ПЕТРОЛОГИЯ, 2014, том 22, № 5, с. 546-560
УДК 550.42+551.464.6.027
СОСТАВ И ИСТОЧНИКИ ЛЕТУЧИХ И БЛАГОРОДНЫХ ГАЗОВ ВО ФЛЮИДНЫХ ВКЛЮЧЕНИЯХ В ПИРОКСЕНИТАХ И КАРБОНАТИТАХ СЕБЛЬЯВРСКОГО МАССИВА, КОЛЬСКИЙ ПОЛУОСТРОВ
© 2014 г. А. И. Буйкин*, А. Б. Верховский**, Н. В. Сорохтина*, Л. Н. Когарко*
*Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН ул. Косыгина, 19, Москва, 119991, Россия; e-mail: bouikine@mail.ru **The Open University, Walton Hall, Milton Keynes, MK7 6AA, United Kingdom; e-mail: sasha.verchovsky@open.ac.uk Поступила в редакцию 20.03.2014 г.
Проведено исследование изотопного состава и соотношений углерода (в СО2), азота и благородных газов в образцах пироксенитов и карбонатитов Себльяврского щелочно-ультраосновного массива с применением метода ступенчатого дробления. Изотопный состав углерода во фракциях дробления кальцитов, отобранных из карбонатитов, варьирует в диапазоне —6.6... — 15.0%о (PDB) при средних
13
значениях —8.5...—10.5%о, что ниже мантийного интервала для 8 C(C0 ) (—3...—5%о) и может быть связано с долговременным низкотемпературным изотопным обменом между углеродом СО2 из включений и содержащим их карбонатом кальция. Отношения 40Ar/36Ar во фракциях дробления кальцитов варьируют от значений, близких к атмосферному (296), до 3200. В пироксенах из пироксенитов эти отношения достигают 26000—33000 (такие высокие значения впервые получены для пироксенитов Кольской щелочно-ультраосновной провинции), что соответствует значениям, полученным для закалочных стекол MORB. Азот в образцах изотопно-тяжелый, со средними значениями 815N = +1...+2, что согласуется с ранее полученными данными для пород карбонатитовых массивов Кольской щелочной провинции (Dauphas, Marty, 1999) и карбонатитов Гулинского массива (Buikin et al., 2011). Содержание азота во фракциях дробления коррелирует с содержанием 36Ar, который является индикатором атмосферной контаминации и указывает на доминирование коро-вого компонента азота в исследуемых образцах, вероятно, связанного с субдукцией или непосредственным проникновением палеометеорной воды в магматический очаг или в метасоматический источник. Вариации изотопных и элементных составов газовых компонент в процессе дробления отражают присутствие в исследованных минералах включений не менее двух генераций.
DOI: 10.7868/S0869590314050033
ВВЕДЕНИЕ
Кольская щелочная провинция палеозойского возраста (КЩП) представлена 19 щелочно-уль-траосновными массивами с карбонатитами и двумя крупнейшими в мире комплексами агпаито-вых нефелиновых сиенитов (Хибины и Ловозе-ро), содержащими крупные месторождения ниобия, тантала, циркония, гафния и редких земель. В пределах провинции развиты сотни даек и трубок взрыва, а также кимберлиты. Суммарный объем палеозойских щелочных и карбонатито-вых пород оценивается в 15000 ± 2700 км3 (Арзамасцев и др., 2001) без учета денудированной зоны. Данные по изотопному и химическому составу щелочных пород Кольского полуострова (Kramm, Kogarko,1994; Rukhlov, Bell 2010; Kogarko et al., 2010; Marty et al., 1998) показали связь с палеозойским глубинным плюмом. Несмотря на определенную изотопную гомогенность Кольской щелочной формации, мантийные источники карбонатитов являются менее деплетированными (изотопные систе-
мы Rb—Sr, Sm—Nd, Lu—Hf) по сравнению с агпаи-товыми нефелиновыми сиенитами.
На всех этапах образования и последующих изменений ультраосновных пород и карбонатитов важную роль играла флюидная фаза. Изучению флюидного режима формирования таких крупнейших комплексов как Хибины и Ловозеро посвящено много публикаций (Икорский, 1967; Икорский и др., 1992; Нивин, 2013 и др.), в большей части которых исследовались органическое вещество и углеводородные газы. В меньшей степени изучен газовый режим интрузивных комплексов щелочно-ультраосновных пород с карбонатитами, а работ, посвященных изучению изотопных характеристик флюидной фазы (He, Ne, Ar, N, C(CO ), H), совсем мало. Наиболее известные из них — исследования Б. Марти с соавторами (Marty et al., 1998; Dauphas, Marty, 1999) и И.Н. Толстихина с соавторами (Tolstikhin et al., 2002). В этих работах на основании данных об
изотопном составе гелия и неона убедительно показана связь КЩП с девонским мантийным плю-мом и проведены модельные расчеты вклада плю-мового, верхнемантийного и атмосферного (насыщенные воздушными газами подземные воды) компонентов в источник родоначальных расплавов (~2%, 97.95% и 0.05%, соответственно). В труде В.А. Нивина (2013) было показано, что все ще-лочно-ультраосновные массивы различаются степенью сохранности первичного мантийного флюида и что наиболее высок этот показатель в породах Себльяврского массива.
Целью настоящей работы является выявление источников флюидов и эволюции флюидной фазы при образовании и преобразовании пород Себльяврского массива. Для этого было проведено комплексное изотопно-геохимическое (C, N, H, He, Ar) изучение флюидных включений в минералах и породах этого массива. В отличие от предыдущих исследований (Marty et al., 1998; Tol-stikhin et al., 2002), где газы изучались методом полного плавления или дробления в одну ступень, мы применили метод ступенчатого дробления, который хорошо зарекомендовал себя при изучении благородных газов в мантийных породах (Sarda et al., 1985; Staudacher et al., 1989; Tri-eloff et al., 2000; Hopp et al., 2004; Buikin et al., 2005) и который на сегодняшний день является наиболее информативным при определении изотопных характеристик газов из флюидных включений. Метод ступенчатого дробления 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 удерживаемых образцом позволяет получить на изотопных диаграммах линии смешения, по которым можно сделать вывод об источниках флюидов разных генераций.
КРАТКАЯ
ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СЕБЛЬЯВРСКОГО МАССИВА
Себльяврский массив (68°42' с.ш., 32°05' в.д.) представляет собой кольцевую интрузию площадью около 20 км2 и является одним из крупнейших палеозойских щел очно-ультраосновных массивов с карбонатитами, расположен в северозападной части Кольского п-ва (Кухаренко и др., 1965; Афанасьев, 2011). Интрузия обнаружена при проведении аэромагнитной съемки в 1948 г. и отличается от других щел очно--ультраосновных массивов Кольского полуострова отсутствием естественных обнажений. Геологическая характеристика — контуры массива, размещение основ-
ных структурных элементов, положение пород и их соотношение в большинстве случаев основываются на геофизических и буровых данных, изучении кернового материала. Основная часть скважин пробурена на глубину от 30 до 500 м, две структурные — на 1 км (Афанасьев, 2011).
Массив является типичным интрузивным комплексом центрального типа со штокообраз-ной формой тела и концентрически-зональным распределением пород ультраосновных, щелочных серий и карбонатитов, зона фенитизации в экзоконтакте с архейскими гнейсами распространяется на несколько сот метров (рис. 1) (Субботин, Михаэлис, 1986; Афанасьев, 2011). Согласно геолого-геофизическим данным (Арзамасцев и др., 2001), Себльяврский массив является одним из наиболее хорошо сохранившихся массивов, с минимальной для интрузий подобного типа на Кольском п-ве высотой эрозионного среза в 2 км. Высота магматической камеры до уровня поверхности оценивается в 4.2 км, протяженность подводящего канала до 42 км. Как и большинство ще-лочно-ультраосновных интрузий Кольского п-ва (Ковдор, Вуориярви, Турий мыс, Салмагора), Себльяврский массив приурочен к глубинным крутопадающим сквозным структурным тектоническим поясам, к точкам пересечения таких зон (Афанасьев, 2011).
В строении Себльяврского массива от древних к молодым выделяют: оливиниты, породы пироксе-нитовой, ийолит-мельтейгитовой, фоскоритовой и карбонатитовой серий, а также многочисленные постмагматические образования (Кухаренко и др., 1965; Субботин, Михаэлис, 1986; Афанасьев, 2011). От других подобных интрузий Себльяврский массив отличается широкомасштабным проявлением эндоконтактового фоскорит-кар-бонатитового метасоматоза более ранних гипер-базитов и ийолитов, что выражается в их широкой апатитизации и карбонатизации (рис. 1). Кроме того, все типы пород магматической стадии интенсивно гидротермально изменены, повсеместно в зонах контакта карбонатитов с более ранними вмещающими магматическими породами развиваются маломощные прожилки с доло-мит-стронцианит-анкилитовой минерализацией. Мы полагаем, что флюидная фаза играла активную роль на всех этапах формирования и изменения пород массива.
Себльяврский массив образовался в каледонский этап тектоно-магматической активизации северо-восточной части Балтийского щита, его возраст определяется как палеозойский. K-Ar возраст флогопита из пироксенита составляет 383 млн лет, биотита из ийолита — 388 млн лет и, наконец, флогопита из карбонатита — 388 млн лет (Кухаренко и др., 1965). По данным Rb-Sr метода (породы и минеральные фракции из этих пород)
(а)
34° 36° "1-Г
Маврагуба Сокли \ "" ~
> л ^
уба
- < Ло
овозеро
Нива
а • ф - Озерная Варака ^^ Лесная Варака
Ковдор Лесная Варака
/ Африканд^^в ^Ингозеро
Кандагуба~*;Салмагора ^ р ^ Песочный Вуориярви
Салланлатва •КоВдозеро . ^
^ '^►'Х Терский берег
Турий мыс
с.ш.
68°
67°
- 66°
(б)
~10 IЛ I *~112
Рис. 1. Геологические карты-схемы: а — расположение палеозойских щелочно-ультраосновных и карбонатитовых массивов на территории Кольского п-ва, структурные элементы выделены по литературным данным (Балаганский и др., 1998), серым выделены мобильные зоны раннепротерозойского возраста; б — геологическая карта Себльяврского массива, составлена по литературным данным (Субботин, Михаэлис, 1986).
1 — оливиниты; 2 — пироксениты (гипербазитовый этап); 3 — ийолиты; 4 — эндоконтактовые матасоматиты по ийоли-там и пироксенитам (щелочной этап), 5 — фениты и фенитизированные гнейсы; 6 — фос
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.