ГЕОХИМИЯ, 2015, № 9, с. 771-800
СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ ГЕОХИМИЧЕСКИХ И U-Pb ГЕОХРОНОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ ЦИРКОНА
В ОКЕАНИЧЕСКИХ ПОРОДАХ
© 2015 г. Ю. А. Костицын*, Е. А. Белоусова**, С. А. Силантьев*, Н. С. Бортников***, М. О. Аносова*
*Институт геохимии и аналитической химии им. В.И.Вернадского РАН 119991 Москва, ул. Косыгина, 19 e-mail: kostitsyn@geokhi.ru **GEMOC ARC National Key Centre, Department of Earth and Planetary Sciences, Macquarie University, NSW2109 Sydney, Australia **Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН 119107Москва, Старомонетный пер., 35 e-mail: bns@igem.ru Поступила в редакцию 11.06.2014 г.
Принята к печати 12.07.2014 г.
Приводятся результаты исследования методом лазерной абляции (LA-ICP-MS) зерен циркона, выделенного из магматических пород впадины Маркова и гидротермального поля Ашадзе (Срединно-Ат-лантический хребет). Изучены U—Pb и Lu—Hf изотопные системы индивидуальных зерен циркона и их микроэлементный состав. Также исследованы Sm—Nd и Rb—Sr изотопные системы пород, содержащих циркон. U—Pb система зерен циркона трех образцов габбро-норитов впадины Маркова показала значения возраста от 0.90 ± 0.02 до 2.00 ± 0.05 млн лет, причем более молодой возраст оказался у образцов, драгированных с большей глубины. Циркон из четырех образцов габбро и трондьемитов поля Ашадзе оказался одновозрастным — от 1.04 ± 0.07 до 1.12 ± 0.09 млн лет. В образце I-1069/19 плагиоклазового трок-толита впадины Маркова были обнаружены экзотические зерна циркона с возрастом от 90 млн лет до 3.2 млрд лет, что не согласуется с возрастом пород в Срединно-Атлантическом хребте. В статье обсуждаются гипотезы происхождения подобных экзотических зерен, в частности, их образование в мантийных глубинах, попадание туда с субдуцированным материалом и др. Эксперименты по растворимости циркония показывают, что основные и ультраосновные расплавы могут стать пересыщенными относительно циркония только при нереально высоких его содержаниях, которых в соответствующих породах обычно не встречаются. Инородный, захваченный циркон в расплавах основного и ультраосновного состава должен растворяться и его находки в этих породах, скорее всего, указывают на отсутствие равновесия. Циркон может формироваться в интрузивных породах основного состава в условиях фракционной кристаллизации на заключительных ее стадиях, поэтому в габброидах нередко присутствует собственный циркон.
Циркон очень устойчив в коровых магматических процессах, особенно при пониженной активности щелочей, но при попадании в условия температур верхней мантии (1300—1500°С) он теряет радиогенный свинец диффузионным путем очень быстро, в геологическом понимании мгновенно. При использовании распределения редкоземельных элементов для интерпретации происхождения циркона необходимо включать в анализ как можно большее число элементов, чтобы иметь возможность отличить распределения элементов, характерные собственно для циркона, от аномалий, связанных с дефектами.
Ключевые слова: циркон, U—Pb датирование, океанические породы, возраст, срединно-океанический хребет.
DOI: 10.7868/S0016752515090022
Появление локальных методов изотопного и элементного анализа вещества, таких как масс-спектрометрия вторичных ионов (SHRIMP, SIMS) (Clement et al., 1977) и лазерная абляция совместно с масс-спектрометрами с индуктивно связанной
плазмой (LA-ICP-MS) (Fryer et al., 1993, Feng et al., 1993) открыло новые возможности для изучения единичных минеральных зерен, в частности для геохронологического исследования циркона. Это в свою очередь позволило вовлечь в геохронологи-
ческие исследования очень молодые породы, которые ранее с помощью классической U—Pb цир-конометрии если и удавалось датировать (Lissen-berg et al., 2009), то это требовало виртуозной экспериментальной работы и, что важно, особо чистых (и дорогих!) лабораторий. К таким новым направлениям для U—Pb геохронологии с применением локального анализа относятся, в частности, исследования пород океанического ложа (Бортников и др., 2008, Baines et al., 2009, Schwartz et al., 2010), которые отличаются весьма молодым возрастом — преимущественно от первых десятков миллионов лет и вплоть до современного — а также преобладанием пород основного и ультраосновного состава. Появилось немало геохронологических исследований континентальных и палео-океани-ческих пород основного и ультраосновного состава по циркону (Liati et al., 2004), однако его синге-нетичность вмещающим породам далеко не всегда очевидна. Немаловажно также, что в силу ряда организационных обстоятельств в России локальный анализ единичных зерен циркона стал более доступен широкому кругу геологов, ранее не имевшим опыта серьезных геохронологических исследований и решения сопутствующих методических и методологических проблем. Это не в последнюю очередь послужило причиной для написания настоящей статьи, чтобы на основе имеющегося опыта рассмотреть очевидные, а подчас и неочевидные проблемы, возникающие при проведении и осмыслении геохимических и геохронологических данных, получаемых при исследовании циркона.
ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ОБРАЗЦЫ
Объектами исследования послужили образцы пород океанического дна в пределах двух сегментов рифтовой долины Срединно-Атлантического хребта (САХ), в районе впадины Маркова (около 6° с.ш.) и гидротермального поля Ашадзе (около 13° с.ш.). Сведения о распределении пород разного возраста вдоль и вокруг рифтовых долин сре-динно-океанических хребтов (СОХ), где по современным представлениям формируется новая океаническая кора, позволяют лучше понять динамику этого процесса, установить основные его закономерности и возможные аномалии. Помимо U—Pb системы циркона для геохронологических целей, в настоящей работе изучен изотопный состав гафния циркона, а также изотопный состав неодима пород для определения геохимических свойств источника пород и минералов, что совместно со сведениями о возрасте дает разностороннюю информацию об их происхождении. Предварительные результаты этих исследований были опубликованы ранее (Костицын и др., 2009; 2012).
Впадина Маркова. В пределах впадины Маркова породы были драгированы с глубин 3400—4300 м между 5°54' N и 6°03' N Срединно-Атлантическо-
го хребта в ходе 10-го рейса исследовательского судна "Академик Иоффе" в 2001—2002 гг. и 22-го рейса исследовательского судна "Профессор Логачев" в 2003 г. (Сколотнев и др., 2003). Впадина Маркова протяженностью 20—22 км и шириной 8—11 км является наиболее глубокой (~5 км) в осевой зоне САХ вблизи разлома Сьерра-Леоне (рис. 1). На ее западном и восточном склонах были драгированы породы, характеризующие все комплексы разреза океанической литосферы: мантийные реститовые ультрамафиты (гарцбур-гиты, лерцолиты, дуниты), разнообразные габ-броиды, долериты, плагиограниты (трондьеми-ты), гранодиориты, базальты, катаклазирован-ные и гидротермально измененные породы с сульфидной минерализацией. Изучены в разной степени катаклазированные лейкогаббро-нориты с первичной коричневой роговой обманкой (образцы 1-1028, Ь-1097 и Ь-1153), а также свежий лейкократовый троктолит с хорошо сохранившейся кумулятивной структурой (обр. 1-1069/19). Наибольшее количество зерен циркона отмечено в пробах наиболее интенсивно катаклазированных габбро-норитов. Деформационные структуры, наблюдаемые в магматических минералах (оливине, пироксене, плагиоклазе), и их грануляция с появлением изометричных необластов, возникли в горячих, но уже затвердевших породах.
Циркон из образцов 1-1028, Ь-1097 и Ь-1153 обладает сходной морфологией: преобладают прозрачные, бесцветные призматические и ко-роткопризматические кристаллы и их фрагменты (Бортников и др., 2008). Часто встречаются зерна с включениями пироксенов и плагиоклазов, что указывает на позднюю кристаллизацию циркона. Внутреннее строение зерен циркона неоднородно: в большинстве субидиоморфных кристаллов наблюдается тонкая осцилляторная зональность и секториальное строение, что типично для магматического циркона. В отдельных зернах (станция 1-1028) обнаружена резорбция граней призм и пирамид и появление колломорфных кайм. Зерна циркона из обр. троктолита 1-1069/19 имеют в ядрах фрагменты грубой зональности, срезаемые тонкой оболочкой.
Значительная доля тех же зерен циркона из пород впадины Маркова, что изучена нами, проанализирована ранее (Бортников и др., 2008; 2005) и-РЬ методом на 8ИЯ1МР-П, а также классическим методом с кислотным разложением циркона (Шарков и др., 2004), что позволяет выявить тонкие различия между разными способами анализа.
Поле Ашадзе. Сегмент Срединно-Атлантиче-ского хребта между 12° и 17° с.ш. интересен тем, что здесь обнаружены крупные гидротермальные поля Ашадзе, Семенов, Логачев (Богданов и др., 1997; Векепеу е! а1., 2007; Векепеу е! а1., 2009).
с.ш. 6°02'
6°00'
5°58'
5°56'
5°54'
33°12' 33°10' 33°08' 33°06'
з.д.
Рис. 1. Батиметрическая карта района впадины Маркова со станциями драгирования, образцы с которых исследованы в настоящей работе. Цифрами показаны полученные значения и-РЬ возраста. Глубины более 4500 м выделены серым цветом. На врезке показано географическое положение поля Ашадзе (А) и впадины Маркова (М) в Атлантическом океане.
Эти поля приурочены к блокам выведенных на поверхность морского дна глубинных пород, представленных преимущественно перидотитами и габбро. Такие блоки получили название внутренних океанических комплексов (oceanic core complex) (Cann et al., 1997, MacLeod et al., 2009), и их образование характерно для медленно-спре-динговых хребтов. Гидротермальная деятельность приводила не только к скоплению рудных компонентов на морском дне, но и к формированию прожилков кислых пород (трондьемитов) в пределах габбро.
Гидротермальное поле Ашадзе расположено в западном борту рифтовой долины САХ, где в районе 12°59' с.ш. обнажается типичный внутренний океанический комплекс (ВОК), сложенный сер-пентинизированными мантийными перидотитами, габброидами и плагиогранитами (Силантьев и др., 2011). Район отбора изученных в настоящем исследовании образцов представлен на рис. 2. Габброиды по
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.