Petrogenetyczne i geotektoniczne uwarunkowania mezoproterozoicznego magmatyzmu typu AMCG (anortozytowo-mangerytowo-charnockitowo-granitoidowego) w podłożu krystalicznym północno-wschodniej Polski

Anortozyty typu masywowego oraz powiązane z nimi zespoły magmowe typu AMCG (anortozyt–mangeryt–charnockit–granit) należą do najbardziej charakterystycznych przejawów magmatyzmu kontynentalnego w proterozoiku. Jednocześnie, pomimo wieloletnich badań, kluczowe kwestie dotyczące źródła magm anortozytowych, relacji pomiędzy składnikami maficznymi i felsytowymi oraz roli dolnej skorupy kontynentalnej w rozwoju systemów AMCG pozostają przedmiotem debaty. Niniejsza rozprawa doktorska, przedstawiona w formie cyklu trzech powiązanych tematycznie artykułów, koncentruje się na mezoproterozoicznym magmatyzmie typu AMCG rozwiniętym w obrębie podłoża krystalicznego północno-wschodniej Polski. Jego przejawami są utwory kompleksu mazurskiego, obejmujące suwalski masyw anortozytowy, gabrowo-anortozytową intruzję Sejn oraz towarzyszące im granitoidy typu A, a także nowo rozpoznane wystąpienie granitoidów rapakiwi w otworze Pietkowo IG 1. Głównym celem pracy była rekonstrukcja procesów petrogenetycznych oraz ocena geotektonicznych uwarunkowań magmatyzmu AMCG w północno-wschodniej Polsce. Cele te zrealizowano w oparciu o zintegrowane badania petrograficzne, geochemiczne, izotopowe (Sr–Nd, O, Hf) oraz geochronologiczne, przeprowadzone na próbkach pochodzących z rdzeni wiertniczych. Nowe datowania U–Pb cyrkonów (z użyciem SHRIMP) umożliwiły rewizję wieku formowania się gabrowo-anortozytowej intruzji Sejn, której wiek ustalono na 1513–1499 mln lat, wskazując tym samym, że intruzja ta jest młodsza niż dotychczas zakładano. Kompleksowe badania geochemiczne i izotopowe pozwoliły na rekonstrukcję magmowej ewolucji intruzji Sejn oraz identyfikację prymitywnych jotunitów (primitve jotunites) o cechach zbliżonych do jotunitów uznawanych w innych prowincjach AMCG za odpowiedniki magmy macierzystej dla anortozytów. Dane izotopowe (εNd(t) od –1,6 do –1,8; ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr = 0,7040–0,7044) wskazują na istotny udział dolnoskorupowego komponentu w źródle magm jotunitowych. Frakcyjna krystalizacja magmy jotunitowej, zachodząca na głębokościach odpowiadających ciśnieniom rzędu ~10 kbar, wiązała się z formowaniem anortozytów i gabr, natomiast bardziej wyewoluowane jotunity (evolved jotunites), wzbogacone w Fe–Ti–P oraz REE, interpretowane są jako stopy resztkowe po wydzieleniu się plagioklazu. Deformacje fenokryształów plagioklazu, obecność lamelek plagioklazowych w ortopiroksenie oraz systematyczna zależność pomiędzy izotopami O i Hf w cyrkonach wskazują na wznoszenie się półplastycznego diapiru anortozytowego ku wyższym poziomom skorupy, podczas którego dochodziło do stopniowej kontaminacji magmy materiałem suprakrustalnym. Istotnym uzupełnieniem obrazu mezoproterozoicznego magmatyzmu AMCG w północno-wschodniej Polsce jest rozpoznanie granitoidów rapakiwi z otworu Pietkowo IG 1, jako izolowanego przejawu tego magmatyzmu. Granitoidy te wykazują cechy geochemiczne typowe dla granitów typu A oraz sygnatury izotopowe (εNd(t) od –2,9 do –3,3) wskazujące na udział przetapianej starszej, paleoproterozoicznej skorupy kontynentalnej. Wiek krystalizacji intruzji (1495–1491 mln lat), jest zbieżny z wiekiem granitoidów typu A kompleksu mazurskiego, potwierdzając tym samym istnienie regionalnie spójnego epizodu magmowego w mezoproterozoiku. Uzyskane wyniki wskazują, że mezoproterozoiczny magmatyzm AMCG w północno-wschodniej Polsce rozwijał się w warunkach wewnątrzpłytowych, w obrębie stabilnej, skonsolidowanej skorupy swekofeńskiej. W skali regionalnej magmatyzm ten jest interpretowany jako efekt długotrwałej akumulacji ciepła pod superkontynentem Columbii, zgodnie z modelem thermal blanket, przy istotnej roli starych stref rozłamowych jako kanałów migracji magm.

Massif-type anorthosites and their associated AMCG magmatic suites (anorthosite–mangerite–charnockite–granite) represent one of the most characteristic manifestations of continental magmatism in the Proterozoic. At the same time, despite decades of research, key issues concerning the sources of anorthositic magmas, the relationships between mafic and felsic components, and the role of the lower continental crust in the evolution of AMCG systems remain the subject of intense debate. This doctoral dissertation, presented as a series of three thematically linked papers, focuses on Mesoproterozoic AMCG magmatism developed within the crystalline basement of northeastern Poland. Its manifestations include the Mazury Complex, comprising the Suwałki Anorthosite Massif, the Sejny gabbro–anorthosite intrusion, and associated A-type granitoids, as well as a newly recognized occurrence of rapakivi granitoids in the Pietkowo IG-1 borehole. The main aim of this study was to reconstruct the petrogenetic processes and to evaluate the geotectonic setting of AMCG magmatism in northeastern Poland. These objectives were addressed through integrated petrographic, geochemical, isotopic (Sr–Nd, O, Hf), and geochronological investigations of drill core samples. New SHRIMP U–Pb zircon ages allow a re-interpretation of the emplacement age of the Sejny gabbro–anorthosite intrusion. The intrusion is dated at 1513–1499 Ma, indicating that it is younger than previously assumed. Integrated geochemical and isotopic data enabled reconstruction of the magmatic evolution of the Sejny intrusion and the identification of primitive jotunites, whose characteristics are comparable to those of jotunites interpreted in other AMCG provinces as parental magmas to anorthosites. Isotopic data (εNd(t) from –1.6 to –1.8; ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr = 0.7040–0.7044) indicate a significant contribution of a lower-crustal component to the source of jotunitic magmas. Fractional crystallization of jotunitic magma, occurring at depths corresponding to pressures of ~10 kbar, was associated with the formation of anorthosites and gabbros, whereas more evolved jotunites (evolved jotunites), enriched in Fe–Ti–P and REE, are interpreted as residual melts after plagioclase separation. Deformation of plagioclase phenocrysts, the presence of plagioclase lamellae in orthopyroxene, and a relationship between O and Hf isotopes in zircon indicate ascent of an anorthositic crystal mush to higher crustal levels, accompanied by progressive contamination of the magma by supracrustal material. An important contribution to the understanding of Mesoproterozoic AMCG magmatism in northeastern Poland is the recognition of rapakivi granitoids from the Pietkowo IG 1 borehole. These granitoids display geochemical characteristics typical of A-type granites and isotopic signatures (εNd(t) from –2.9 to –3.3) indicating the involvement of melting of older, Paleoproterozoic continental crust. The crystallization age of the intrusion (1495–1491 Ma) coincides with the age of A-type granitoids of the Mazury Complex, confirming the existence of a regionally coherent Mesoproterozoic magmatic episode. The obtained results indicate that Mesoproterozoic AMCG magmatism in northeastern Poland developed in an intraplate setting within stable, consolidated Svecofennian crust. On a regional scale, this magmatism is interpreted as the result of long-term heat accumulation beneath the Columbia supercontinent, consistent with the thermal blanket model, with pre-existing shear zones playing a significant role as pathways of magma migration.