РУТ-ПАРАМЕТРЫ ФЛЮИДНЫХ ВКЛЮЧЕНИЙ И ИЗОТОПНЫЙ СОСТАВ С, O, N, Ar В КСЕНОЛИТЕ ГРАНАТОВОГО ЛЕРЦОЛИТА ИЗ РАЙОНА ОАЗИСА ДЖЕТТИ, ВОСТОЧНАЯ АНТАРКТИДА
© 2014 г. А. И. Буйкин*, И. П. Соловова**, А. Б. Верховский***, Л. Н. Когарко*, А. А. Аверин****
* Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН 119991ГСП-1 Москва, ул. Косыгина, 19; e-mail: bouikine@mail.ru ** Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН 119017Москва, Старомонетный пер., 35 *** Открытый Университет, Милтон Кинс, Великобритания **** Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН 119071 Москва, Ленинский просп. 31, корп. 4 Поступила в редакцию 11.06.2013 г. Принята к печати 19.08.2013 г.
Изучены ортопироксен, клинопироксен и оливин мантийного метасоматизированного ксенолита гранатового лерцолита из щелочных пород оазиса Джетти, Восточная Антарктида. Образцы содержат обильные, существенно углекислотные, флюидные включения, комбинированные расплавно-флюид-ные и флюидизированные сульфидно-силикатные (±карбонат) включения. Хотя максимальное давление при захвате породообразующими минералами включений определено в 13 кбар, его истинное значение должно быть значительно выше, поскольку включения теряли часть вещества (декрепитировали) во время транспорта ксенолита к поверхности Земли. Выявлены две основные флюидные стадии. Флюиды раннего этапа характеризовались наиболее сложным составом. При преобладании СО2, они в значительной степени обогащены дополнительными летучими компонентами (N2 в пределах 0.1—0.2 мольных долей, Н2$ и, возможно, Н2О) и входят в состав сульфидно-силикатных (±карбонат) включений ликвационного происхождения. В ходе эволюции в них возрастает роль СО2 при снижении концентраций Н2$ и N2. Несмотря на малый вклад в общий бюджет глубинных флюидов таких летучих компонентов как N2, Н2$ и Н2О, они играют важную роль в процессах мантийного метасоматоза, что отражается на геохимических особенностях выплавляемых магм. В составе флюидов более поздней стадии (давления <7 кбар) заметно возрастает роль не только СО2, но и Н2О (вплоть до появления включений с фазой жидкой воды и образования при охлаждении азотом в криокамере газгидрата СО2). Двустадийное воздействие флюидов на мантийный субстрат также подтверждается изотопно-геохимическими данными. Изотопные исследования газов, выделенных непосредственно из флюидных включений в минералах методом ступенчатого дробления, позволили проследить эволюцию элементных и изотопных соотношений газов в ходе метасоматических преобразований. Высокобарические флюидные включения первого этапа характеризуются низкими отношениями С/Ы2, С/Аг, N2/Ar, тяжелым азотом и несколько повышенными (до 530) отношениями 40Аг/36Аг. Для поздних флюидов характерны более высокие (на 2—3 порядка) отношения С/Ы"2, С/Аг, пониженные значения 513С в СО2, а также близкие к атмосферному отношения N2/Ar и 40Аг/36Аг. Изотопный состав и элементные соотношения аргона и азота позволили предположить, что появление поздних флюидов может быть связано с двухкомпонентным смешением в системе мантия-атмосфера. Комплексный анализ полученных данных, в частности, нетипичные для мантии низкие отношения 40Аг/36Аг и возрастание роли Н2О, могут свидетельствовать о субдукционной природе флюидов.
Ключевые слова: изотопы легких элементов, благородные газы, флюидные включения, Р-Тпараметры, мантийные ксенолиты, ступенчатое дробление.
DOI: 10.7868/S0016752514100033
ВВЕДЕНИЕ нентальная и океаническая коры. В ходе этого
Постаккреционная история Земли в основном процесса мантия непРеРывно дол™ (5ыла терять
связана с многократными эпизодами плавления легк°плавкие и летуча тамгожеты (СаО, А2Оз,
мантии, в результате которых возникли конти- ТЮ2, редкие литофильные элементы, Н2О, СО2) и
превращаться в резко деплетированный резервуар, из которого в дальнейшем способны выплавляться только высокомагнезиальные, обедненные редкими элементами, расплавы. Однако такой тенденции в геологическом развитии Земли не наблюдается. Напротив, уже более 20 лет назад [1], стало появляться все большее количество фактического материала, демонстрирующего рост обогащенности первичных мантийных магм некогерентными элементами. Проведенный нами анализ созданных баз данных показал заметный рост интенсивности щелочного магматизма в течение геологического времени [2].
Все это привело к развитию в последние годы идей об активном взаимодействии мантия—кора [3], в ходе которого происходит крупномасштабный обмен веществом и создаются условия для возникновения мантийных резервуаров, обогащенных редкими литофильными элементами и летучими компонентами.
Важнейшим геохимическим следствием непрерывного погружения в мантию материала океанической коры является развитие мантийного, в том числе карбонатного, метасоматоза. При этом вода и углекислота представляют собой основные компоненты флюидной фазы мантийных метасо-матических реакций. Одним из крупномасштабных проявлений карбонатного метасоматоза мантийного материала является мантия Восточной Антарктиды. В зоне рифтовой системы Бивер развита серия ультраосновных щелочных даек и штоков (горы Принца Чарльза), содержащих большое количество мантийных ксенолитов — гранатовых лерцолитов, дунитов, гарцбургитов. Их изучение показало, что в ксенолитах наблюдаются метасома-тические карбонатизированные участки, секущие мантийный субстрат в виде прожилков и состоящие из клинопироксена, оливина и шпинели второй генерации, а также кальцита, доломита, высокобариевой слюды, апатита и генримейерита [4]. Среди мантийных ксенолитов был обнаружен гранатовый лерцолит с большим количеством флюидных включений. Находки в породообразующих минералах флюидных включений свидетельствуют в пользу присутствия свободного флюида в нижних горизонтах коры и в верхней мантии. Их изучение дает информацию о поэтапном изменении состава летучих компонентов в зависимости от температуры и давления, а также флюидного режима системы в целом. Изотопные исследования газов, выделенных непосредственно из флюидных включений в породах и минералах, позволяют выявить источники флюидов и проследить эволюцию элементных и изотопных соотношений газов в ходе мета-соматических преобразований. Наиболее перспективным методом для выделения газов из флюидных включений на сегодняшний день является метод ступенчатого дробления, который хорошо зарекомендовал себя при изучении бла-
городных газов в мантийных породах [5—9 и др.]. Этот метод позволяет поэтапно выделять газы, находящиеся во флюидных включениях в породах и минералах, не затрагивая газовые компоненты, связанные в кристаллической решетке минерала. Такое ступенчатое выделение газов за счет вскрытия включений от крупных к мелким, от более плотных к менее плотным и, соответственно, от менее к более прочно удерживаемым образцом, позволяет получить на изотопных диаграммах линии смешения, по которым можно делать вывод об источниках флюидов разных генераций. Поэтому для определения источников и эволюции флюидов при метасоматическом преобразовании мантии Восточной Антарктиды мы провели комплексное изотопно-геохимическое и термобарогеохимическое изучение флюидов в уникальном образце гранатового лерцолита из Оазиса Джетти.
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Для изучения включений в минералах из ксенолита была изготовлена двусторонне-полиро-ванная пластина толщиной 0.3 мм. Эксперименты проводились на различных установках — в высокотемпературной микрокамере Linkam TS-1500, совмещенной с оптическим микроскопом и цифровым фотоаппаратом (фирма Olympus, Япония), и в небольшой муфельной печи, использующейся для длительных опытов при заданной температуре с последующей быстрой закалкой вещества включений после прогрева. В этом случае для предохранения Fe-содержащих фаз препарата от окисления применялись графитовые вкладыши. Изучение флюидных включений проводилось на криокамере Linkam-THMSG 600, охлаждающейся жидким азотом (до —180° C) и калиброванной по эталонным искусственным включениям с углекислотой и водными растворами определенной концентрации. Скоростной и температурный режим криометрических опытов обеспечивали приданной электронной программой. Для расчета плотностей флюидов и оценки давления использовалась программа FLINCOR. Состав флюидных включений определялся методом Raman-спектро-скопии (Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина, ИФХЭ РАН) на Raman-спектрометре SENTERRA фирмы Braker. Условия съемки: длина волны лазерного излучения 532 нм и 785 нм, мощность 2 и 10 мВт, соответственно, разрешение ~3 см-1. Время накопления информации составляло 100-1000 ед. в зависимости от типа исследуемых включений.
Химический состав твердых фаз исследовали на электронно-зондовом микроанализаторе JXA-8100 фирмы JEOL (ИГЕМ РАН, аналитик И. Грибоедова) при ускоряющем напряжении 15 и 20 кВ, токе 20 и 30 нА, диаметре пучка электро-
Таблица 1. Составы основных минералов ксенолита, мас. %
Компонент Ol Opx Cpx Gr Sp Sp
№ 1 2 3 4 5 6
S1Ü2 40.82 54.13 52.05 41.92 0.12 0.09
T1Ü2 0.00 0.14 0.41 0.11 0.26 0.09
Al2Ü3 0.06 5.58 6.71 22.66 52.95 62.75
&2Ü3 0.02 0.64 1.08 2.03 14.60 5.69
FeÜ 8.90 5.76 3.35 7.25 11.09 10.45
MnÜ 0.12 0.12 0.11 0.37 0.11 0.11
MgÜ 50.00 32.20 16.76 21.82 21.39 21.18
CaÜ 0.11 1.20 18.35 4.78 0.00 -
NiÜ 0.39 0.11 0.06 0.03 0.36 0.05
Na2Ü 0.02 0.16 1.35 0.00 0.01 -
Сумма 100.44 100.04 100.22 100.97 100.89 100.40
mg# 0.91 0.91 0.90 0.84 0.77 0.78
нов 1, 2 и 5 мкм. В качестве стандартов использованы аттестованные природные минералы и стекла: Si, Al, Fe, Mg, Ca - USNM 111240/2 (базальтовое стекло VG-2); Na — жадеит, K — ортоклаз, Mn — родонит, Ti — TiO2, Zr — ZrO2, F — MgF2, Cl — вана-динит. Cu, Fe, S — CuFeS2, Ni — Ni, Pt — Pt, Pd — Pd, Co — Co, Ir — Ir.
Методика пробоподготовки образцов для проведения изотопного анализа газов заключалась в следующем. Пробы очищали от поверхностных загрязнений в этаноле в ультразвуковой ванне, после чего их помещали в сушильный шкаф на 2—3 ч. После сушки образцы загружали в трубку дробления, соединенную с вакуумной системой. Всю систему прогревали пр
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.