ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК, 2015, том 460, № 5, с. 570-573
= ГЕОХИМИЯ
УДК 549:550
Ш-8г-СИСТЕМАТИКА КСЕНОЛИТОВ ВЕРХНЕМАНТИЙНЫХ ПЕРИДОТИТОВ И ПИРОКСЕНИГОВ ИЗ ЧЕТВЕРТИЧНЫХ БАЗАЛЬТОВ СЕВЕРО-ЗАПАДНОГО ШПИЦБЕРГЕНА И ВОЗРАСТ ПРОЦЕССОВ ПЛАВЛЕНИЯ В МАНТИИ
© 2015 г. Е. С. Богомолов, член-корреспондент РАН Ю. Б. Марин, Л. П. Никитина
Поступило 28.07.2014 г.
Б01: 10.7868/80869565215050199
По данным 8ш-Мё-анализа ксенолитов мантийных перидотитов и пироксенитов в верхней мантии Северо-Западного Шпицбергена выделяется, по крайней мере, два этапа плавления. Первый этап, приведший к значительному декретированию пород мантии литофильными компонентами (А1203, СаО, БеО и редкие элементы, включая редкоземельные) и обогащению М§0, имел место в среднем протерозое, а возможно, и в раннем протерозое. Второй этап относится к позднему палеозою. С этим этапом связано возникновение вебстеритовых магм, кристаллизация которых происходит в самых верхних горизонтах мантии, вблизи границы фазового перехода гранатовых перидотитов в шпинелевые в системе СМА8. Гранатовые клинопироксениты в большинстве своем — продукты смешения магм различных составов мантийного происхождения, однако время возникновения этих магм определить не представляется возможным.
Верхнемантийные ксенолиты из четвертичных базальтов Северо-Западного Шпицбергена относятся к породам перидотитовой (шпинелевые лерцолиты) и пироксенитовой (амфиболсодер-жащие гранатовые и безгранатовые клинопироксениты, гранатовые клинопироксениты, гранатовые и безгранатовые вебстериты) серий. Ксенолиты перидотитовой серии [1] представляют деплетированную А1203, СаО, БеО и редкими элементами (V, 8г, У, И, Zr, №, Та, РЗЭ) мантию и являются реститами плавления субстрата, близкого
Институт геологии и геохронологии докембрия Российской Академии наук, Санкт-Петербург E-mail: e.bogomolov@mail.ru
Санкт-Петербургский государственный университет Национальный минерально-сырьевой университет "Горный", Санкт-Петербург
к примитивной мантии (PM). Степень их парциального плавления F преимущественно 10—35%, однако встречаются, хотя и редко, образцы примитивного состава (F около 0%). Ксенолиты пи-роксенитовой серии обогащены Al2O3, CaO, FeO, РЗЭ относительно PM и образуют тренды, секущие по отношению к тренду геохимического фракционирования PM [2] и трендам расплавов, установленных в экспериментах по плавлению примитивных гранатовых и шпинелевых перидотитов [3, 4]. Состав большинства из них не соответствует составу таких базальтов, как пикриты, толеиты, щелочные базальты, а также оливино-вые щелочные базальты — носители рассматриваемых ксенолитов. Только вебстериты имеют состав, близкий к толеитовым базальтам СОХ. Можно предполагать, что пироксениты являются продуктом кристаллизации на уровне фазового перехода гранатовых перидотитов в шпинелевые в системе CMAS-расплавов, образовавшихся при плавлении пород в более низких горизонтах мантии.
По данным Re—Os-, Lu-Hf-систематик валовых проб ксенолитов [5] возраст изоляции перидотитов от конвектирующей мантии определяется как палеопротерозойский—неоархейский. Он совпадает, по мнению исследователей, с древнейшим возрастом коровых пород в этом регионе, указывая на то, что литосферная мантия была стабилизирована в то же время, когда формировалась вышележащая кора. Изотопные данные, полученные U—Pb, Rb—Sr, Sm—Nd, Re-Os-мето-дами для магматических и метаморфических пород коры [6—12], отражают возраст основных этапов тектоно-метаморфических процессов в коре архипелага Свальборд, млн лет: раннепротеро-зойский (1750), среднерифейский (1150—950), позднепротерозойский (950—650), вендский-ран-некембрийский (630—530), среднепалеозойский (470—390). В Северо-Западном Шпицбергене,
Nd-Sr-СИСТЕМАТИКА КСЕНОЛИТОВ
571
Таблица 1. Результаты Зш-Мё-анализа ксенолитов из четвертичных базальтов вулканов Сверре (перидотиты), Сигурд (пироксениты) Северо-Западного Шпицбергена
№ Образец Sm, ppm Nd, ppm 147Sm/144Nd 143Nd/144Nd sNd(0
Перидотиты. Вулкан Сверре
1 СВ-51 0.282 2.071 0.0824 0.512282 ± 5 15.1
2 СВ-67 0.090 0.383 0.1413 0.512858 ± 9 15.0
3 2166-6 0.228 0.707 0.1947 0.513340 ± 5 14.1
4 2166-7 0.102 0.242 0.2538 0.513736 ± 10 10.5
Пироксениты. Вулкан Сигурд
5 ШП-26 0.381 1.529 0.1506 0.513005 ± 6 7.7
6 ШП-13 3.023 9.532 0.1918 0.513074 ± 14 8.6
7 ШП-19 1.807 4.883 0.2238 0.513041 ± 7 7.6
8 ШП-21 1.742 4.454 0.2365 0.513010 ± 9 6.8
9 ШП-22 1.430 3.558 0.2430 0.513060 ± 12 7.7
10 ШП-23 2.565 8.089 0.1918 0.513025 ± 2 7.6
11 ШП-16 1.674 4.798 0.2109 0.513067 + 7 8.2
Примечание. 1-4 - t = 1490; 5-11 - t = 90 Ma.
Таблица 2. Результаты ЯЬ-Зг-анализа ксенолитов из четвертичных базальтов вулканов Сверре (перидотиты), Сигурд (пироксениты) Северо-Западного Шпицбергена
№ Образец Rb, ppm Sr, ppm 87Rb/86Sr 87Sr/86Sr 87Sr/86Sr(t)
Перидотиты. Вулкан Сверре
1 СВ-51 0.451 36.62 0.0356 0.704859 + 16 0.704093
2 СВ-67 0.428 12.52 0.0987 0.703832 + 16 0.701701
3 2166-6 0.589 21.65 0.0786 0.704171 + 7 0.702479
4 2166-7 0.212 11.98 0.0510 0.704680 + 9 0.703582
Пироксениты. Вулкан Сигурд
5 ШП-26 2.515 45.53 0.1596 0.706203 + 13 0.705999
6 ШП-13 1.361 89.44 0.0440 0.703706 + 7 0.703652
7 ШП-19 0.803 66.94 0.0346 0.703542 + 7 0.703498
8 ШП-21 0.655 60.50 0.0313 0.703381 + 6 0.703342
9 ШП-22 0.899 58.29 0.0446 0.703464 + 6 0.703407
10 ШП-23 3.143 168.7 0.0538 0.703611 + 11 0.703542
11 ШП-16 1.469 79.42 0.0534 0.703609 + 8 0.703541
Примечание. 1-4 - t = 1490 Ma, 5-11 - t = 90 Ma.
Ню-Фрисленде и Северо-Восточной Земле U-Pb-, Pb-Pb-методами установлено проявление магматизма около 1400 млн лет.
Изотопный анализ Sm, Nd, Rb, Sr в валовых пробах ксенолитов производили на мультикол-лекторном масс-спектрометре TRITON в статическом режиме. Коррекция на изотопное фракционирование Nd осуществляли нормализацией измеренных значений по 146Nd/144Nd = 0.7219. Нормализованные отношения приводили к значению 143Nd/144Nd = 0.511860 в международном изотопном стандарте La Jolla. Погрешность опре-
деления содержаний 8ш, Мё составила 0.5%. Уровень холостого опыта составил 10р§ для 8ш и 20р§ для Мё. Анализ параметров международного стандартного образца ВСЯ-1 дал следующие результаты: содержание 8ш 6.45 мкг/г, Мё 28.4 мкг/г, 1478ш/144Ш 0.1383 ± 3, 143Ш/144Ш 0.512654 ± 8 (средние значения из 10 определений). Коррекцию на изотопное фракционирование 8г производили при помощи нормализации измеренных значений по 888г/868г = 8.37521. Нормализованные отношения приводили к 878г/868г = = 0.71025 в международном изотопном стандарте
572
БОГОМОЛОВ и др.
143Ш/144Ш 0.5138
Шпицберген
0.5136 0.5134 0.5132 0.5130 0.5128 0.5126 0.5124
0.5122
* Перидотиты
Гранатовые пироксениты и Вебстериты
' 2166-7
*СВ-51 _|_I_
2166-6 У
✓
штс ХШП"13ШП-16 ШП-22 ШП-26 Ш ■ ■ ■
л/ ■ ■ ■
ШП-23 ШП-19ШП-21
,*СВ-67
СКВО 4.2
0.06
0.10
0.14
0.18
0.22 0.26
147Бш/144Ш
Рис. 1. Диаграмма 143Ш/144Ш-147Бш/144Ш для мантийных ксенолитов из четвертичных базальтов Северо-Западного Шпицбергена для перидотитовых ксенолитов вулкана Сверре и пироксенитовых ксенолитов вулкана Сигурд.
ЫВ8-987. Погрешность определения содержаний ЯЪ, Бг составила 0.5%. Уровень холостого опыта составил 30pg для ЯЪ, 30pg для Бг. Анализ параметров международного стандартного образца ВСЯ-1 дал следующие результаты: содержание ЯЪ 45.9 мкг/г, Бг 329 мкг/г, 87ЯЪ/86Бг 0.4027 ± 19, 878г/86Бг 0.705013 ± 16 (средние значения из 8 определений).
Изотопный анализ Бш—Кё-, ЯЪ—Бг-систем изучен в перидотитовых ксенолитах вулкана Сверре и пироксенитовых ксенолитах вулкана Сигурд (табл. 1, 2). Перидотиты характеризуются широкими пределами 147Бш/144Ш 0.0824-0.2538, 143Ш/144Ш 0.512282-0.513736, тогда как 143Ш/144Ш в пироксенитах изменяется незначительно: от 0.513005 до 0.513074 (рис. 1).
Перидотитовые ксенолиты обр. СВ-51, СВ-67, 2166-6 образуют на диаграмме изохрону с параметрами: г = 1435 ± 420 Ма, еш = +14.3, СКВО 4.2 (рис. 1). Отклонение обр. 2166-6 от двухточечной
143Ш/144Ш 0.51311
0.51309
0.51307
0.51305
0.51303
0.51301
0.51299
0.51297 0.14
143ш/144ш
0.51309
0.51307
0.51305
0.51303
0.51301 -
0.51299
0.16
0.18 0.20 147Бш/144Ш
ШП-22
ШП-19
СКВО 0.048
143ш/144ш
0.51309
0.51307 0.51305 0.51303 0.51301
0.51299
(б)
ШП-23
ШП-22
еш = 7.6 Возраст 102 ± 63 млн лет Начальная 143Ш/144Ш = = 0.512896 ± 0.000091 СКВО 0.38
л
0.18
£Ш(г) 16
0.20
0.22
0.24 0.26
147Бш/144Ш
СВ-67
0.08 0.12 0.16 0.20 0.24 0.28 0.32
1/Ш
14
12 -
10 -
8 -
0.700
2166-6 *
* СВ-51
(г)
2166-7
^ШП-13 ШП-16И
ШП^1ШП-
ШП-21
0.702
0.704
А
ШП-26
J_I
0.706 0.708
875г/86Бг(г)
Рис. 2. Диаграммы 143Кё/144Кё—147Бш/144Кё для ксенолитов вебстеритов (а), клинопироксенитов (б) и зависимость 143Кё/144Кё от 1/Кё в клинопироксенитах (в); вкё(г)—87Бг/86Бг(г) в мантийных перидотитах и пироксенитах (г).
Nd—Sr-СИСТЕМАТИКА КСЕНОЛИТОВ
573
изохроны, образуемой ксенолитами СВ-51, СВ-67 ^ = 1488 ± 58 Ма, еш = +15), связано, вероятно, с частичной потерей радиогенного 143Мё в результате вторичных процессов. Еще большую потерю, по-видимому, испытала проба 2166-7. На это указывают и более низкие значения еш, соответствующие этим двум пробам (рис. 2г). Тем не менее можно уверенно говорить, что возраст мантийных перидотитов, уже подвергшихся плавлению и испытавших декретирование А1203, СаО, БеО и редкими элементами, включая редкоземельные, с одной стороны, и обогащение М§0, с другой, древнее 1488 ± 58 млн лет. Нарушение 8ш-Мё-системы, возможно, связано с этапом активизации мантии около 1400 млн лет, который нашел свое отражение в проявлении процессов магматизма в Северо-Западном Шпицбергене, Ню-Фрисленде и Северо-Восточной Земле, судя по данным и-РЬ-, РЬ-РЬ-методов.
Кристаллизация вебстеритов, для которых изотопный состав 8ш, Мё определен только в обр. ШП-13 и ШП-26, происходила в позднем палеозое. Двухточечная изохрона на диаграмме (рис. 2а) соответствует значению t = 256 ± 79 млн лет. Возможно, что плавление перидотитовой мантии и образование расплавов вебстеритового состава связаны с развитием внутриплитного рифтогене-за в позднем палеозое.
Гранатовые клинопир
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.