научная статья по теме ГЕОХИМИЯ SM И ND В МАНТИЙНЫХ КСЕНОЛИТАХ В СВЯЗИ С ПРОБЛЕМОЙ КЛАССИФИКАЦИИ ВЕЩЕСТВА МАНТИИ Математика

Текст научной статьи на тему «ГЕОХИМИЯ SM И ND В МАНТИЙНЫХ КСЕНОЛИТАХ В СВЯЗИ С ПРОБЛЕМОЙ КЛАССИФИКАЦИИ ВЕЩЕСТВА МАНТИИ»

ГЕОХИМИЯ

551.12.14+550.4.42

ГЕОХИМИЯ Sm И Ш В МАШИННЫХ КСЕНОЛИТАХ В СВЯЗИ С ПРОБЛЕМОЙ КЛАССИФИКАЦИИ ВЕЩЕСТВА МАНТИИ

© 2010 г. Член-корреспондент РАН В. А. Глебовицкий, Л. П. Никитина, Ю. Д. Пушкарев, А. Б. Вревский, А. Г. Гончаров, Е. С. Богомолов

Поступило 15.12.2009 г.

ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК, 2010, том 433, № 1, с. 81-84

УДК

Современное представление о химических неоднородности в верхней мантии и выделение в ней различных типов (РМ, ЭМ, ЕМ) основаны на изотопных характеристиках мантийных магматических производных, а не на прямых данных по химическому и изотопному составам мантии. Очевидно, что для разработки универсальной петрогеохимической классификации наряду с изучением магматических производных необходимо изучение комплементарного этим производным мантийного вещества в ксенолитах, выносимых кимберлитами и щелочными базальтами. Цель настоящего исследования — выявить разновидности вещества в мантийном резервуаре по содержанию главных элементов и по изотопно-геохимическим характеристикам и выяснить, согласуются ли петрохимическая и изотопно-геохимическая классификации мантийного вещества в 8т-Мё-системе.

В работе приводятся результаты исследования химического состава и 8т-Мё-изотопной системы перидотитовых ксенолитов, представляющих континентальную литосферную мантию (КЛМ), подстилающую раннедокембрийские (кратоны Каапваальский, Карельский, Вайоминг, фундамент Восточно-Сибирской и Арктической платформ) и позднепротерзойские—фанерозойские структуры (Прибайкалье, Юго-Восточный Китай, Канарские о-ва, Шпицберген). Источники информации по химическому составу ксенолитов из этих регионов содержатся в работе [1].

Основные параметры состава КЛМ под разновозрастными структурами и примитивной мантии РМ [2] по главным элементам отражены в табл. 1. Среди ксенолитов перидотитового состава, которые составляют более 95% объема всех ксенолитов КЛМ, практически не встречаются разновидности, обогащенные по содержанию А1 и обедненные по содержанию М§ относительно РМ (рис. 1а). В то же время все ксенолиты из мантии в пределах кратонов и около 75% ксенолитов

Институт геологии и геохронологии докембрия Российской Академии наук, Санкт-Петербург

из мантии в пределах позднепротерозойских-фа-нерозойских поясов характеризуются значениями 8т/Ыё меньше, чем в РМ (рис. 1б). В РМ по разным оценкам оно равно 0.325 (отношение в СИиЯ; [2]), либо 0.350 [3-5]. Для ксенолитов из мантии некоторых структур (Восточно-Сибирская платформа, Байкальская структура) имеет место отчетливая отрицательная зависимость 8т/Мё-отношения от величины М§/81, характеризующей степень парциального плавления (¥%) исходного субстрата - примитивной мантии [1]. В большинстве ксенолитов (80-85%) содержание 8т ниже (до 0.10 ррт), чем в РМ (0.431 ррт), содержание же Мё варьирует от 0.3-0.4 до 6-7 ррт (в РМ оно равно 1.327 ррт). В ксенолитах из мантии под позднепротерозойскими-фанерозой-скими структурами содержание этих элементов уменьшается по мере возрастания ¥. Для большинства ксенолитов из мантии под кратонами установлены отрицательные значения бш, вплоть до -50 [6]. Отрицательные значения еш получены и для многих ксенолитов из мантии вне кратонов. Таким образом, степень истощенности ксенолитов главными литофильными компонентами (81, А1, Са, Fe, щелочи) не соответствует представлениям об "обедненной" и "обогащенной" в 8т-Мё-изотопно-геохимической систематике лито-сферной мантии. Мантия под древними кратона-ми по петрохимическому составу и петрологической природе должна рассматриваться как "обедненная", а в 8т-Мё-изотопно-геохимической систематике она является "обогащенной".

Противоречие петрохимических и 8т-Мё-изотопно-геохимических характеристик для мантийных ксенолитов объясняется несколькими причинами. Во-первых, рефертилизацией или регенерацией ранее обедненного мантийного вещества в результате поступления многочисленных порций расплавов, образующихся при небольших степенях плавления мантийного субстрата; во-вторых, контаминацией ксенолитов веществом носителей (кимберлиты, базальты), особенно селективной контаминацией редкоземельными элементами при образовании тонких пленок фосфатов в ксенолитах [6, 7]. Однако ги-

Таблица 1. Характеристики химического состава РМ и КЛМ

Мантия Структуры Mg/Si А1^ Са/А1 №/К

РМ 1.047 0.112 1.1 10.4

КЛМ Раннедокембрийские 1.15—1.5 0.06—0.01 <1.0 <3.0

Позднепротерозойские— 1.05—1.4 0.12—0.03 0.8—2.0 1—7

фанерозойские

потеза рефертилизации не объясняет, почему этот процесс не приводит к образованию обогащенного вещества, завершаясь всегда на этапе восстановления состава, соответствующего РМ. Только контаминацией ксенолитов веществом их носителей, в том числе и селективной, невозможно объяснить наблюдаемое на рис. 1б положение точек. Нет оснований предполагать, что занижение отношения Бш/Кё и завышение концентраций Кё относительно РМ в ксенолитах из мантии кра-тонов за счет контаминации были больше, чем в мантии подвижных поясов. Превышение концентраций Кё в некоторых ксенолитах по сравнению с РМ позволяет допускать, что преимущественное поступление легких РЗЭ происходило в процессе мантийного метасоматоза.

Для проверки гипотезы контаминации ксенолитов веществом базальтов нами изучена Бш— Кё-система в шести валовых пробах ксенолитов из кайнозойских базальтов Забайкалья, а также в одной пробе самих базальтов. На диаграмме 143Ш/144Ш—147Бш/144Ш (рис. 2) валовые пробы перидотитов образуют тренд, который не является ни линией смешения (проба базальта лежит вне тренда), ни изохроной. Тем не менее примечательно, что в отличие от общепринятых пред-

ставлений уменьшение отношения Бш/Кё и обусловливаемое им уменьшение 143Кё/144Кё коррелирует не с понижением степени плавления (она показана на диаграмме цифрами), а с ее возрастанием. Отношения Бш/Кё и 143Кё/144Кё в ксенолитах, характеризующихся минимальной степе -нью плавления, оказываются максимальными и наиболее близкими к таковым в РМ. Несмотря на ограниченное количество проб, проявлена отчетливо и отрицательная зависимость отношений 143Кё/144Кё от температуры:

143Ш/144Ш = 0.51438 - 0.000001 Т; Я = 0.824,(1)

где Т — в °С (определено с помощью модифицированных версий гранат-ортопироксенового и дву-пироксенового геотермометров [8]); Я — коэффициент корреляции. Эта зависимость, как и предыдущая, опосредованная и, скорее всего, отражает изменение концентраций Бш и Кё, их отношения и соответственно изотопного состава Кё в валовых пробах перидотитов от температуры и степени их парциального плавления. По этой же причине изотопный состав неодима связан отрицательной зависимостью с содержанием Mg и положительной — с содержанием А1 в перидотитах. Подобная связь между изотопным составом осмия и содержанием алюминия (алюмохрона)

Mg/Si Бш/Ш

Mg/Si

Рис. 1. Сравнение химического состава перидотитовых ксенолитов мантии, подстилающей разновозрастные структуры, с составом примитивной мантии по главным элементам (а) и Бш/Кё-отношению (б). 7, 2 — мантия, подстилающая раннедокембрийские и позднепротерозойские—фанерозойские структуры соответственно, 3 — РМ, 4 — С1 [2].

ГЕОХИМИЯ 8т И Ш В МАНТИЙНЫХ КСЕНОЛИТАХ

83

143Ш/144Ш 0.51315 г

0.51310 -

0.51305 -

0.51300 -

0.51295 -

0.51290 -

0.51285 - О

0.51280 -

0.51275

[Гэ%|

[Г7%]

. *_

[25%|

[5%| О

■ 1

ж 2 О 3

0.12

0.14

0.16

0.18 0.20 1478т/144Ш

Рис. 2. Изотопный состав N(1 в валовых пробах пери-дотитовых ксенолитов (1), вмещающих базальтах (2) и РМ (3 [2]). Числа около точек показывают степень плавления субстрата.

8ш/Ш 0.400 ,

0.375 0.350 0.325 0.300 0.275 0.250 0.225 0.200 0.175 0.150

★ 1

о 2

1.0

Л*

Т

0.8

0.6

0.4

0.2 0

Рис. 3. Зависимость 8т/Мё-отношения от фугитив-ности кислорода в ксенолитах из базальтов Забайкалья (1 - Витимское плато, 2 - Бартойский ареал).

установлена для мантийных ксенолитов в районе Витимского плато [9] и рассматривается авторами как указание на одноактное плавление РМ и удаление базальтовых расплавов. Все это позволяет сделать вывод, что только одной контаминацией ксенолитов веществом щелочного базальта наблюдаемые в перидотитах более низкие, чем в РМ, значения 8т/Мё объяснить невозможно. По данным [9], при плавлении шпинелевых перидотитов, близкого к РМ состава, в интервале от 1270 до 1390°С и давлении в 1.0 ГПа отношение 8т/Мё в стеклах (ошибка его определения не превышает ±0.03) при возрастании температуры и соответственно степени плавления последовательно увеличивается. Состав рестита, образующегося при плавлении, изменяется комплементарно: отношение 8т/Мё в нем уменьшается. Уравнения, описывающие температурные зависимости 8т/Мё в стеклах (2), (3) и реститах (4), (5) для двух образцов перидотитов (ШТА, ШТВ) следующие (здесь Т в °С):

ЮТА: 8т/Ш =0.00056ехр(0.00457Т); Я = 0.9 ; (2) ЮТВ: 8т/Ш = 0.0106ехр(0.00217Т); Я = 0.64; (3) ЮТА: 8т/Ш = ехр(21.245 - 0.0178Т); Я = 0.83; (4) ЮТВ: 8т/Ш = ехр(7.45812 - 0.00699Т); Я = 0.77. (5) Соотношение суммарных коэффициентов распределения 8т и N1 между стеклом и реститом при повышении температуры от 1290 до 1390°С изменяется таким образом, что приводит к относительному обеднению рестита самарием, а не неодимом. Это означает, что коэффициенты распределения этих двух элементов между расплавом и кристаллическими фазами зависят от температуры и их температурная зависимость неодинакова.

Исследование 8т/№-отношения в перидотито-вых ксенолитах из базальтов Забайкалья показыва-

ет, что существует также зависимость 8т/Ш-отно-шения от фугитивности кислорода: оно уменьшается с понижением А(А 1§/о2 = 1&/о2 - ^О^0

относительно фаялит-магнетит-кварцевого буфера FMQ) от 0.0 до -1.0 (рис. 3). Это вполне объяснимо, поскольку 8т в зависимости от окислительно-восстановительных условий может находиться в системе в трех- и двухвалентном состоянии. Как известно, вариации А 1^/О2 в мантии, являющиеся

следствием сложных процессов геохимической дифференциации, укладываются в 5-6 лог. ед. ниже FMQ. В условиях низкой фугитивности кислорода в мантии можно ожидать, что 8т имеет валентность +2, а не +3. "Несовместимость" 8т2+ в кристаллических решетках силикатов должна в

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком