ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК, 2012, том 444, № 1, с. 61-66
= ГЕОХИМИЯ
УДК 550.424
ИЗОТОПНЫЙ СОСТАВ КИСЛОРОДА В МИНЕРАЛАХ МАНТИЙНЫХ ПАРАГЕНЕЗИСОВ ИЗ КИМБЕРЛИТОВ ЯКУТИИ
© 2012 г. С. И. Костровицкий, Л. В. Соловьева, М. А. Горнова, Н. В. Алымова, Д. А. Яковлев, А. В. Игнатьев, Т. А. Веливецкая, Л. Ф. Суворова
Представлено академиком М.И. Кузьминым 05.12.2011 г. Поступило 22.12.2011 г.
Ограниченное число работ по изотопному составу кислорода (S18O) в минералах мантийных парагенезисов, возможно, связано с выводом, сделанным исследователями о практической инвариантности значений S18O для каждого из минералов, слагающих породы литосферной мантии [1—3]. Например, для оливина, независимо от принадлежности разным фациям перидотитов (шпинель-, гранат-, алмазсодержащие), авторы приводят усредненное значение 5.19 ± 0.26%о [1]. С выводом об инвариантности изотопного состава кислорода для минералов литосферной мантии, предполагающей независимость его значений от парагенезиса и фациальной принадлежности (шпинелевая или гранатовая), связано понятие мантийного диапазона (мантийного значения) как изотопной характеристики кислорода для мантийных пород [1, 5]. Для основных минералов литосферной мантии — оливина (Ol), граната (Grt), клинопироксена (Cpx), ортопироксена (Opx) были определены средние значения ± стандартное отклонение. Если значения 818О выходят за пределы мантийного диапазона, они рассматриваются как аномальные и для объяснения их появления привлекаются разные предположения, например, участие в формировании литосферной мантии океанической коры [5]. Основная цель настоящего исследования — получить изотопную систематику кислорода для высокобарных минералов из разных парагенезисов, встречаемых в мантийных ксенолитах и кимберлитах Якутской провинции, и рассмотреть возможные причины вариации изотопного состава кислорода в минералах.
Минералы для изучения отобраны из кимбер-литовой трубки Удачная-Восточная (Далдынское
Институт геохимии им. А.П. Виноградова Сибирского отделения Российской Академии наук, Иркутск
Дальневосточный геологический институт Дальневосточного отделения Российской Академии наук, Владивосток
поле), отличающейся уникальной свежестью кимберлитов и глубинных ксенолитов. Дополнительно привлечен материал из кимберлитов трубки Комсомольская-Магнитная (Верхнемунское поле). Изотопный состав кислорода был изучен: для породообразующего минерала кимберлитов Ol, кристаллизация которого началась на мантийных глубинах и завершилась в трубочных условиях при формировании основной массы породы; для минералов из низкотемпературных зернистых и высокотемпературных деформированных перидотитов — Ol, Grt, Opx, Cpx, хромшпинелида (CrSp) и пикроильменита (Ilm); для минералов низкохромистой мегакристовой ассоциации. Детальное описание изученных минералов можно найти в предыдущих публикациях авторов [6, 14]. Общее число анализов 144, в том числе Ol 63, Grt 34, Cpx 17, Opx 18, Ilm 9, CrSp 3.
Изотопный анализ кислорода в минералах выполнен в аналитическом центре ДВГИ ДВО РАН методом лазерного фторирования с использованием BrF5 и применением инфракрасного непрерывного Nd-YAG-лазера (X = 1.064 мкм, CW, 100W) для разогрева пробы [7]. Точность метода (1а) составляет 0.1% (n = 5) для международных стандартов NBS-28, NBS-30. Масса анализируемых монофракций граната 1—2 мг. Измерение 818О проводилось на масс-спектрометре Finnigan MAT 252 с двойной системой напуска. Воспроизводимость измерения 818О для образцов составила 0.1 %. Данные изотопного состава кислорода, приведенные другими исследователями для перидотитов из трубки Удачная [5], в целом согласуются с полученными нами (см. табл. 3).
В таблице 1 приведены усредненные значения величины S18O ± стандартное отклонение для мантийных минералов разных парагенезисов. Для оливина в подсчет включены мегакристы и Ol из глубинных ксенолитов. В таблицах 2—4 приведены изотопный состав кислорода (818О) и главные химические характеристики для Ol, Grt, Opx и Cpx.
Таблица 1. Усредненные значения 518О для разных минералов мантийного генезиса
Минерал 0рх (18) Срх (17) ОН (45) 01 (53) 11т (9) СгЯр (3)
518О, % 5.51 ± 0.27 5.39 ± 0.21 5.1 ± 0.24 5.02 ± 0.16 3.60 ± 0.35 1.25 ± 0.95
Примечание. В подсчет среднего не включены анализы состава оливина из основной массы кимберлитов. Здесь и в табл. 24 в скобках — число анализов.
Таблица 2. Усредненные параметры состава оливина разных парагенезисов
Параметр Перидотиты Мегакристы Оливин из основной массы кимберлитов (8)
зернистые (17) деформированные (15) зеленые (14) желто-бурые (7)
Бе0 7.66 ± 1.10 9.47 ± 1.69 7.18 ± 1.07 13.07 ± 0.96
МБ0 50.3 ± 0.84 49.40 ± 1.46 51.19 ± 0.81 46.41 ± 1.28
mg# 92.2 ± 1.05 90.24 ± 1.70 92.8 ± 0.81 86.9 ± 1.74 88.9—92.5*
518О, % 5.10 ± 0.14 4.96 ± 0.1 5.14 ± 0.14 4.8 ± 1.21 4.76 + 0.07
* Состав 01 основной массы из трубки Удачная [6].
Таблица 3. Усредненные параметры состава граната разных парагенезисов
Параметр Лерцолиты Мегакристы (5)
зернистые деформированные (12)
(17) (11) [5]
Л1203 20.2 ± 1.94 20.3 ± 1.8 17.4 ± 2.7 19.4 ± 1.0
Сг20э 4.73 ± 2.45 3.7 ± 2.8 5.8 ± 3.3 2.1 ± 1.1
mg# 81.1 ± 1.69 83.6 ± 4.0 82.0 ± 2.1 79.0 ± 2.4
518О, % 5.15 ± 0.27 5.2 ± 0.17 5.0 ± 0.27 4.98 ± 0.13
Оливин основной массы, образующий идио-морфные и субидиоморфные фенокристаллы размером от 0.25 до 2 мм, получен из кимберлитов трубок Удачная-Восточная и Комсомольская-Магнитная. Содержание форстеритового компонента в 01 из кимберлитов трубки Удачная—Восточная находится в диапазоне 88.9—92.5% [6]. Вариации величины 518О для 01 основной массы установлены в интервале 4.7—4.9%о, среднее значение 518О 4.76%.
Мегакристы 01 в кимберлитах трубки Удачная-Восточная образуют две генетические группы. Первая представлена высокомагнезиальными 01 зеленого цвета (92.5—93.9% Ро-минала), нередко содержащими включения субкальциевого высокохромистого ОЛ и Сгёр. Высокомагнезиальные мегакристы 01, по-видимому, являются ксено-кристаллами пород алмазоносного дунит-гарц-бургитового парагенезиса [8, 9]. Вторая группа ме-гакристов 01 желто-бурого цвета характеризуется более железистым составом (табл. 2) и принадлежит низкохромистой мегакристовой ассоциации, происхождение которой связывается с кимберли-
тами [6]. Значения 818О в мегакристах 01 первой и второй групп находятся соответственно в пределах 4.9—5.4 и 4.6—5.0%.
Значения 818О в оливинах из низкотемпературных зернистых и высокотемпературных деформированных перидотитов изменяются соответственно в пределах 4.8—5.4 и 4.7—5.1%. Последние характеризуются более железистым составом (табл. 2).
Более существенные различия изотопных характеристик кислорода обнаружены при сравнении составов гранатов и пироксенов из разных групп мегакристов и ксенолитов. Как видно из табл. 3 и 4, более железистые по составу минералы из деформированных перидотитов и мегакристов низкохромистой ассоциации характеризуются более легким изотопным составом 02 по сравнению с низкотемпературными зернистыми перидотитами.
Обращает на себя внимание (табл. 1) наличие четких различий в изотопных величинах 818О, характеризующих разные минералы. Убывающая последовательность величины 818О в минералах
ИЗОТОПНЫЙ СОСТАВ КИСЛОРОДА В МИНЕРАЛАХ 63
Таблица 4. Усредненные параметры состава пироксенов разных парагенезисов
Параметр Лерцолиты Мегакристы Cpx (1)
зернистые деформированные
Cpx (7) Opx (9) Cpx (9) Opx (9)
SiO2 54.81 ± 0.63 58.16 ± 0.34 55.21 ± 0.79 57.88 ± 0.55 54.65
AI2O3 2.19 ± 0.56 0.61 ± 0.23 1.52 ± 0.52 0.56 ± 0.1 1.72
C2O3 1.73 ± 0.92 0.32 ± 0.22 1.03 ± 0.47 0.27 ± 0.12 0.32
FeO 1.98 ± 0.55 4.81 ± 0.53 3.61 ± 0.73 5.49 ± 0.77 3.84
MgO 16.43 ± 0.71 35.45 ± 0.94 18.72 ± 0.96 34.49 ± 0.82 16.23
CaO 20.62 ± 1.2 0.51 ± 0.42 17.74 ± 1.31 0.88 ± 0.21 20.62
Na2O 1.71 ± 0.39 0.04 ± 0.05 1.5 ± 0.57 0.22 ± 0.11 1.58
mg# 93.66 ± 1.57 92.91 ± 0.84 90.17 ± 1.97 91.83 ± 1.3 88.28
б18О, % 5.57 ± 0.18 5.66 ± 0.21 5.24 ± 0.09 5.37 ± 0.26 5.2
Орх > Срх > ОЛ > 01 > 11т > Сгёр полностью соответствует ранее установленному ряду для минералов мантийного генезиса из кимберлитов [1—3]. Наиболее легкий изотопный состав кислорода устанавливается для оксидов, максимально тяжелый — для Орх. Четкие различия в изотопных величинах 518О, характеризующих разные минералы, объясняются проявлением механизма изотопного фракционирования вследствие их кристаллохими-ческих особенностей (состав и структура) [3].
Графики зависимости изотопного состава кислорода от состава минералов (рис. 1—3) демонстрируют наличие прямой корреляционной связи величины 518О с магнезиальностью (mg# = = 100 + Бе)) оливина и пироксенов, об-
ратной связи с содержанием Сг203 и прямой с содержанием А1203 в гранатах. Корреляционный анализ с использованием критерия достоверности связи (критерия Стьюдента) подтверждает достаточно высокую значимость этих зависимостей (табл. 5). Корреляция между величинами 518О и mg# в ОЛ отсутствует (рис. 2, табл. 5).
Наиболее низкие значения величины 518О характерны для 01 из основной массы кимберлитов, для мегакристов 01 низкохромистой ассоциации и для 01 из деформированных перидотитов. Хотя перечисленные оливины принадлежат разным парагенезисам, общим для них является относительно повышенное содержание Бе0 и, соответственно, низкая величина mg#. Высокомагнезиальный 01 из зернистых перидотитов и мегакристов второй группы (дунит-гарцбургитового парагенезиса) характеризуется относительно высоким значением величины 518О. Аналогичные соотношения установлены и для пироксенов (табл. 4, рис. 3). Более высокомагнезиальные разновидности как Срх, так и 0рх, встречаемые в зернистых перидотитах, характеризуются повы-
шенным значением величины 518О. Пироксены из деформированных лерцолитов и низкохромистой мегакристной ассоциации c относительно высоким содержанием FeO показывают более низкие величины 518О.
Иные зависимости изотопного состава O2 от состава минерала обнаруживаются для Grt. Основным фактором его изменчивости выступает не коэффициент mg#, а содержание в минерале Al2O3 и Cr2O3. На графике 518О-Сг203 (рис. 2) в Grt
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.