ГЕОХИМИЯ, 2013, № 6, с. 562-569
КРАТКИЕ СООБЩЕНИЯ
8г-Ш ИЗОТОПНАЯ НЕРАВНОВЕСНОСТЬ КЛИНОПИРОКСЕНОВ В УЛЬТРАКАЛИЕВЫХ ЭФФУЗИВАХ ВОСТОЧНО-АФРИКАНСКОГО РИФТА: СМЕШЕНИЕ РАСПЛАВОВ И ГЕТЕРОГЕННОСТЬ ИСТОЧНИКА
© 2013 г. Н. С. Муравьева*, Б. В. Беляцкий**, В. Г. Сенин*
*Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН 119991ГСП-1 Москва, ул. Косыгина, 19; natash@geokhi.ru **ФГУП ВНИИОкеангеология 190121 Санкт-Петербург, Английский просп., 1 Поступила в редакцию 28.04.2011 г. Принята к печати 24.10.2012 г.
Ключевые слова: изотопный состав Бг—Ий, клинопироксены, калиевый магматизм, гетерогенность мантии.
DOI: 10.7868/S0016752513060046
Ультракалиевый магматизм, наиболее глубинный тип магматизма, обладает рядом признаков обогащенности мантийного источника редкими некогерентными элементами [1]. Классической областью распространения ультракалиевых пород является Западная ветвь Восточно-Африканского рифта [2, 3]. Присутствие на сравнительно ограниченной площади пород, отличающихся по модальному и химическому составу, отражает гетерогенность верхней мантии на километровой шкале. Наиболее распространенная модель источника калиевого магматизма — лерцолитовая (гарцбургитовая?) мантия с многочисленными прожилками и прослоями пироксенитов [4]. Дополнительные доказательства гетерогенности источника калиевых магм Западной ветви рифта были получены нами при изучении изотопного состава стронция и неодима минералов-вкрапленников вулканитов.
Несмотря на многолетние геологические работы в этом регионе для камафугитовой группы пород известны лишь единичные опубликованные и РЬ изотопные анализы [5, 6], но данных об изотопном составе породообразующих минералов нам неизвестно. Некоторые исследования проводились в Восточной Африке для кли-нопироксенов из нефелинитовых лав вулкана На-пак, восточной части Уганды [7] и вулкана Маунт Элгон, восточной Уганды-западной Кении [8]. В настоящей работе приводятся результаты изучения изотопного состава стронция и неодима породообразующих минералов (клинопироксена и слюды) камафугитов и делается попытка оценки состава их мантийного источника.
Объектом нашего исследования являются ультракалиевые вулканические породы из провинций Торо-Анколе и Вирунга в северной части Западной ветви Восточно-Африканского рифта. Вулканиты Торо-Анколе — самые молодые образования Восточно-Африканского рифта, возраст которых по данным K-Ar and 40Ar/39Ar датирования не превышает 50000 лет [9]. Большая часть исследованных образцов была собрана в пределах вулканического поля Буньяругуру. Для сравнения были изучены образцы камафугита (угандита) и возможных его производных — мелалейцитита и лейцитита из вулкана Високе (провинция Вирун-
га)1. Магматизм провинции Вирунга имеет миоценовый возраст[10].
Особенностью состава камафугитовых пород провинции Торо-Анколе являются высокая маг-незиальность (Mg# до 0.79), высокие содержания Ni (до 780 ppm) и Cr (до 1170 ppm) в сочетании с экстремальным обогащением некогерентными редкими элементами: Ce/Y до 26.38; Zr/Y до 26.22; (La/Yb)n до 142.69; (La/Sm)n до 7.27 [11].
Вкрапленники в камафугитах представлены оливином, лейцитом, клинопироксеном, хром-шпинелидом, флогопитом и, в отдельных случаях, мелилитом и перовскитом. В основной массе пород встречаются также кальсилит, нефелин, ильменит и филлипсит, иногда карбонаты. Состав минералов-вкрапленников отражает примитивную природу камафугитов: магнезиальность
1 Схематическая геологическая карта региона и места отбора проб см. в статье [Муравьева и Сенин, Геохимия № 9, 2009, Рис. 1].
Таблица 1. Изотопный состав минералов-вкрапленников из ультракалиевых вулканитов Восточно-Африканского рифта
NN Образец Sm, ppm Nd, ppm 147Sm/144Nd 143Nd/144Nd 2a, abs Rb, ppm Sr, ppm 87Rb/86Sr 2s, % 87Sr/86Sr 2a, abs
11497 cpx 36.12 120.6 0.18096 0.512506 0.000003 19.15 421.4 0.13146 0.45 0.704944 0.000012
11503 cpx 57.25 197.7 0.17504 0.512511 0.000004 17.21 324.3 0.15352 0.43 0.704725 0.000010
11523 cpx 36.39 145.0 0.15173 0.512508 0.000004 16.54 366.2 0.13066 0.49 0.704824 0.000008
11641 cpx 27.91 116.4 0.14491 0.512504 0.000006 24.44 425.5 0.16614 0.45 0.704913 0.000007
11530 cpx 48.59 161.4 0.18194 0.512525 0.000006 22.51 522.8 0.12453 0.46 0.704705 0.000006
11642 cpx 51.76 135.7 0.23061 0.512535 0.000004 18.68 382.3 0.14134 0.42 0.705033 0.000008
11642 mica 2.478 24.35 0.06150 0.512527 0.000012 131.6 296.6 1.28371 0.50 0.705703 0.000018
Примечания. Химическая сепарация элементов осуществлялась хроматографическим методом на ионнообменных колонках по описанной ранее методике [17]. Бланки (холостой опыт) во время проведения анализов не превышали 0.01 и 0.2 нг для Rb и Sr, и 0.05 нг для Sm и Nd. Содержания элементов определялись методом изотопного разбавления с добавлением калиброванного изотопного трассера. Измерения изотопного состава элементов проводились на многоколлекторном твердофазном масс-спектрометре TRITON (ЦИИ ВСЕГЕИ) в статическом режиме. Для нормализации использовались значения Sr/86Sr = = 8.375209 и 146Nd/144Nd = 0.7219.
Величина измеренных международных стандартов соответствовала: JNdi-1: 143Nd/144Nd = 0.512105 ± 3; NBS-987: 87Sr/86Sr = = 0.710222 ± 16.
оливинов и клинопироксенов достигает 0.92 и 0.89, соответственно; содержание NiO в оливинах до 0.48 мас.%, CaO (min) — 0.07 мас. %. Хромшпи-нелиды представлены высокохромистыми разностями: Cr2O3 до 58.4 мас. %, Al2O3 до 10.65 мас. %, минимальное содержание TiO2 составляет 2.36 мас. %.
В вулканитах Торо-Анколе, в отличие от лав из вулканических полей Западной ветви рифта, расположенных южнее (Вирунга, Киву, Рунгве), минимально проявлен эффект кристаллизационной дифференциации, главную роль в которой играло фракционирование оливина. Геохимические характеристики изученных камафугитов свидетельствуют об участии граната в процессе их образования, что подтверждается расчетами по содержаниям петрогенных элементов, никеля и хрома [11]. Результаты наших расчетов составов первичного расплава, проведенных по алгоритму [12], показывают, что большая часть исследованных пород могла образоваться при плавлении гранатовых перидотитов за счет удаления или добавления к первичному расплаву некоторого количества оливина. Однако, для двух наиболее обогащенных кальцием образцов (катунгит и мафурит), модель перидоти-тового источника не подтверждается расчетами и, следовательно, необходимо привлечение другого мантийного компонента — пироксенитового (или эклогитового).
Изотопная систематика стронция и неодима изученных камафугитов Торо-Анколе (87Sr/86Sr: 0.704629-0.705356; 143Nd/144Nd: 0.512488 -0.512550) [11, 13, 14] свидетельствует, что их мантийный источник близок по составу к источнику базальтов океанических островов EM1 [15, 16]. В то же время, изотопный состав свинца исследованных пород (206Pb/204Pb: 18.998 - 19.566;
207Pb/204Pb: 15.686 -15.737; 208Pb/204Pb:39.303 -40.264) [13] обнаруживает сходство состава источника с характеристиками вулканитов океанических островов EM2 и региональной аномалии DUPAL. Такое разнообразие изотопных характеристик камафугитов может объясняться длительным влиянием процессов мантийного метасоматоза на вещество их источника.
В настоящей работе был изучен изотопный состав стронция и неодима вкрапленников клино-пироксена и слюды (табл. 1) из пород различного состава (табл. 2): четырех образцов камафугитов Торо-Анколе и двух образцов (угандита и лейци-тита) вулкана Високе (провинция Вирунга). Измерения проводились на многоколлекторном твердофазном масс-спектрометре TRITON в статическом режиме регистрации ионных токов, навески мономинеральных фракций (чистота не хуже 99%) предварительно растворялись в смеси кислот, а сепарация редкоземельных и щелечно-земельных элементов проводилась согласно стандартной методике [17]. Предполагалась близко-одновременная кристаллизация вкрапленников и лав (по сравнению с длительностью периода полураспада материнских изотопов самария и рубидия), и относительно низкие соотношения Sm/Nd и Rb/Sr в минералах и валовых пробах, что позволило не вносить поправки в их измеренный изотопный состав.
Полученные нами результаты приведены графически на общем изотопном "матийном тренде" в координатах 143Nd/144Nd-87Sr/86Sr (рис. 1а), который иллюстрирует положение изученных пород относительно различных модельных источников (DMM, EM I, EM II, HIMU), а также базальтов MORB, OIB и других щелочных эффу-
Таблица 2. Состав ультракалиевых вулканитов Восточно-Африканского рифта
Компонент 1 2 3 4 5 6
ЯЮ2 (мас. %) 39.92 37.68 39.88 40.44 43.49 43.49
ТЮ2 3.35 4.82 4.86 5.02 4.69 5.05
Л1203 7.46 7.35 7.68 9.27 8.92 14.67
Бе0* 9.80 13.12 11.90 14.26 10.36 10.12
МпО 0.22 0.23 0.14 0.20 0.19 0.20
МБО 17.71 9.39 16.86 9.76 10.96 3.53
СаО 10.99 14.58 9.57 12.24 13.50 7.90
№20 1.55 1.42 0.56 2.61 1.89 4.46
к2о 6.25 5.81 5.61 4.17 3.88 8.76
Р205 0.69 1.18 0.22 0.36 н.о. н.о.
Н20+ 1.48 2.93 н.о. 0.64 0.15 1.28
ппп н.о. н.о. 2.02 н.о. 0.55 н.о.
Сумма 99.81 99.40 99.29 99.88 99.48 99.80
Ме# 0.79 0.60 0.75 0.59 0.69 0.42
Rb (ррт) 157 115 168 112 111 271
Яг 1602 2750 1301 1434 861 1515
Ш 113 184 90 100 67 115
Ят 14 22 12 14 10 15
Примечание. Образцы 1—4 из провинции Торо-Анколе; 5, 6 — провинция Вирунга.
1 (11497) — южный склон кратера западнее оз. Мафури;
2 (11503) — лавовый поток к западу от кратера Ньюнгу;
3 (11523) — южный склон кратера Казимиро;
4 (11530) — о-в Гзинга, оз. Эдуард;
5 (11642) — восточный склон кратера вулкана Високе;
6 (11641) — кратер вулкана Високе. * — суммарное Fe в виде FeO.
зивов Восточно-Африканского рифта [18]. Для сопоставления данных по минералам с ранее полученным изотопным составом содержащих их пород мы использовали подход, аналогичный приведенному в работе [19]. На графике (рис. 1б) видно, что относительно изотопного состава неодима вкрапленники в целом равновесны с вмещающей породой, тогда как по 878г/868г отношению часть вкрапленников является изотопно-неравновесными. Характер этой неравновесности для изученных клинопироксенов существенно отличается: есть составы деплетированные (большая часть) и обог
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.