ПЕТРОЛОГИЯ, 2010, том 18, № 2, с. 188-194
УДК 550.4:551.71(470.22)
ИЗОТОПНАЯ (Sr, Nd, Pb) ХАРАКТЕРИСТИКА АРХЕЙСКОЙ МЕТАСОМАТИЗИРОВАННОЙ МАНТИИ - ИСТОЧНИКА ПАНОЗЕРСКОГО МАССИВА, КАРЕЛИЯ © 2010 г. В. М. Саватенков, С. Б. Лобач-Жученко, А. В. Коваленко
Институт геологии и геохронологии докембрия РАН наб. Адмирала Макарова, 2, Санкт-Петербург, 199034, Россия; e-mail: savatenkov@mail.ru Поступила в редакцию 10.04.2008 г. Получена после доработки 01.07.2008 г.
Настоящая работа посвящена изучению изотопной гетерогенности архейской литосферной мантии. Объектом исследования является высоко-Mg, умеренно-щелочной, обогащенный LIL и LRE элементами Панозерский санукитоидный массив, расположенный в Центральной Карелии, юго-восток Балтийского щита. Получены первичные характеристики изотопного состава Nd и Sr для мантийного источника массива: значения £ш(Т) в источнике ниже значений DM и варьируют от +0.7 до +1.4 (при среднем
+1.1). Отношение 87^г/8^г(Т) ~ 0.7017 заметно превышает таковое в деплетированной мантии и отражает изменение Rb/Sr отношения в источнике, вызванного метасоматическим преобразованием мантии. Данные изотопного состава свинца в калиевых полевых шпатах свидетельствуют о том, что источник монцонитов Панозерского массива имел более низкое ц (238U/204Pb) = 8.98 и более высокое значение к (232Th/232U) = 4.05 относительно примитивной мантии.
Изотопная гетерогенность литосферной мантии к настоящему времени продемонстрирована во многих работах, в том числе посвященных и мантии Балтийского щита (Vrevsky et al., 1996). В ряде случаев гетерогенность обусловлена ее метасоматозом. Главным источником информации о метасоматизированной мантии являются мантийные ксенолиты (Pearson et al., 2003 и ссылки в ней). Преобладающая часть ксенолитов мантии вынесена позднедокембрийскими и фанерозой-скими магмами, в связи с чем возраст метасоматоза в подавляющем числе случаев не определяется. На достаточно широкое проявление метасоматоза мантии в архее указывают модельные возрасты изотопных систем Pb, Nd, Sr и Оs ряда постдокембрийских пород, например шошони-тов Тибета (Turner et al., 1996), лампроитов запада США, миаскитовых лампроитов Алдана (Кононова и др., 1995), а также модельные возрасты ме-тасоматизированных ксенолитов и минералов в них. Другим источником информации об архейском метасоматозе литосферной мантии служат архейские щелочные и субщелочные интрузии, образованные путем частичного плавления метасоматизированной мантии. Содержания редких и редкоземельных элементов в этих интрузиях существенно превышают значения, которые можно ожидать для средних и малых степеней плавления неметасоматизированной мантии (Лобач-Жучен-ко и др., 2007).
Панозерский массив является умеренно-щелочной, обогащенной калием, LILE и LREE, вы-соко-Mg (санукитоидной) интрузией. Состав массива варьирует от перидотитовых габбро до кварцевых монцонитов (по классификации TAS, Middlemost, 1984). Детальная геологическая и петрографическая характеристика массива была дана ранее (Лобач-Жученко и др., 2007). Этот массив был выбран для изотопных исследований, поскольку он характеризуется наиболее высокими значениями магнезиальности и наиболее высокими содержаниями несовместимых элементов по сравнению с другими подобными массивами, в которых установлены отчетливые признаки контаминации коровым материалом (например, массивы Нюкозерский и Кургенлампи (Чекулаев и др., 2004; Лобач-Жученко и др., 2005).
АНАЛИТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ
Sm-Nd, Rb-Sr и U-Pb изотопный анализ проводили в ИГГД РАН на многоколлекторном твердофазном масс-спектрометре Triton TI. Методика изотопных исследований описана в работе (Саватенков и др., 2004). Воспроизводимость определения концентраций Rb, Sr, Sm и Nd, вычисленная на основании многократных анализов стандарта BCR-1, соответствует ±0.5%. Величина холостого опыта составляла: 0.05 нг для Rb, 0.2 нг для Sr, 0.3 нг для Sm и 0.8 нг для Nd. Результаты анализа стандартного образца BCR-1 (6 измере-
ний): [Бг] = 336.7 мкг/г, [ЯЪ] = 47.46 мкг/г, [Бш] = 6.47 мкг/г, [Ш] = 28.13 мкг/г, 87ЯЪ/86Бг = = 0.4062, 87Бг/86Бг = 0.705036 ± 22, 147Бш/144Ш = = 0.1380, 143Ш/144Ш = 0.512642 ± 14. Воспроизводимость изотопных анализов контролировалась определением состава стандартов Ьа Jolla и БЯМ-987. За период измерений Бг полученное значение 87Бг/86Бг в стандарте БЯМ-987 соответствовало 0.710241 ± 15 (2а, 10 измерений), а величина 143Мё/144Мё в стандарте Ьа JoПa составила 0.511847 ± 8 (2а, 12 измерений). Изотопный состав Бг нормализован по величине 88Бг/86Бг = = 8.37521, а состав № — по величине 14бМд/144№ = = 0.7219. Изотопный состав Мё приведен к табличному значению стандарта Ьа Jolla (143Мд/144№ = = 0.511860). Определения изотопного состава РЪ в породах выполнены в ИГГД РАН на 8-коллектор-ном масс-спектрометре Finnigan МАТ-261 в статическом режиме. Уровень холостого опыта составляет 0.05 нг и и 0.5 нг РЪ. Воспроизводимость содержаний РЪ и и на основании анализов международного стандарта ВСЯ-1 составляет 1 и 0.5% соответственно.
Для характеристики мантийного источника Панозерского массива был определен изотопный состав Мё и Бг в апатитах и клинопироксенах, РЪ — в калиевых полевых шпатах. Апатит и кли-нопироксен по петрографическим признакам магматического происхождения, характеризуются низкими концентрациями ЯЪ и, следовательно, низкими ЯЪ/Бг отношениями, позволяющими наиболее корректно установить значение Бг; в расплаве; пироксены обладают низкими коэффициентами диффузии для редких земель (^Иой etal., 1996), что также позволяет рассматривать полученные значения изотопного состава неодима как отражающие таковые в первичных расплавах.
ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
Результаты изучения изотопного состава Мё и Бг даны в табл. 1 и на рис. 1, 2. Для пироксена и апатита из обр. 236/1-03 получены согласующиеся значения Бг; (0.7017 и 0.7014 соответственно). Рассчитанный Бш-Мё возраст для пары апатит— клинопироксен равен 2764 ± 130 млн. лет, а значение 6Ш(Т) + 1.6, что близко к и-РЪ возрасту массива (2747 млн. лет) и значениям 6Ш(Т) для пород в целом (+0.7-+2.1) (Крепко et al., 2005). В монцодиоритах (обр. 204-04 и 238/11-03) отношение Бг; в пироксенах заметно превышает значение 0.7017. Кроме того, отношение Бг; в указанных пироксенах выше первичных отношений 878г/86Бг в апатитах из этих же образцов (табл. 1). Очевидно, изотопные системы этих минералов были нарушены. Наблюдаемая гетерогенность изотопного состава стронция в Панозерской интрузии на уровне породы в целом (0.7000—0.7030) может
Рис. 1. Диаграмма 87Rb/86Sr-87Sr/86Sr для пород Па-нозерской интрузии.
Линии регрессии 2.75 и 1.9 млрд. лет проведены из 87Sr/86Sr (2.75) = 0.7017, соответствующее Sr; для апатита из обр. 202-04 (описание см. в тексте).
быть связана либо с гетерогенностью источника, либо с нарушением изотопной системы на более позднем этапе. Первое предположение менее вероятно, поскольку мы не наблюдаем изотопной гетерогенности неодима в породах интрузии. Следовательно, значительный разброс точек вокруг линии Rb-Sr регрессии 2.75 млрд. лет (рис. 1) для Sr; = 0.7017 предполагает перестройку Sr изотопной системы в породах Панозерской интрузии во время более поздних метаморфических событий. В пироксене из обр. 236/1-03 отмечаются наименьшие концентрации Nd и минимальное Rb/Sr отношение. Это также подтверждает наименьший вклад поздних магматических преобразований в выбранных минералах и свидетельствует о том, что их изотопный состав (Sr; = 0.7017, sNd(T) = 1.4) наиболее близко соответствует мантийному источнику Панозерского плутона (табл. 1, рис. 1).
Результаты изотопного анализа Pb в калиевых полевых шпатах приведены в табл. 2 и на рис. 3. Палеоизохрона 2.75—1.9 соответствует источнику с ц = 8.98 при расчете по двухстадийной модели (Stacey, Kramers, 1975) и ц = 7.6 для одностадийной модели (Фор, 1989), указывающей на вклад в расплав Панозерского массива источника с низким U/Pb отношением. Существенный разброс точек вдоль палеоизохроны (рис. 2) указывает на то, что Pb—Pb изотопная система была в различной степени нарушена более поздним (~1.9 млрд. лет) термальным событием, благодаря которому радиогенный свинец вошел в К-полевой шпат из других минеральных фаз. Сдвиг точек на изохро-не в сторону 1.9 млрд. лет соответствует увеличе-
Таблица 1. Rb-Sr и Sm-Nd изотопный состав пород и минералов Панозерской интрузии
Номер образца Порода Минерал Rb, ppm Sr, ppm 87Rb/86Sr 87Sr/86Sr ±2 a 87Sr/86Sr (2.75)
202-04 204-04 204-04 236/1-03 236/1-03 236-03 238/11-03 238/11-03 габбро монцонит монцонит габбро-перидотит габбро-перидотит монцонит монцодиорит монцодиорит апатит апатит пироксен апатит пироксен апатит апатит пироксен 0.50 0.46 1.28 0.32 0.35 0.47 1.82 1.15 2185 1453 327 5471 68.6 2053 1561 163 0.0007 0.0009 0.0113 0.0002 0.0148 0.0007 0.0034 0.0204 0.701740 0.701761 0.704254 0.701468 0.702300 0.702461 0.701833 0.704348 9 13 10 9 10 10 11 11 0.70171 0.70173 0.70380 0.70146 0.70171 0.70243 0.70170 0.70354
Номер образца Порода Минерал Sm, ppm Nd, ppm 147Sm/144Nd 143Nd/144Nd ±2 a £Nd(2.75)
202-04 204-04 204-04 236/1-03 236/1-03 236-03 238/11-03 238/11-03 габбро монцонит монцонит габбро-перидотит габбро-перидотит монцонит монцодиорит монцодиорит апатит апатит пироксен апатит пироксен апатит апатит пироксен 183 340 20.0 198 7.07 271 393 22.0 1133 1995 86.1 1249 30.5 1542 2155 96.4 0.1014 0.1070 0.1462 0.0996 0.1454 0.1110 0.1144 0.1436 0.510951 0.511072 0.511748 0.510948 0.511783 0.511142 0.511211 0.511702 9 11 8 11 7 8 10 9 0.7 1.1 0.5 1.3 1.4 1.0 1.2 0.5
Номер образца Порода Минерал Rb, ppm Sr, ppm 87Rb/86Sr 87Sr/86Sr ±2 a 87Sr/86Sr (2.75)
8-4 8-5 8-6 3 174 207-б-2 3-2 138 92 фойдгаббро фойдгаббро монцогаббро монцодиорит монцонит монцогаббро монцодиорит кварц. монцонит кварц. монцонит 67.7 101.0 85.2 104.0 71.0 104.0 67.1 111.0 74.7 921.0 1172.0 1936.0 1364.0 681.0 1164.0 2263.1 942.0 658.9 0.2178 0.2503 0.1273 0.2209 0.3021 0.2590 0.0857 0.3403 0.3283 0.70967 0.71070 0.70858 0.70904 0.71233 0.71217 0.70553 0.71352 0.71482 13 19 13 13 13 14 16 12 2 0.70103 0.70077 0.70353 0.70027 0.70035 0.70190 0.70213 0.
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.