ГЕОХИМИЯ, 2008, № 5, с. 524-545
ИЗОТОПЫ ГЕЛИЯ И АРГОНА В ПОРОДАХ И МИНЕРАЛАХ ЛОВОЗЕРСКОГО ЩЕЛОЧНОГО МАССИВА
© 2008 г. В. А. Нивин
Геологический институт Кольского научного центра РАН 184209 Апатиты, ул. Ферсмана, 14 e-mail: nivin@geoksc.apatity.ru Поступила в редакцию 16.10.2006 г.
Изучены концентрации и соотношения изотопов гелия и аргона в породах Ловозерского нефелин-сиенитового массива и связанных с ним редкометальных (лопаритовых) месторождений. Газы экстрагировались методами плавления (из всего объема образцов) и измельчения (преимущественно из флюидных включений в минералах). Установлены широкие вариации изотопно-газовых показателей, обусловленные смешением в различных пропорциях захваченного флюида, являющегося, в свою очередь, смесью мантийной, коровой и атмогенной составляющих, и образовавшихся in situ радиогенных газовых компонентов. Полученные газо-геохимические данные отражают сложную историю развития рассматриваемой рудно-магматической системы и свидетельствуют, в частности, об одинаковой направленности эволюции расплава и комплементарной флюидной фазы в магматической камере в целом, в трехчленных (уртит-фойяит-луяврит) пачках и каждом отдельном слое, относительной закрытости системы во время магматической кристаллизации и начальных эпимаг-матических процессов, о наиболее раннем магматическом формировании лопарита относительно других ассоциирующих минералов, возможности частичного преобразования рудных горизонтов и собственно оруденения на сравнительно поздней постмагматической стадии, важной роли палео-метеорных вод в низкотемпературном минералогенезе.
Ловозерский массив агпаитовых фельдшпато-идных (главным образом, нефелиновых) сиенитов и фоидолитов изучен довольно детально и всесторонне. Результаты исследований различных аспектов его геологии, петрологии, минералогии, геохимии и минерагении отражены в сотнях публикаций, включая широко известные монографии и сравнительно недавние, в значительной степени обобщающие, статьи. Так, в последнее время уточнен девонский (~370 млн. лет) возраст массива [1, 2], рассчитана и построена трехмерная плотностная модель его глубинного строения [3, 4], оценен состав исходного мантийного субстрата и предложены модели возникновения родительских расплавов без - или при крайне ограниченном участии коровых источников вещества в генезисе пород и руд [1-7], выявлены существенные вариации химического состава лопарита, в том числе закономерные изменения его с глубиной по разрезу главных комплексов массива [5, 8, 9], обоснованы и признаны магматическое происхождение ред-кометального оруденения и ведущая роль процессов кристаллизационной дифференциации в его формировании, как и ритмичной расслоенности массива в целом [5, 9]. Однако многие вопросы, касающиеся флюидного режима становления интрузива и особенностей его постмагматических преобразований, требуют дополнительного изучения. Представляется, что подобные вопросы
могут быть лучше поняты или решены путем исследования распределения летучих компонентов в породах. В частности, все большее признание в качестве геохимических трассеров различных геологических процессов получают изотопы благородных газов, которые успешно использовались, например, для идентификации и количественной оценки вклада различных источников, а также характера дегазации расплавов, родительских для палеозойских щелочных и карбонатито-вых комплексов Кольской провинции [10, 11]. Этими работами установлено, что девонский импульс щелочного магматизма провинции инициировался глубинным мантийным плюмом, в составе которого надежно идентифицируется нижнемантийная компонента. В настоящей работе предпринята попытка выявить особенности и ограничить некоторые условия формирования интрузива на основе систематизации и обобщения ранее полученных [12-17] и новых данных по изотопному составу гелия и аргона в породах и минералах.
КРАТКИЙ ГЕОЛОГИЧЕСКИЙ ОЧЕРК
Наличие обширной литературы, частично процитированной выше, позволяет нам ограничиться здесь лишь краткими, достаточными для понимания предмета статьи, сведениями по геологическому строению интрузива.
Ловозерский массив агпаитовых нефелиновых сиенитов, второй по величине из щелочных комплексов мира, как и еще более крупный, близко расположенный Хибинский, сформировался на пике палеозойской тектономагматической активизации восточной части Балтийского щита. Вмещающими породами являются гнейсы и грани-то-гнейсы архея. Обычно выделяются три главных интрузивных фазы формирования плутона. Породы первой фазы, представленные преимущественно пойкилитовыми и неравномернозерни-стыми нозеановыми, вишневитовыми, нефелиновыми и содалитовыми сиенитами, встречаются в виде останцов различной формы и размеров в породах более поздних фаз (рис. 1) и, возможно, преобладают в глубоких частях массива. По-видимому, часть пойкилитовых фельдшпатоидных сиенитов, особенно мелких их обособлений, залегающих среди пород второй фазы, и большинство в породах третьей фазы, являются принадлежностью соответствующих комплексов. Во вторую фазу образовался занимающий большую часть доступного объема массива, так называемый дифференцированный (расслоенный, лопарито-носный) комплекс (ДК), сложенный многочисленными (до 200) пологозалегающими, ритмически чередующимися горизонтами (слоями) луяв-ритов, фойяитов и уртитов, которые образуют трех- и двухчленные пачки. Мощность отдельных слоев варьирует от нескольких сантиметров до десятков метров. Кроме указанных основных типов пород, в состав комплекса в подчиненных количествах входят ювиты, ийолиты, малиньиты и др. Главные породообразующие минералы - нефелин, калиево-натриевый полевой шпат и кли-нопироксен (в основном, эгирин). ДК в значительной своей части перекрыт породами третьей интрузивной фазы, образующими воронкообразное тело эвдиалитового комплекса (ЭК). Этот комплекс сложен разнозернистыми эвдиалитовы-ми луявритами с отдельными пластами фойяитов и ювитов и обособлениями пойкилитовых нефелин- содалитовых сиенитов. Эвдиалит здесь -один из главных породообразующих минералов. В ЭК и верхней части разреза ДК встречаются останцы кровли массива, слагаемой палеозойской вулканогенно-осадочной толщей. Рудные (лопаритовые), они же, наряду с другими, маркирующие горизонты Ловозерского массива сосредоточены преимущественно в пределах наиболее крупного, дифференцированного комплекса. Ло-парит обычно образует пластовые зоны вкрапленности мощностью 0.5-2.5 м, согласные с общей (субгоризонтальной) стратификацией комплекса, в низах трехчленных (уртит, фойяит, луяврит) пачек, с максимумом по контакту уртитового и нижележащего луявритового слоев. Для маркирующих горизонтов принята номенклатура, включающая номер серии, на которые разделяется ДК
(сверху вниз), и порядковый номер горизонта от верхней границы серии. В эвдиалитовом комплексе известны один горизонт лопаритовых ювитов с промышленно значимым оруденением и отдельные участки, обогащенные лопаритом.
Распределение изотопов гелия и аргона изучалось в породах и, в меньшей степени, минералах собственно плутона, включая фельдшпатоидные сиениты предположительно I фазы, важнейшие разновидности пород II и III фаз, основные промышленные залежи лопарита ДК (Ь4, П-4, П-7 и Ш-14) и горизонт лопаритовых ювитов ЭК, гид-ротермалиты, а также породы эндо- и экзокон-тактов и останцов кровли массива (табл. 1). Места отбора образцов показаны на рисунке 1.
МЕТОДИКА
Используемая методика изучения изотопного состава гелия и аргона была неоднократно опубликована ранее [10, 11, 18-20]. Извлечение редких газов из образцов пород и минералов осуществлялось двумя методами - плавлением в высоковакуумной электропечи и механическим измельчением в вакуумированных стеклянных ампулах. В первом случае газ экстрагировался полностью, из всего объема образца (Хобщ), а во втором - главным образом из флюидных микровключений в слагающих образец минералах (ХфВ). Вычитая из первого второе, получали содержания газов в кристаллической матрице образца (Хкм). Для плавления навеска породы или минерала 0.2-0.4 г, раздробленная до 0.25-0.6 мм, закладывалась в кассету емкостью до 7 образцов, которая откачивалась до достижения высокого вакуума. После этого образцы последовательно сбрасывались в молибденовый тигель, где в течение 30 минут нагревались до 1700°С. Для выделения газов измельчением фракция 0.25-0.6 мм образца массой 1.5-2 г вместе с мелющими стальными роликами и/или шариками помещалась в стеклянную ампулу, которая затем вакуумировалась и отпаивалась. Собственно измельчение производилось на виброустановке. Химически активные компоненты выделенных газов поглощались титан-циркониевыми геттерами. Разделение легких и тяжелых благородных газов осуществлялось с помощью угольных ловушек, охлаждаемых жидким азотом. Содержания и изотопный состав гелия и аргона измерялись на статическом масс-спектрометре МИ-1201. Чувствительность по гелию и аргону -соответственно, 5 х 10-5 и 3 х 10-4 А/торр. Погрешность определения концентраций (методом высоты пика) равнялась 5% (+1ст). Отношения 3Не/4Не при значениях 10-6 и 10-8 измерялись с ошибками, соответственно, ±2 и ±20%. Погрешность измерения 40Аг/36Аг отношения, равного 3000, составляла 0.3%, а для значения 50000 - 25%. Объем газа приводился к нормальным условиям.
526
нивин
Рис. 1. Схема геологического строения Ловозерского массива (на основе карты ПГО "Севзапгеология") и места отбора исследованных образцов.
Породы: 1 - луявриты, фойяиты и уртиты дифференцированного комплекса; 2 - эвдиалитовые луявриты; 3 - пойки-литовые и неравномернозернистые фельдшпатоидные сиениты; 4 - останцы осадочно-вулканогенной толщи кровли массива. Образцы (номера соответствуют табличным) из: естественных обнажений (5), буровых скважин (6) и рудничных горных выработок (7).
Захваченная компонента газов количественно ожидаемыми, рассчитанными исходя из содержания оценивалась путем сопоставления общих концентра- родительских (и, ТЪ, Ы, К) элементов, возраста по-ций изотопов гелия и аргона в породе с теоретически род и допущения закрытости системы [21].
Таблица 1. Краткая характеристи
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.