ПетрологияПетрология0869-5903The Russian Academy of Sciences1158410.31857/S0869-59032161-186Research ArticleNon-subduction petrological mechanisms for the growth of the neoarcheam continental crust of the Kola–Norwegian terrane, Fennoscandian shield: geological and isotope-geochemical evidenceVrevskiiA. B.a.b.vrevsky@ipgg.ruInstitute of Precambrian Geology and Geochronology, Russian Academy of Sciences020420192721611860204201902042019Copyright © 2019, Russian Academy of Sciences2019<p>The paper reports new data on the composition and age of the Neoarchean calc-alkaline volcanic rocks of the UragubaKolmozeroVoronya greenstone belt (UKV GB). Petrological-geochemical modeling indicates a polygenetic origin of primary melts of the basaltandesitedacite association and non-subduction geodynamic mechanisms for the crustal growth in the largest greenstone belt of the KolaNorwegian Block of the Fennoscandian shield.</p>Ura-Guba–Kolmozero–Boron’ya greenstone beltFennoscandian shieldNeoarcheanbasalt–andesite–dacite associationisotope-geochemical compositionU-Th-Pb age of zirconpetrologymantle–crustal sourcesУрагубско-Колмозеро-Вороньинский зеленокаменный поясФенноскандинавский щитнеоархейбазальт-андезит-дацитовая ассоциацияизотопно-геохимический составU-Th-Pb возраст цирконапетрологиямантийно-коровые источники[Богатиков О.А., Цветков А.А. Магматическая эволюция островных дуг. М.: Наука, 1988. 248 с.][Бибикова Е.В, Самсонов А.В., Щипанский А.А., и др. Хизоваарская структура Северо-Карельского зеленокаменного пояса как аккретированная островная дуга позднего архея: изотопно-геохронологические и петрологические данные // Петрология. 2003. Т. 11. № 3. С. 289–320.][Вревский А.Б. Коматииты из раннедокембрийского пояса Полмос-Порос (Кольский полуостров) // Докл. АН СССР. 1980. Т. 252. № 5. С. 1216–1219.][Вревский А.Б. Петрология и геодинамические режимы развития архейской литосферы (на примере северо-восточной части Балтийского щита). Л.: Наука, 1989. 143 с.][Вревский А.Б. Возраст и источники анортозитов неоархейского зеленокаменного пояса Колмозеро-Воронья (Фенноскандинавский щит) // Петрология. 2016. Т. 24. № 6. С. 571–586.][Вревский А.Б. Особенности проявления неоархейских плюм-литосферных процессов в Кольско-Норвежской провинции Фенноскандинавского щита: I. Состав и возраст коматиит-толеитовой ассоциации // Петрология. 2018а. Т. 26. № 2. С. 115–139.][Вревский А.Б. Особенности проявления неоархейских плюм-литосферных процессов в Кольско-Норвежской провинции Фенноскандинавского щита: II. Петрология и геодинамическая природа коматиит-толеитовой ассоциации // Петрология. 2018б. Т. 26. № 3. С. 246–254.][Вревский А.Б., Матреничев В.А., Ружьева М.С. Петрология коматиитов Балтийского щита и изотопно-геохимическая эволюция их мантийных источников // Петрология. 2003. Т. 11. № 6. С. 587–617.][Вревский А.Б., Лобач-Жученко С.Б., Чекулаев В.П., и др. Петролого-геодинамические условия образования тоналит-трондъемит-гранодиоритовых ассоциаций и формирование континентальной коры древних кратонов // Геотектоника. 2010. Т. 44. № 4. С. 20–38.][Кадик А.А., Максимов А.П., Иванов Б.В. Физико-химические условия кристаллизации и генезис андезитов. М.: Наука, 1986. 158 с.][Кожевников В.Н. Архейские зеленокаменные пояса Карельского кратона как аккреционные орогены. Петрозаводск: КарНЦ РАН, 2000. 223 с.][Кольская сверхглубокая. Научные результаты и опыт исследований. М.: МФ «ТЕХНОНЕФТЕГАЗ», 1998. 260 с.][Лобач-Жученко С.Б., Арестова Н.А., Коваленко А.В., Крылов И.Н. Фенно-Карелельская гранит-зеленокаменная область. Архей. Водлозерский домен // Ранний докембрий Балтийского щита / Ред. В.А. Глебовицкий. СПб.: Наука, 2005. С. 288–339.][Майсен Б., Беттчер А. Плавление водосодержащей мантии. М.: Мир, 1979. 123 с.][Мыскова Т.А., Бережная Н.Г., Глебовицкий В.А., и др. Находки древнейщих цирконов с возрастом 3600 млн лет в гнейсах кольской серии Кольско-Беломорского блока Балтийского щита (U-Pb SHRIMP-II) // Докл. АН. 2005. Т. 402. № 1. С. 82–85.][Озеров А.Ю., Арискин А.А., Кайл Ф., и др. Петролого-геохимическая модель генетического родства базальтового и андезитового магматизма вулканов Ключевской и Безымянный, Камчатка // Петрология. 1997. Т. 5. № 6. С. 614–635.][Рингвуд А.Е. Состав и петрология мантии Земли. М.: Мир, 1981. 594 с.][Светов С.А. Магматические системы зон перехода океан–континент в архее восточной части Фенноскандинавского щита. Петрозаводск: Кар НЦ РАН, 2005. 230 с.][Слабунов А.И. Геология и геодинамика архейских подвижных поясов (на примере Беломорской провинции Фенноскандинавского щита). Петрозаводск: Кар НЦ РАН, 2008. 296 с.][Толстых М.Л., Певзнер М.М., Наумов В.Б., и др. Типы расплавов, формировавших пирокластические породы различных структурно-возрастных комплексов вулканического массива Шивелуч (Камчатка), по данным изучения расплавных включений // Петрология. 2015. Т. 23. № 5. С. 521–560.][Толстых М.Л., Наумов В.Б., Ярмолюк В.В. Адакиты и адакитовые расплавы: составы пород, закалочных стекол и включений в минералах // Петрология. 2017. Т. 25. № 3. С. 299–312.][Хитаров Н.Н., Пугин В.А., Слуцкий А.Б. Плавление и кристаллизация кварцевого толеита при высоких давлениях и эволюция толеитовых магм в глубинных условиях // Геохимия. 1972. № 4. С. 428–436.][Щипанский А.А. Субдукционные и мантийно-плюмовые процессы в геодинамике формирования Архейских зеленокаменных поясов. М.: Изд-во ЛКИ, 2008. 560 с.][Annen C., Blundy J. D., Spark R. S. J. The Genesis of Intermediate and Silicic Magmas in Deep Crustal Hot Zones // J. Petrol. 2006. V. 47. № 3. P. 505–539.][Ashwal L.D. The temporality of anorthosites // Canad. Mineral. 2010. V. 48. P. 711–728.][Ashwal L.D., Myers J.S. Archean Anorthosites // Ed. K.C. Condie. Archean Crustal Evolution. 1994. Сh. 8. P. 315–355.][Borg L.E., Draper D.S. A petrogenetic model for the origin and compositional variation of the martian basaltic meteorites // Meteoritics and Planetary Science. 2003. V. 38. P. 1713–1731.][Black L.P., Kamo S.L., Allen C.M., et al. TEMORA 1: A new zircon standard for U-Pb geochronology // Chemical Geology. 2003. V. 200. Р. 155–170.][Bridgwater D., Scott D.J., Balagansky V.V., et al. Age and provenance of Early Precambrian metasedimentary rocks in the Lapland-Kola Belt, Russia: Evidence from Pb and Nd isotopic data // Terra Nova. 2001. V. 13. № 1. P. 32–37.][Brophy J.G. A study of rare earth element (REE)–SiO2 variations in felsic liquids generated by basalt fractionation and amphibolite melting: A potential test for discriminating between the two different processes // Contrib. Mineral. Petrol. 2008. V. 156. Iss. 3. P. 337–357.][Calmusa T., Aguillon-Robles A., Maury R.C., et al. Spatial and temporal evolution of basalts and magnesian andesites (“bajaites”) from Baja California, Mexico: The role of slab melts // Lithos. 2003. V. 66. P. 77–105.][Carroll M.R., Wyllie P.J. The system tonalite–H2O at 15 kbar and the genesis of calc-alkaline magmas // Amer. Mineral. 1990. V. 75. P. 345–357.][Condie K.C. Mantle plumes and their record in the Earth History. Cambridge, New York, Melbourne: Cambridge University Press, 2001. 306 p.][Condie K.C. High field strength element ratios in Archean basalts: A window to evolving sources of mantle plumes // Lithos. 2005a. V. 79. P. 491–504.][Condie K.C. TTGs and adakites: are they both slab melts? // Lithos. 2005b. V. 80. P. 33–44.][Condie K.C. Changing tectonic settings through time: Indiscriminate use of geochemical discriminant diagrams // Precambrian Res. 2015. V. 266. P. 587–591.][Condie K.C., Aster C.R., Van Hunen J. A great thermal divergence in the mantle beginning 2.5 Ga: geochemical constraints from greenstone basalts and komatiites // Geoscience Frontiers. 2016. V. 7. P. 543–553.][DePaolo D.J., Wasserburg G.J. Nd isotopic variations and petrogenetic models // Geophys. Res. Lett. 1976. V. 3. P. 249–252.][DePaolo D. J. Trace-element and isotopic effects of combined wallrock assimilation and fractional crystallisation // Earth Planet. Sci. Lett. 1981. V. 53. P. 189–202.][Falloon T.J., Danyushevsky L.V. Melting of refractory mantle at 1.5, 2 and 2.5 GPa under anhydrous and H2O-undersaturated conditions: implications for the petrogenesis of high-Ca boninites and the influence of subduction components on mantle melting // J. Petrol. 2000. V. 41. P. 257–283.][Foulger G.R. Plate vs plumes: А geological controversy. Oxford: Wiley-Blackwell, 2010. 328 р.][GERM Partition Coefficient (Kd) Database (https://earthref.org/KDD/#top)][Goldstein S.J., Jacobsen S.B. Nd and Sr isotopic systematics of rivers water suspended material: Implications for crustal evolution // Earth Planet. Sci. Lett. 1988. V. 87. P. 249–265.][Green T.H., Blundy J.D., Adam J., Yaxley G.M. SIMS determination of trace element partition coefficients between garnet, clinopyroxene and hydrous basaltic liquids at 2–7.5 GPa and 1080—1200°C // Lithos. 2000. V. 53. P. 165—187.][Green D.H. Experimental petrology of peridotites, including effects water and carbon on melting in the Earth’s upper mantle // Phys. Chem. Mineral. 2015. V. 42. P. 95–122.][Green T.H., Blundy J.D., Adam J., Yaxley G.M. SIMS determination of trace element partition coefficients between garnet, clinopyroxene and hydrous basaltic liquids at 2–7.5 GPa and 1080–1200°C // Lithos. 2000. V. 53. P. 165–187.][Grove T.L., Parman S.W. Thermal evolution of the Herzberg C. Generation of plume magmas through time: Аn experimental perspective // Chemical Geology. 1995. V. 126. P. 1–16.][Hauri E.H., Gaetani G.A., Green T.H. Partitioning of water during melting of the Earth’s upper mantle at H2O-undersaturated conditions // Earth Planet. Sci. Lett. 2006. V. 248. P. 715–734.][Hou Z.Q., Gao Y.F., Qu Z.M., et al. Origin of adakitic intrusives generated during mid-miocene east–west extension in southern Tibet // Earth Planet. Sci. Lett. 2004. V. 220. P. 139–155.][Hollings P., Wyman D. Trace element and Sm-Nd systematics of volcanic and intrusive rocks from the 3 Ga Lumby Lake Greenstone belt, Superior Province: Еvidence for Archean plume–arc interaction // Lithos. 1999. V. 46. P. 189–213.][Inoue T., Rapp R.P., Zhanget J., et al. Garnet fractionation in a hydrous magma ocean and the origin of Al-depleted komatiites: Мelting experiments of hydrous pyrolite with REEs at high pressure // Earth Planet. Sci. Lett. 2000. V. 177. P. 81–87.][Jacobsen S.B., Wasserburg G.J. Sm-Nd еvolution of сhondrites and аchondrites // Earth Planet. Sci. Lett. 1984. V. 67. P. 137–150.][Jahn B.-M. Auvray B., Blais S., et al. Trace elements geochemistry and petrogenesis of Finnish greenstone belts // J. Petrol. 1980. V. 21. P. 201–244.][Jahn B.M., Wu F., Chen B. Massive granitoid generation in Central Asia: Nd isotope evidence and implication for continental growth in Phanerozoic // Episodes. 2000. V. 23. P. 82–92.][Jensen L.S. A new cation plot for classifying subalcalic volcanic rocks // Ontario Division Mines. 1976. Misc. Pap. 66. 22 p.][Kay R.W., Kay S.M. Delamination and delamination magmatism // Tectonophysics. 1993. V. 219. P. 177–189.][Kelemen P.B. Genesis of high andesites and the continental crust // Contrib. Mineral. Petrol. 1995. V. 120. P. 1–19.][Kelemen P.B., Rilling J.L., Parmentier E.M., et al. Thermal structure due to solid-state flow in the mantle wedge beneath arcs // Еd. Eiler J.M. Inside the subduction factory. Geophysical Monograph. 2003. V. 138. P. 293–311.][Keto L.S., Jacobsen S.B. Nd and Sr isotopic variations of Early Paleozoic oceans // Earth Planet. Sci. Lett. 1987. V. 84. P. 27–41.][Kogiso T., Hirschmann M.M., Petermann M. High-pressure Partial Melting of Mafic Lithologies in the Mantle // J. Petrol. 2004. V. 45. № 12. P. 2407–2422.][Le Maitre R.W., Baterman P., Dudek A., et al. A classification of igneous rocks and glossary of terms. Oxford: Blackwell Scientific Publications, 1989. 193 p.][Levchenkov O.A., Levsky L.K., Nordgulen O., et al. U-Pb zircin ages from Sorvaranger, Norway and the western part of Kola Peninsula, Russia // Geology of the eastern Finnmark – western Kola region. Eds. D. Roberts, O. Nordgulen. Norges geologiske undersokelse, Sp. Publ. 1995. P. 29–48][Ludwig K.R. A User’s Manual for Isoplot 3.00: A geochronological toolkit for Microsoft Exel. Berkeley Geochronology Center. Sp. Publ. 2000. № 2. 70 р.][Martin H., Smith R.H., Rapp R., et al. An overview of adakite, tonalite-trondhjemite-granodiorite (ТТG), and sanukitoid: Relationships and some implications for crustal evolution // Lithos. 2005. V. 79. P. 1–24.][McDonough W.F., Sun S.-S. The composition of the Earth // Chemical Geology. 1995. V. 120. P. 223–253.][Miyashiro A. Volcanic rock series in island arcs and active continental margins // Amer. J. Sci. 1974. V. 274. P. 321–355.][Nesbitt H.W., Yong G.M. Early Proterozoic climates and plate motions inferred from major element chemistry of lutites // Nature. 1982. V. 299. P. 715–717.][Parat F., Streck M.J., Holtz F., Almeev R. Experimental study into the petrogenesis of crystal rich basaltic to andesitic magmas at Arenal volcano // Contrib. Mineral. Petrol. 2014. V. 168. Р. 1040.][Penga T., Wildeb S.A., Fana W., Penga B. Neoarchean siliceous high-Mg basalt (SHMB) from the Taishan granite–greenstone terrane, Eastern North China Craton: Petrogenesis and tectonic implications // Precambrian Research. 2013. V. 228. P. 233– 249.][Pertermann M., Hirschmann M.M. Anhydrous partial melting experiments on MORB-like eclogite: Phase relations, phase compositions and mineral-melt partitioning of major elements at 2–3 GPa // J. Petrol. 2003. V. 44. P. 2173–2201.][Petford N., Gallagher K. Partial melting of mafic (amphibolitic) lower crust by periodic influx of basaltic magma // Earth Planet. Sci. Lett. 2001. V. 193. P. 483–499.][Prinzhoefer A., Allerge C.J. Residual peridotites and the mechanism of partial melting // Earth Planet. Sci. Lett. 1985. V. 74. № 2–3. P. 251–265.][Ronov A.B., Yaroshevskiy A.A. A new model for the chemical structure of the Earth’s crust // Geochem. Inter. 1976. V. 13. № 6. P. 89–121.][Puchtel I.S., Hofmann A.W., Mezger A.W., et al. Oceanic plateau model for continental crustal growth in the Archaean: A case study from the Kostomuksha greenstone belt, NW Baltic Shield // Earth Planet. Sci. Lett. 1998. V. 155. P. 57–74.][Rudnick R.L., Gao S. Composition of the continental crust // Eds. H.D. Holland, K.K. Turekian. Treatise on geochemistry. Oxford: Elsevier Ltd, 2003. V. 3. P. 1–61.][Rapp R.P., Shimisu N., Norman M.D. Growth of early continental crust by partial melting of eclogite // Nature. 2003. V. 425. P. 605–609.][Smithies R.H., Champion D.C., Sun S.-S. The case for Archaean boninites // Contrib. Mineral. Petrol. 2004. V. 147. P. 705–721.][Sobolev A.V., Asafov E.V., Gurenko A.A., et al. Komatiites reveal a hydrous Archaean deep-mantle reservoir // Nature. 2016. V. 531. P. 628–632.][Sossi P.A., Eggins S.M., Nesbitt R.W., et al. Petrogenesis and geochemistry of аrchean кomatiites // J. Petrol. 2016. V. 57. P. 147–184.][Springer W., Seck H.A. Partial fusion of basic granulites at 5 to 15 kbar: Implications for the origin of TTG magma,s // Contrib. Mineral. Petrol. 1997. V. 127. Iss. 1–2. P. 30–45.][Takahashi E. Speculations on the Archean Mantle: Missing link between komatiite and depleted garnet peridotite // J. Geophys. Res. 1990. V. 95. P. 15941–15954.][Tatsumi Y., Sato T., Kodaira S. Evolution of the Earth as an andesite planet: Water, plate tectonics, and delamination of anti-continent // Earth Planet. Space. 2015. V. 67–91.][Taylor S.R., McLennan S.M. Planetary crusts: Their composition, origin and evolution. Cambridge: Cambridge University Press, 2009. 400 p.][Wang Q., Xu J.-F., Jian P., et al. Petrogenesis of adakitic porphyries in an extensional tectonic setting, Dexing, South China: Implications for the genesis of porphyry copper mineralization // J. Petrol. 2006. V. 47. P. 119–144.][Whitney D.L., Evans B.W. Abbreviations for names of rock-forming minerals // Amer. Mineral. 2010. V. 95. P. 185–187.][Williams I.S. U-Th-Pb Geochronology by Ion Microprobe // Eds. McKibben M.A., Shanks W.C. and Ridley W.I. Applications of microanalytical techniques to understanding mineralizing processes. Rev. Econom. Geol. 1998. V. 7. P. 1–35.][Wood B.J., Turner S.P. Origin of primitive high-Mg andesite: Constraints from natural examples and experiments // Earth Planet. Sci. Lett. 2009. V. 283. P. 59–66.][Wyllie P.J., Ryabchikov I.D. Volatile composition, magmas, and critical fluids in upper mantle // J. Petrol. 2000. V. 41. № 7. P. 1195–1206.]