Мафит-ультрамафитовые субдукционные комплексы Беломорской эклогитовой провинции: состав и условия формирования

   Объект исследования. Ассоциация метаморфических пород Салмы (Беломорская эклогитовая провинция (БЭП), Фенноскандинавский щит Восточно-Европейского кратона) представляет собой проявление единого мезо-неоархейского субдукционно-аккреционного комплекса активной континентальной окраины Кольского палеоконтинента.

   Цель. Исследовать генетические связи между эклогитами, метаперидотитами, продуктами плавления эклогитов в зоне субдукции и вмещающими эти породы тоналит-трондьемит-гранодиоритовыми (ТТГ) гнейсами.

   Общие положения. Представлено обобщение по породам мезо-неоархейской зоны океанической палеосубдукции под активную континентальную окраину Кольского палеоконтинента. Работа включает как литературные, так и новых петрологические и геохимические данные. Эклогиты: субдукционные эклогиты БЭП локализованы внутри ТТГ гнейсов и имеют дифференцированные составы протолитов океанической коры (от N-MORB до E-MORB). Эклогиты сохраняют следы прогрессивной эволюции океанической коры: от ее формирования в медленноспрединговом центре и низкотемпературного преобразования на морском дне до субдукции в мантию на глубины более 70 км. Адакиты и андезиты. Адакитовые лейкосомы в эклогитах и адакитовые гнейсы указывают на частичное плавление относительно молодой эклогитизированной океанической коры на глубинах > 70 км и температурах > 750 °C. Значительные объемы андезитовых магм, вероятно, возникли при плавлении мантийного клина, метасоматизированного надсубдукционными флюидами. Как андезитовый, так и адакитовый надсубдукционный магматизм способствовали росту континентальной окраины.

   Метаперидотиты. В эклогитах встречаются ультрамафиты: серпентиниты, тальковые сланцы, карбонатсодержащие хлоритовые гарцбургиты со слоями и жилами гранатовых пироксенитов. Метаперидотиты образовались в результате низкотемпературной гидратации абиссальных мантийных перидотитов в медленноспрединговом океаническом хребте или в зоне изгиба плиты у глубоководного желоба, что привело к их превращению в серпентиниты. Крупные фрагменты серпентинитов были тектонически внедрены в субдуцирующую плиту. Хлоритовые гарцбургиты сформировались за счет частичной дегидратации серпентинитов на глубине > 30 км и температурах ≈ 650 °C. На глубинах > 70 км и температурах > 750°C мантийные породы взаимодействовали с расплавами, отделявшимися от слэба, образуя прослои и жилы гранатовых пироксенитов вебстеритового состава.

   Выводы. Исследованные в Беломорской эклогитовой провинции породы фиксируют полный цикл эволюции океанической литосферы (кора и мантия) в архейской зоне субдукции и синхронное формирование активной окраины Кольского палеоконтинента. Породы, описанные в статье, отражают ключевые этапы этого процесса.

1. Балаганский В.В., Горбунов И.А., Мудрук С.В. (2016) Палеопротерозойские Лапландско-Кольский и Свекофеннский орогены (Балтийский щит). Вестн. Кольского НЦ РАН, (3), 5-11.

2. Докукина К.А., Баянова Т.Б., Каулина Т.В., Травин А.В., Минц М.В., Конилов А.Н., Серов П.А. (2012) Беломорская эклогитовая провинция: последовательность и возраст событий в истории эклогитовой ассоциации Гридино. Геология и геофизика, 53(10), 1338-1371.

3. Пожиленко В.И. (1987) Метагипербазиты Енско-Риколатвинской зоны Северо-Западного Беломорья. Базит-гипербазитовый магматизм главных структурно-формационных зон Кольского полуострова. Апатиты: КФ АН СССР, 83-87.

4. Скублов С.Г., Березин А.В., Бережная Н.Г. (2012) Общие закономерности состава цирконов из эклогитов по редким элементам применительно к проблеме возраста эклогитов Беломорского подвижного пояса. Петрология, 20(5), 470-494.

5. Скублов С.Г., Березин А.В., Мельник А.Е. (2011) Палеопротерозойские эклогиты северо-западной части Беломорского подвижного пояса, район Салмы: состав и изотопно-геохимическая характеристика минералов, возраст метаморфизма. Петрология, 19(5), 493-519.

6. Щипанский А.А., Ходоревская Л.И., Слабунов А.И. (2012б) Геохимия и изотопный возраст эклогитов Беломорского пояса (Кольский полуостров): свидетельства осубдуцировавшей архейской океанической коре. Геология и геофизика, 53(3), 341-364.

7. Щипанский А.А., Ходоревская Л.И., Конилов А.Н., Слабунов А.И. (2012а) Эклогиты Беломорского пояса (Кольский полуостров): геология и петрология. Геология и геофизика, 53(1), 3-29.

8. Balagansky V.V., Maksimov O.A., Gorbunov I.A., Gorbunova T.V., Mudruk S.V., Sidorov M.Yu., Sibelev O.S., Slabunov A.I. (2024) Early Precambrian eclogites in the Belomorian Province, eastern Fennoscandian Shield. Precambrian Res., 413, 107579. doi: 10.1016/j.precamres.2024.107579

9. Baxter E.F., Caddick M.J., Dragovic B. (2017) Garnet: A Rock-Forming Mineral Petrochronometer. Rev. Mineral. Geochem., 83(1), 469-533. doi: 10.2138/rmg.2017.83.15

10. Bertrand P., Mercier J.-C.C. (1985) The mutual solubility of coexisting ortho- and clinopyroxene: toward an absolute geothermometer for the natural system? Earth Planet. Sci. Lett., 76(1-2), 109-122. doi: 10.1016/0012-821X(85)90152-9

11. Bibikova E., Skiöld T., Bogdanova S., Gorbatschev R., Slabunov A. (2001) Titanite rutile thermochronometry across the boundary between the Archaean Craton in Karelia and the Belomorian Mobile Belt, eastern Baltic Shield. Precambrian Res., 105(2-4), 315-330. doi: 10.1016/S0301-9268(00)00117-0

12. Bjørnerud M.G., Austrheim H. (2004) Inhibited eclogite formation: The key to the rapid growth of strong and buoyant Archean continental crust. Geology, 32(9), 765- 768. doi: 10.1130/G20590.1

13. Bromiley G.D., Pawley A.R. (2003) The stability of antigorite in the systems MgO–SiO₂–H₂O (MSH) and MgO–Al₂O₃–SiO₂–H₂O (MASH): the effects of Al³⁺ substitution on high-pressure stability. Amer. Miner., 88(1), 99- 108. doi: 10.2138/am-2003-0113

14. Cherniak D.J., Watson E.B. (2003) Diffusion in zircon. Rev. Miner. Geochem., 53(1), 113-143. doi: 10.2113/0530113

15. Contreras-Reyes E., Grevemeyer I., Flueh E.R., Scherwath M. (2007) Alteration of the subducting oceanic lithosphere at the southern central Chile trench/outer rise. Geochem. Geophys. Geosyst., 8(7). doi: 10.1029/2007GC001632

16. Davies G.F. (1992) On the emergence of plate tectonics. Geology, 20(11), 963-966. doi: 10.1130/0091-7613(1992)020<0963:OTEOPT>2.3.CO;2

17. Deschamps F., Godard M., Guillot S., Hattori K. (2013) Geochemistry of subduction zone serpentinites : A review. Lithos, 178, 96-127. doi: 10.1016/j.lithos.2013.05.019

18. Dick H.J.B., Natland J.H., Alt J.C., Bach W., Bideau D., Gee J.S., Haggas S., Hertogen J.G.H., Hirth G., Holm P.M., Ildefonse B., Iturrino G.J., John B.E., Kelley D.S., Kikawa E., Kingdon A., LeRoux P.J., Maeda J., Meyer P.S., Miller D.J., Naslund H.R., Niu Y.- L., Robinson P.T., Snow J., Stephen R.A., Trimby P.W., Worm H.- U., Yoshinobu A. (2000) A long in situ section of the lower ocean crust: Results of ODP Leg 176 drilling at the Southwest Indian Ridge. Earth Planet. Sci. Lett., 179(1), 31-51. doi: 10.1016/S0012-821X(00)00102-3

19. Dokukina K., Mints M. (2019) Subduction of the Mesoarchaean spreading ridge and related metamorphism, magmatism and deformation by the example of the Gridino eclogitized mafic dyke swarm, the Belomorian Eclogite Province, eastern Fennoscandian Shield. J. Geodyn., 123, 1-37. doi: 10.1016/j.jog.2018.11.003

20. Dokukina K.A., Mints M.V., Konilov A.N. (2017) Melting of eclogite facies sedimentary rocks in the Belomorian Eclogite Province, Russia. J. Metamorph. Geol., 35(4), 435-451. doi: 10.1111/jmg.12239

21. Dokukina K.A., Kaulina T.V., Konilov A.N., Mints M.V., Van K.V., Natapov L., Belousova E., Simakin S.G., Lepekhina E.N. (2014) Archean to Palaeoproterozoic high-grade evolution of the Belomorian Eclogite Province in Fennoscandian Shield (Gridino area): geochronological evidences. Gondwana Res., 25(2), 585-613. doi: 10.1016/j.gr.2013.02.014

22. Dokukina K.A., Konilov A.N., Bayanova T.B., Sheshukov V.S., Okina O.I., Golunova M.A., Rizvanova N.G., Sergeeva N.A., Van K.V. (2024) Metamorphised plagiogranite veins in Salma eclogites, Belomorian eclogite province. Precambrian Res., 400, 107248. doi: 10.1016/j.precamres.2023.107248

23. Dokukina K.A., Mints М.V., Khubanov V.B., Sheshukov V.S., Konilov A.N., Bayanova T.B., Kaulina T.V., Golunova M.A., Dokukin P.A., Okina O.I., Van K.V., Yudin D.S., Travin A.V., Zaitsev A.V., Kosorukov V.L., Pozhilenko V.I., Golovanova T.I. (2021) Early Palaeoproterozoic granulite-facies metamorphism and partial melting of eclogite-facies rocks in the Salma association, eastern Fennoscandian Shield, Russia. Precambrian Res., 361, 106260. doi: 10.1016/j.precamres.2021.106260

24. Drummond M.S., Defant M.J., Kepezhinskas P.K. (1996) Petrogenesis of slab derived tonalite-dacite adakite magmas. Trans. R. Soc. Edinburgh, 58, 205-215.

25. Furnes H., Minik R., Yildirim D., de Wit M. (2009) Isua supracrustal belt (Greenland) – A vestige of a 3.8 Ga suprasubduction zone ophiolite, and the implications for Archean geology. Lithos, 113(1-2), 115-132. doi: 10.1016/j.lithos.2009.03.043

26. Gerya T. (2014) Precambrian geodynamics: Concepts and models. Gondwana Res., 25(2), 442-463. doi: 10.1016/j.gr.2012.11.008

27. Gorton M.P., Schandl E.S. (2000) From continents to island arcs: A geochemical index of tectonic setting for arc-related and within-plate felsic to intermediate volcanic rocks. Can. Miner., 38, 1065-1073.

28. Grimes C.B., John B.E., Cheadle M.J., Mazdab F.K., Wooden J.L., Swapp S., Schwartz J.J. (2009) On the occurrence, trace element geochemistry, and crystallization history of zircon from in situ ocean lithosphere. Contrib. Mineral. Petrol., 158, 757-783. doi: 10.1007/s00410-009-0409-2

29. Grimes C.B., John B.E., Cheadle M.J., Wooden J.L. (2008) Protracted construction of gabbroic crust at a slow spreading ridge: Constraints from 206Pb/238U zircon ages from Atlantis Massif and IODP Hole U1309D (30 °N, MAR). Geochem. Geophys. Geosyst., 9(8), Q08012. doi: 10.1029/2008GC002063

30. Hacker B.R., Peacock S.M., Abers G.A., Holloway S.D. (2003) Subduction factory-2. Are intermediate-depth earthquakes in subducting slabs linked to metamorphic dehydration reactions? Geophys. Res. Solid Earth, 108(B1), 2029. doi: 10.1029/2001JB001129

31. Harley S.L. (1984) An experimental study of the partitioning of Fe and Mg between garnet and orthopyroxene. Contrib. Mineral. Petrol., 86, 353-373.

32. Herzberg C., Condie K., Korenaga J. (2010) Thermal history of the Earth and its petrological expression. Earth Planet. Sci. Lett., 292(1-2), 79-88. doi: 10.1016/j.epsl.2010.01.022

33. Hofmann A.W. (1988) Chemical differentiation of the Earth: the relationship between mantle, continental crust and oceanic crust. Earth Planet. Sci. Lett., 90, 297-314.

34. Imayama T., Oh C.W., Batybaev S.K., Park C.S., Yi K., Jung H. (2017) Paleoproterozoic high-pressure metamorphic history of the Salma Eclogite on the Kola Peninsula, Russia. Lithosphere, 9(6), 855-873. doi: 10.1130/L657.1

35. Irvine T.N. (1967) Chromian spinel as a petrogenetic indicator. Pt 2. Petrologic applications. Can. J. Earth Sci., 4, 71-103.

36. Ishii T., Robinson P.T., Maekawa H., Fiske R. (1992) Petrological studies of peridotites from diapiric serpentinite seamounts in the Izu–Ogasawara–Mariana forearc, Leg 125. Proceedings of the Ocean Drilling Program Scientific Results 125 (Ed. by P. Fryer, J.A. Pearce, LB. Stokking). College Station, TX: Ocean Drilling Program, 445-486.

37. Kerrick D.M. (2002) Geology. Serpentinite subduction. science, 298, 1344-1345. doi: 10.1126/science.298.5597.1344

38. Konilov A.N., Shchipansky A.A., Mints M.V., Kaulina T.V., Dokukina K.A., Bayanova T.B., Natapov L.M., Belousova E.A., Griffin W.L., O’Reilly S.Y. (2011) The Salma eclogites from the Belomorian Province, Russia: evidence for HP/UHP metamorphism through the subduction of the Mesoarchean oceanic crust. Ultrahigh-Pressure Metamorphism: 25 Years After the Discovery of Coesite and Diamond (Ed. by L. Dobrzhinetskaya, S. Cuthbert, W. Faryad, S. Wallis). London, Elsevier, 623-670.

39. Lenardic A. (2018) The diversity of tectonic modes and thoughts about transitions between them. Philos. Trans. R. Soc. A, 376, 20170416.

40. Li B., Ge J., Zhang B. (2018) Diffusion in garnet : a review. Acta Geochim., 37(1), 19-31. doi: 10.1007/s11631-017-0187-x

41. Li X., Zhang L., Wei C., Bader T., Guo J. (2023) Cold subduction recorded by the 1.9 Ga Salma eclogite in Belomorian Province (Russia). Earth Planet. Sci. Lett., 602, 117930. doi: 10.1016/j.epsl.2022.117930

42. Li X., Zhang L., Wei C., Zhang G. (2025) Orosirian cold eclogite from Baltica marks the onset of modern plate tectonics. Earth Planet. Sci. Lett., 663, 19417. doi: 10.1016/j.epsl.2025.119417

43. Li X.L., Zhang L.F., Wei C.J., Slabunov A.I., Bader T. (2017) Neoarchean-Paleoproterozoic granulite-facies metamorphism in Uzkaya Salma eclogite-bearing mélange, Belomorian Province (Russia). Precambrian Res., 294, 257- 283. doi: 10.1016/j.precamres.2017.03.031

44. Liu F., Zhang L., Li X., Slabunov A.I., Wei C., Bader T. (2017) The metamorphic evolution of Paleoproterozoic eclogites in Kuru-Vaara, northern Belomorian Province, Russia: Constrains from P-T pseudosections and zircon dating. Precambrian Res., 289, 31-47. doi: 10.1016/j.precamres.2016.11.011

45. Malaspina N., Alvaro M., Campione M., Wilhelm H., Nestola F. (2015) Dynamics of mineral crystallization from precipitated slab-derived fluid phase: first in situ synchrotron X-ray measurements. Contrib. Mineral. Petrol., 169, 26. doi: 10.1007/s00410-015-1121-z

46. Mints M.V., Dokukina K.A. (2020) Age of eclogites formed by the subduction of the Mesoarchaean oceanic crust (Salma, Belomorian Eclogite Province, Kola peninsula, Russia): A synthesis. Precambrian Res., 350, 105879. doi: 10.1016/j.precamres.2020.105879

47. Mints M.V., Belousova E.A., Konilov A.N., Natapov L.M., Shchipansky A.A., Griffin W.L., O’Reilly S.Y., Dokukina K.A., Kaulina T.V. (2010) Mesoarchean Subduction Processes: 2.87 Ga eclogites from the Kola Peninsula, Russia. Geology, 38, 739-742. doi: 10.1130/G31219.1

48. Mints M.V., Dokukina K.A., Konilov A.N. (2014) The Meso-Neoarchaean Belomorian eclogite province: Tectonic position and geodynamic evolution. Gondwana Res., 25, 561-584. doi: 10.1016/j.gr.2012.11.010

49. Mints M.V., Dokukina K.A., Konilov A.N., Kaulina T.V., Belousova E.A., Dokukin P.A., Natapov L.M., Van K.V. (2015) Mesoarchean-Kola-Karelia continent. East European Craton: Early Precambrian history and 3D models of deep crustal structure: Special Paper, 510 (Ed. by K. Condie, F.E. Harvey). Boulder, CO, Geol. Soc. Amer., 15-88.

50. Nebel O., Vandenburg E.D., Capitanio F.A., Smithies R.H., Mulder J., Cawood P.A. (2024) Early Earth “subduction”: short-lived, off-craton, shuffle tectonics, and no plate boundaries. Precambrian Res., 408, 107431. doi: 10.1016/j.precamres.2024.107431

51. Nickel K.G., Green D.H. (1985) Empirical geothermobarometry for garnet peridotites and implications for the nature of the lithosphere, kimberlites and diamonds. Earth Planet. Sci. Lett., 73, 158-170.

52. Nimis P., Taylor W.R. (2000) Single clinopyroxene thermobarometry for garnet peridotites. Part I. Calibration and testing of a Cr-in-Cpx barometer and an enstatite-in-Cpx thermometer. Contrib. Mineral. Petrol., 139, 541-554.

53. Niu Y., Hékinian R. (1997) Basaltic liquids and harzburgitic residues in the Garrett transform: a case study at fast-spreading ridges. Earth Planet. Sci. Lett., 146, 243-258.

54. Padrón-Navarta J.A., Sánchez-Vizcaíno V.L., Garrido C.J., Gómez-Pugnaire M.T. (2011) Metamorphic Record of High-pressure Dehydration of Antigorite Serpentinite to Chlorite Harzburgite in a Subduction Setting (Cerro del Almirez, Nevado–Filábride Complex, Southern Spain). J. Petrology, 52(10), 2047-2078. doi: 10.1093/petrology/egr039

55. Parkinson I.J., Pearce J.A. (1998) Peridotites from the Izu–Bonin–Mariana Forearc (ODP Leg 125): Evidence for Mantle Melting and Melt–Mantle Interaction in a Supra-Subduction Zone Setting. J. Petrology, 39(9), 1577-1618.

56. Patino Douce A.E. (2005) Vapor-absent melting of tonalite at 15–32 kbar. J. Petrol., 46(2), 275-290. doi: 10.1093/petrology/egh071

57. Plank T., Langmuir C.H. (1998) The chemical composition of subducting sediment and its consequences for the crust and mantle. Chem. Geol., 145, 325-394.

58. Powell R. (1985) Regression diagnostics and robust regression in geothermometer/geobarometer calibration: the garnet-clinopyroxenc geothennometer revisited. J. Metamorph. Geol. 3(3), 231-243. doi: 10.1111/j.1525-1314.1985.tb00319.x

59. Ranero C., Morgan J.P., McIntosh K., Reichert C. (2003) Bending-related faulting and mantle serpentinization at the Middle America trench. Nature, 425, 367-373.

60. Rushmer T. (1991) Partial melting of two amphibolites: contrasting experimental results under fluid-absent conditions. Contrib. Mineral. Petrol., 107, 41-59.

61. Skjerlie K.P., Patino Douce A.E. (1995) Anatexis of interlayered amphibolite and pelite at 10 kbarçeffect of diffusion of major components on phase-relations and melt fraction. Contrib. Mineral. Petrol., 122, 62-78.

62. Sun S.S., McDonough W.F. (1989) Chemical and isotopic systematics of oceanic basalts: implications for mantle composition and processes. Magmatism in the Ocean Basins: Special Publications, 42 (Ed. by A.D. Saunders, M.J. Norry). London, Geol. Soc., 313-345.

63. Taylor S.R., McLennan S.M. (1995) The geochemical evolution of the continental crust. Rev. Geophys., 33, 241-265.

64. Thy P. (2003) Igneous petrology of gabbros from Hole 1105A: oceanic magma chamber processes. Proc. Ocean Drilling Program: Sci. Res., 179, 1-76. doi: 10.2973/odp.proc.sr.179.017.2003

65. Wang L., Kusky T.M., Polat A., Wang S., Jiang X., Zong K., Wang J., Deng H., Fu J. (2014) Partial melting of deeply subducted eclogite from the Sulu orogen in China. Nature Communications. 5, 5604. doi: 10.1038/ncomms6604

66. Watkins J., Clemens J., Treloar P. (2007) Archaean TTGs as sources of younger granitic magmas: melting of sodic metatonalites at 0⋅6-1⋅2 GPa. Contrib. Mineral. Petrol., 154, 91-110.

67. Whitney D.L., Evans B.W. (2010) Abbreviations for names of rock-forming minerals. Amer. Miner., 95, 185-187.

68. Winther K.T. (1996) An experimentally based model for the origin of tonalitic and trondhjemitic melts. Chem. Geol., 127, 43-59.

69. Wojdyr M. (2010) Fityk: a general-purpose peak fitting program. J. Appl. Crystallogr., 43, 1126-1128. doi: 10.1107/S0021889810030499

70. Wolf M.B., Wyllie P.J. (1994) Dehydration-melting of amphibolite at 10 kbar: the effects of temperature and time. Contrib. Mineral. Petrol., 115, 369-383.

71. Yang J.-J., Powell R. (2008) Ultrahigh-pressure garnet peridotites from the devolatilization of sea-floor hydrated ultramafic rocks. J. Metamorphic Geol., 26, 695-716. doi: 10.1111/j.1525-1314.2008.00780.x

72. Yu H., Li X., Zhang L., Zhang L., Wei C., Li X., Guo J., Bader T., Qi Y. (2018) The metamorphic evolution of Salma-type eclogite in Russia: Constraints from zircon/titanite dating and phase equilibria modeling. Precambrian Res., 326, 363-384. doi: 10.1016/j.precamres.2018.01.019

73. Zhong X., Dabrowski M., Jamtveit B. (2021) Analytical solution for residual stress and strain preserved in anisotropic inclusion entrapped in an isotropic host. Solid Earth, 12, 817-833. doi: 10.5194/se-12-817-2021

74. Zhong X., Wallis D., Kingsbery P., John T. (2024) On the sensitivity of inclusion pressures after entrapment: the drastic effect of aqueous fluid on garnet viscous relaxation. Earth Planet. Sci. Lett., 636. doi: 10.1016/j.epsl.2024.118713

75. Zircon. (2003) Reviews in Mineralogy and Geochemistry, 53. (Ed. by J.M. Hanchar, P.W.O. Hoskin). Washington, DC, Miner. Soc. Amer, 500 p.