эволюцию магматических пород докембрия. Ключевые слова: архей, палеопротерозой, мантийные флюиды, эволюция. Отражением эволюции Земли является изменение состава магматических и хемогенно-оса- дочных комплексов, а также связанных с ними месторождений полезных ископаемых. Раз- витие Земли, как любой сложной термодинамической системы, является направленным. На- правление — диссипация внутренней энергии и перераспределение вещества. Внутренняя энергия растрачивается на остывание через поверхность кондуктивным путем и в боль- шей степени — в процессе конвективного перераспределения вещества недр. Последний процесс имеет еще один результат — распределение химических элементов по вертикали. В процессе эволюционного развития осуществляется формирование стратифицированных оболочек, минеральный и химический составы которых зависит от PT -условий существо- вания. Самые древние вулканогенные породы Украинского щита (УЩ) образовались около 3,65 млрд лет назад. Наличие вулканогенных пород позволяет восстановить протекание глубинного процесса. Состав расплавов определяется двумя факторами [1]: протеканием геодинамического процесса — глубиной расположения границы литосфе- ра — астеносфера (ЛАГ), определяющей PT -условия дифференциации расплава; физико-химическими взаимодействиями в расплаве, которые, в свою очередь, обуслов- лены составом флюида, сопровождающего дифференциацию в данных PT -условиях. В публикации [2] показано, что глубины расположения ЛАГ в докембрии можно считать аналогичными протерозойским, так как они определяются той же причиной — изменением поведения вещества при изменении давления. Рассмотрение ограничено нижней границей формирования расплавов, достигающих поверхности Земли — 200–250 км. При формировании зеленокаменных структур Среднеприднепровского мегаблока (СПМБ) мощность литосферы могла изменяться во времени от 50 до 250 км и опреде- лялась протеканием глубинного процесса [2]. При вынесении “горячего” вещества снизу происходили прогрев и плавление литосферы — уменьшение мощности. В архее формирование мантии только начинается, поскольку при давлении более 1,5 ГПа может кристаллизоваться состав, незначительно отличающийся от состава перидотита. При более высоких давлениях устойчивы оливин, пироксен, шпинель и гранат. Содержание пет- рогенных окислов должно приближенно соответствовать: MgO ∼40%, SiO2 ∼44%, FeO ∼8%. © О.В. Усенко, 2015 ISSN 1025-6415 Доповiдi НАН України, 2015, №7 99 На долю Al2O3 и СаО приходится ∼3%. Амфиболы, слюды, клинопироксены, а также дру- гие минералы, обогащенные глиноземом, железом, кальцием, щелочами, приближающими состав мантии к составу пиролита (более глиноземистого и кальциевого), могут присут- ствовать в незначительных количествах. Поэтому для кристаллизации мантии на глубинах до 50–250 км избыток кремнезема, глинозема, а также окисленного флюида (кислорода в виде Н2О и СО2) должен быть удален из расплава. Углерод в виде графита и алма- за может входить в состав недеплетированных участков мантии — верлитов, эклогитов, ильменитовых гипербазитов. Однако его доля, как и количество глиноземистых и железис- тых пород, не может быть значительной. Железо в составе мантии должно быть прочно связано в составе силикатов и шпинелей, а его количество в составе отдельных минера- лов и мантии в целом — уменьшаться с увеличением давления. Повышенные содержания сульфидов, окислов и графита приведут к резкому снижению температуры плавления, что имеет следствием неустойчивость формирующейся мантии: для ее плавления достаточно незначительного повышения температуры. Возможно, обогащение легкоплавкой компонен- той литосферной мантии также являлось причиной длительности архейской активизации (от ∼3,4 до 2,8 млрд лет). То есть, формирование кристаллической мантии в поле градиента давления включает не только падение температуры до температуры солидуса перидотита с незначительным количеством примесных фаз (пиролита), но и удаление компонентов, избыточных для перидотита. Этот процесс и прослеживается в изменении состава пород архея-палеопротерозоя. До 2,8 млрд лет базальтоидная составляющая (SiO2, Al2O3 и СаО) выносилась из ман- тии на поверхность расплавами. Флюиды, их сопровождавшие, были водно-хлоридными окисленными. Вследствие этого были обогащены железом, а также содержали кремнезем и глинозем. Главный тренд дифференциации расплавов в архее — избавление глубинных оболочек от кислорода. Он выносился с расплавами в виде растворенного в них водного (кислого с хлором) и карбонатного флюидов. Обстановка формирования расплавов, сопут- ствующих эксгаляционных пород (в том числе железистых) была окислительной. Углево- дороды не образовывались. На этапах, когда дифференциация расплавов протекала под корой, оливин и пироксены кристаллизовались в мантии, а полученный в результате базальтовый расплав проникал в кору [3]. Под действием тепла глубинной астеносферы и внедренных расплавов проис- ходило плавление нижней части коры. Оно сопровождалось растворением пород коры под действием кислых водных флюидов, которые поступали из мантии с расплавом. Кремне- зем, глинозем, железо, натрий экстрагировались из расплава и пород коры, концентриро- вались во флюиде, что приводило к приближению его состава к гранитоидному распла- ву. В нижней части коры также осуществлялась кристаллизационная дифференциация. В PT -условиях коры кристаллизатом служили амфибол, плагиоклаз, биотит. Происходила гранитизация (раскисление) корового интервала глубин. Гранитизация повторялась много- кратно: 3,17 млрд лет, 3,11–3,05, 3,0–2,95, 2,85–2,8 млрд лет назад. Около 2,8 млрд лет назад формировались первые разломные зоны, наблюдаемые на современном уровне эрозионного среза. Таким образом, результат архейских событий — кристаллизация пиролитовой (перидо- титовой, но содержащей эклогиты и ильменитовые гипербазиты) мантии, а также формиро- вание коры гранит-андезитового состава. Этот факт подтверждается возрастом ксенолитов, выносимых кимберлитовыми расплавами на кратонах. Возраст ксенолитов эклогитов труб- ки Робертс Виктор (2,7 ± 0,1) млрд лет, Удачной — (2,9 ± 0,4) [4]. Включения сульфидов 100 ISSN 1025-6415 Dopov. Nac. akad. nauk Ukr., 2015, №7 в алмазах из эклогитов трубок Корифонтейн, Кимберли и Орапа также имеют архейский возраст ∼3 млрд лет [5]. Следующая глобальная активизация началась на границе неоархея–палеопротерозоя: не ранее 2,65 и не позже 2,5 млрд лет назад. Изменение мощности литосферы происходило в последовательности, сходной с архейс- кой [6]. Территория разделилась на блоки, разграниченные шовными зонами (ШЗ). Изме- нилась площадь, на которой мощность литосферы одинакова в одно время, а также состав вещества, выносимого на блоках и в ШЗ. Большая часть СПМБ не участвовала в процес- се. В ШЗ происходило вынесение окисленного и кислого флюида, обогащенного железом и формировались железистые пласты значительной мощности, тогда как на блоках выно- силась преимущественно базальтоидная составляющая — происходило накопление вулкано- генно-осадочной толщи, не включающей железистую формацию. Если в архее поступление глубинного вещества было связано с конвективными течениями, то при формировании ШЗ щит разделялся на блоки, наличие которых связано со структурами, расположенными глуб- же 200–250 км. Разломы, ограничивающие шовные зоны, образованы 2,45 млрд лет назад. По всей видимости, они являлись поверхностными проекциями глубинных структурных неоднородностей, по которым происходило вынесение вещества с глубин более 250 км к по- верхности. Возможно, под ШЗ происходило вынесение вещества из еще более глубинных слоев мантии. В составе криворожской серии преобладают эксгаляционно-осадочные породы, в том числе железистой формации, что является отражением изменения состава флюида, сопро- вождающего дифференциацию на кровле астеносферы [1]. В Криворожско-Кременчугской ШЗ появляются не только сине-краснополосчатые джеспилиты, почти полностью состоя- щие из окислов железа и кремнезема, но и графитсодержащие прослои. Сокращается доля магнезиальных пород: коматииты не образуются, магнезиальные карбонаты представлены брейнеритом, но появляется и доломит. Железистые породы (джеспилиты) содержат магнетит и гематит. Комплекс признаков свидетельствует о сокращении доли воды при сохранении роли хлора. Наличие графита указывает на протекание окислительно-восста- новительных реакций и проявление несмесимости на кровле астеносферы. Это возможно только при снижении окислительного потенциала и повышении щелочности на отдельных этапах геодинамического процесса (при дифференциации расплавов на 100 км). Дальнейшая эволюция состава глубинного флюида отражена в составе массивов, сло- женных габбро-монцонитами, сиенитами и гранитоидами (Новоураинского, Хлебодаровско- го и др.), образовавшимися накануне и в процессе палеопротерозойской гранитизации [7]. Их появление связано с зонами пересечения внутриблоковых меридиональных и субши- ротных разломных зон. Интрузивные граниты плавно переходят в палингенные. К началу формирования массивов мантийные расплавы были обогащены слабощелочными хлорид- но-калиевыми флюидами. Влияние флюидов наиболее сказывается в расплавах, диффе- ренцированных в подкоровом очаге — габбро-монцонитах, сиенитах. При дифференциации расплава были активны калий и титан, пассивные в архее. Железо в двухвалентной форме входило в состав пироксенов, оливина, что указывает на присутствие воды, нейтрализацию хлора калием и соответственно относительно невысокую щелочность. Вследствие присут- ствия воды (хотя ее количество несопоставимо с архейским), среда была слабокислая-ней- тральная в ШЗ. В зонах внутриблоковых глубинных разломов (шов Херсон-Смоленск) — слабощелочная-нейтральная. По зонам глубинных разломов осуществлялась разгрузка во- дного хлоридно-калиевого флюида, что приводило к распространению корового очага плав- ISSN 1025-6415 Доповiдi НАН України, 2015, №7 101 ления на площадь всего щита (кроме СПМБ ?) — глобальной гранитизации. В отличие от архейской она протекала в один этап (2,05–2,02 млрд лет назад), но также фиксируется на всех щитах мира. В процессе палеопротерозойской гранитизации тоналит-трондьемитовая кора была пол- ностью переработана. Только самый верхний (до 15 км) слой сохранил архейский струк- турный рисунок (на УЩ–СПМБ и северная часть западного Приазовья). Там, где прохо- дила палеопротерозойская активизация, он практически полностью уничтожен эрозией — на большую часть поверхности выходят палингенные микроклиновые граниты, в проте- розое размещавшиеся на глубине около 20 км. Их состав в пределах УЩ изменяется не- значительно. В процессе палеопротерозойской активизации осуществлялись вертикальные и горизонтальные перемещения поверхности значительной амплитуды. После гранитизации (∼2,0 млрд лет назад) состав глубинного флюида изменился пол- ностью. Вода во флюиде, поступавшем из мантии, отсутствовала. В мантийных очагах дифференциации происходят окислительно-воссстановительные взаимодействия. Следст- вие участия ультращелочных карбонатных фторидно-натриевых флюидов — появление кар- бонатитовых расплавов и графита [1]. Одно из самых ярких проявлений — Черниговский комплекс карбонатитов Приазовского мегаблока. При давлениях >1,5 и <4,5 ГПа карбо- натный флюид и силикатный расплав в щелочной среде несмесимы. В карбонатитах кон- центрировались кальций и железо (массовое содержание СаО в севитах 40%, окислов желе- за — 5–10%). Катионы распределялись между фазами неравномерно. Карбонатный расплав был обогащен CaО и FeО. В силикатном расплаве наблюдался их дефицит. В нем концен- трировались натрий и глинозем. На поверхности формировались нефелиновые сиениты, а в восточной части Приазовского мегаблока — породы Октябрьского массива, окруженные мариуполитами. Магматические породы содержат углеводороды, образующиеся в процессе глубинной дифференциации расплава. На заключительных этапах активизации ЛАГ ра- сполагалась на глубине 100 км. В это же (или близкое) время образовались массивы анортозитов-гранитов рапакиви (Коростенский и Корсунь-Новомиргородский). Особенности строения и протекания акти- визации в западной и центральной частях УЩ после 2,0 млрд лет назад обусловили иные породные комплексы при том же составе глубинного флюида. В отличие от Приазовско- го мегаблока, расплавы формировались под корой. В трансрегиональной разломной зоне Херсон–Смоленск на границе кора — мантия и в коре очаг плавления, существовавший при гранитизации, сохранился. Поэтому щелочные флюиды, поступавшие из глубинных оболо- чек, смешивались с остаточными расплавами и водными хлоридно-калиевыми флюидами, что обусловило особенности состава массивов анортозитов — гранитов рапакиви, а также появление синхронных литий-фтористых гранитов и редкометалльных пегматитов. Появ- ление месторождений урана, синхронных формированию Корсунь-Новомиргородского плу- тона, связано с активностью глубинных щелочных флюидов и их нейтрализацией у по- верхности. Уран накапливается в карбонатно-натриевых растворах и в расплаве существу- ет в шестивалентной форме в составе карбонатных комплексов. Однако для образования оксидов урана необходимо его восстановление до четырехвалентного. Это возможно при по- нижении щелочности и в более окисленной среде, что и происходило в коре при смешении поступавших щелочных карбонатно-натриевых и сохранившихся водно-хлоридно-калиевых флюидов и расплавов. Во время формирования массивов габбро-анортозитов и щелочных пород вынесение ве- щества (магматических расплавов, а затем гидротермальных растворов) происходило мно- 102 ISSN 1025-6415 Dopov. Nac. akad. nauk Ukr., 2015, №7 гократно с незначительными интервалами. Это связано с активностью разломных зон (Не- мировской, Херсон–Смоленской, Грузско-Еланчикской) значительной глубиности. Верти- кальные и горизонтальные движения поверхности 2,0–1,75 млрд лет назад также имели максимальную амплитуду за рассматриваемый период. В это время было сформировано разломно-блоковое строение платформы, которое только активизировалосьвболее поздних геодинамических процессах. Таким образом, в архее-палеопротерозое происходило формирование стратифицирован- ных оболочек — коры и верхней мантии Земли, состав которых постепенно приближал- ся к современному. Перераспределение вещества осуществлялось в процессе длительных активизаций и сопровождалось изменением количества и состава расплавов и флюидов, выносимых из глубинных геосфер. Окисленные и кислые флюиды, характерные для ар- хея, в палеопротерозое сменились нейтральными водными хлоридно-калиевыми, а после 2,0 млрд лет — щелочными карбонатными фторидно-натриевыми. Это определило эволю- цию магматических пород докембрия. Цитированная литература 1. Усенко О.В. Формирование расплавов: геодинамический процесс и физико-химические взаимодей- ствияю – Киев: Наук. думка, 2014. – 240 с. 2. Усенко О.В. Условия формирования зеленокаменных структур Приднепровского блока Украинского щита // Геофиз. журн. – 2006. – 28, № 6. – С. 74–93. 3. Усенко О.В. Условия формирования гранитоидов Среднеприднепровской гранит-зеленокаменной об- ласти // Геофиз. журн. – 2014. – 36, № 2. – С. 57–74. 4. Pearson D. J., Canil D., Shirey S.B. Mantle samples included in volcanics rocks: Xenoliths and diamonds. – The Mantle and Core / Ed. by R.W. Carlson. – Oxford: Elsevier, 2005. – P. 171–276. 5. Shirey S. B., Carlson R.W., Richardson S. N., Menzies A., Gurney J. J., Pearson D.G., Harris J. B., Wiechert U. Archean emplacement of eclogitic components into lithospheric mantle during formation of the Kaapvaal craton // Geophys. Res. Lett. – 2001. – 28. – P. 2509–2512. 6. Усенко О.В. Этапы развития Криворожско-Кременчугской зоны // Доп. НАН України. – 2006. – № 4. – С. 127–132. 7. Усенко О.В. Глубинное развитие Ингульского блока Украинского щита в период формирования Но- воукраинского и Корсунь-Новомиргородского плутонов // Геофиз. журн. – 2013. – 35, № 3. – С. 54–69. References 1. Usenko O.V. The formation of melt: geodynamical process and physico-chemical reactions, Kiev: Naukova Dumka, 2014 (in Russian). 2. Usenko O.V. Geophys. J., 2006, 28, No 2: 74–93 (in Russian). 3. Usenko O.V. Geophys. J., 2014, 36, No 6: 57–74 (in Russian). 4. Pearson D. J., Canil D., Shirey S. B. Mantle samples included in volcanics rocks: Xenoliths and diamonds, The Mantle and Core. Ed. by R.W. Carlson. Oxford: ELSEVIER Ltd, 2005: 171–276. 5. Shirey S. B., Carlson R.W., Richardson S. N., Menzies A., Gurney J. J., Pearson D.G., Harris J. B., Wiechert U. Geophys. Res. Lett., 2001, 28: 2509–2512. 6. Usenko O.V. Dopov. NAN Ukraine, 2006, No 4: 127–132 (in Russian). 7. Usenko O.V. Geophys. J., 2013, 35, No 3: 54–69 (in Russian). Поступило в редакцию 09.02.2015Институт геофизики им. С.И. Субботина НАН Украины, Киев ISSN 1025-6415 Доповiдi НАН України, 2015, №7 103 О.В. Усенко Еволюцiя мантiйних розплавiв i флюїдiв у докембрiї Iнститут геофiзики iм. С. I. Субботiна НАН України, Київ На прикладi магматичних комплексiв Українського щита показано, що в археї-палеопро- терозої склад глибинних мантiйних флюїдiв змiнювався закономiрно. Окисненi та кислi флюїди, що притаманнi архею, в палеопротерозої змiнились нейтральними водними хлори- дно-калiєвими, а пiсля 2,0 млрд рокiв — лужними карбонатними фторидно-натровими. Це визначило еволюцiю магматичних порiд докембрiя. Ключовi слова: архей, палеопротерозой, мантiйнi флюїди, еволюцiя. O.V. Usenko Evolution of mantle melts and fluids at the Precambrian S. I. Subbotin Institute of Geophysics of the NAS of Ukraine, Kiev On the example of magmatic complexes of the Ukrainian Shield, it is shown that the composition of the Archean-Paleoproterozoic deep mantle fluids changed regularly. Oxidized and acidic fluids, specific to the Archean, were replaced in the Paleoproterozoic by neutral aqueous potassium chloride ones and, after 2.0 billion years, by alkaline carbonate-sodium fluoride ones. This determined the evolution of igneous rocks of the Precambrian. Кeywords: Archaean, Paleoproterozoic, mantle fluids, evolution. 104 ISSN 1025-6415 Dopov. Nac. akad. nauk Ukr., 2015, №7