ПЕТРОЛОГИЯ, 2007, том 15, № 1, с. 61-92
УДК 552.11+551.22
ТЕРМАЛЬНАЯ И ХИМИЧЕСКАЯ НЕОДНОРОДНОСТЬ ВЕРХНЕЙ МАНТИИ БАЙКАЛО-МОНГОЛЬСКОГО РЕГИОНА
© 2007 г. В. А. Глебовицкий*, Л. П. Никитина*, А. К. Салтыкова*, Ю. Д. Пушкарев*, Н. О. Овчинников*, М. С. Бабушкина*, И. В. Ащепков**
*Институт геологии и геохронологии докембрия РАН 199034 Санкт-Петербург, наб. Макарова, 2, Россия; e-mail: lpn@ln10839.spb.edu **Объединенный институт геологии, геофизики и минералогии СО РАН 630090 Новосибирск, просп. Академика Коптюга, 3, Россия Поступила в редакцию 17.05.2005 г.
На основе изучения минералогии, петрохимических и геохимических характеристик, условий кристаллизации (T, P, fO ) мантийных ксенолитов из щелочных базальтов Байкало-Монгольской области установлено: (1) различие химического состава мантии в пределах Юго-Восточной и Центральной Монголии, Хамар-Дабана и Забайкалья, отражающее разную степень плавления примитивной мантии (в пределах Юго-Восточной Монголии - 10% и более, Центральной Монголии - 015%, Забайкалья и Хамар-Дабана - 0-10%) и, возможно, неоднородность состава первичного мантийного субстрата; (2) зависимость концентраций Y, Zr, Ti, Sc, РЗЭ (от Nd до Lu) от содержания главных оксидов (Al2O3, MgO), а также их отношений (MgO/SiO2, Al2O3/MgO) в ксенолитах, свидетельствующая о том, что распределение редких и редкоземельных элементов в мантии является результатом процессов ее парциального плавления; (3) различие термального состояния мантии Ви-тимского района (геотермический градиент ТГ = 9.4 ± 0.3°С/км), Центральной (ТГ = 10.2 ± 0.2°С/км) и Юго-Восточной (ТГ = 9.4 ± 0.3°С/км) Монголии; (4) модельный Pb-Pb возраст вещества, представленного ксенолитами примитивной мантии, соответствует 4457 ± 12 млн. лет и согласуется с оценкой длительности формирования ядра и комплементарной ему примитивной мантии, рассчитанной для U-Th-Pb системы (Galer, Goldstein, 1996).
Кайнозойские базальты, в которых содержатся глубинные ксенолиты (верхнемантийные и нижнекоровые), широко развиты в Центральной и Восточной Азии, включая Южную Сибирь, Центральную и Восточную Монголию, СевероВосточный Китай и Дальний Восток России (Яр-молюк, Коваленко, 1995; Ярмолюк и др., 1995,
2003). Изучению минералогии и химического состава верхнемантийных ксенолитов, оценке термальных условий в верхней мантии, степени ее де-плетированности и масштабов проявления в ней процессов метасоматоза и плавления посвящены многочисленные работы (Салтыковский, Ген-шафт, 1985; Коваленко и др., 1990; Копылова, Геншафт, 1991; Ащепков, 1991; Ионов и др., 1993 а, 19936; Никифорова, 1998; Геншафт, Салтыковский, 2000; Press et al., 1986; StosA et al., 1986; Kopylova et al., 1995; Wiechert et al., 1997; Glazer et al., 1999; Ionov et al., 1999; Ionov, 2002,
2004). Однако ряд вопросов, касающихся термальной и химической неоднородности мантии, подстилающей фанерозойские структуры Байка-ло-Монгольской области, требуют дополнительного исследования. Решение их важно для установления природы вещественной неоднородности в верхней мантии под архейскими кратонами и фанерозойскими складчатыми поясами (Boyd,
Mertzman, 1987; Boyd, 1989; Poudjom Djomani et al., 2001), а также для получения информации о вещественном обмене между мантийными геосферами.
Настоящая работа имеет целью выяснить, насколько однородна по химическому составу (на уровне главных, редких и редкоземельных элементов), термальному и окислительно-восстановительному состоянию верхняя мантия в пределах Байкало-Монгольского региона, характеризующаяся аномально низкими скоростями сейсмических волн. В работе обобщены оригинальные и литературные данные, которые содержат информацию о химическом составе ксенолитов и составе сосуществующих минералов.
ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ПОЗИЦИЯ
Нами изучены мантийные ксенолиты из кайнозойских щелочных базальтов Юго-Восточной (плато Дариганга) и Центральной (Тариатская впадина) Монголии (Даригангская и Южно-Хан-гайская вулканические области соответственно), Хамардабанского и Витимского (Забайкалье) вулканических полей (Ярмолюк, Коваленко, 1995; Ярмолюк и др., 1995, 2003). Перечисленные регионы входят в состав Центрально-Азиатского складчатого пояса, расположенного между Восточно-Сибирской и Китайской платформами. Пояс объ-
Рис. 1. Схема размещения позднемезозойско-кайнозойских вулканитов на территории Байкало-Монгольской области, по данным (Ярмолюк и др., 1995).
1 - вулканиты, 2 - древние платформы, 3 - разломы, 4 - границы вулканических областей, 5 - поля кайнозойских щелочных базальтов, из которых отобраны мантийные ксенолиты (1 - плато Дариганга, 2 - Тариатская депрессия, 3 - хр. Хамар-Дабан, 4 - Бартойский ареал, 5 - Витимское плато). Буквами обозначены вулканические области: 3-3 - Западно-Забайкальская, Ю-Б - Южно-Байкальская, Ю-Х - Южно-Хангайская, В-М - Восточно-Монгольская, Д - Даригангская.
единяет разновозрастные структуры (Коваленко и др., 1999): рифеиды (плато Витим), каледониды (Тариатская депрессия) и герциниды (плато Дариганга).
Даригангская вулканическая область представляет цепь лавовых полей, протянувшихся от Северо-Восточного Китая до Юго-Восточной Монголии (рис. 1). На территории Монголии первые проявления вулканизма датируются средним миоценом (14 млн. лет), а основные излияния щелочных базальтов - плиоценом (5-3 млн. лет; Ярмолюк, Коваленко, 1995). Интенсивная вулканическая активность продолжалась и в плейстоцене-голоцене. В результате в районе плато Дариганга возникли линейные цепи многочисленных лавовых потоков и шлаковых конусов. Состав вулканитов отвечает субщелочным оли-виновым базальтам, базанитам, тефритам, гавай-итам и муджиеритам. В тектоническом отношении эта область является частью палеозойско-раннемезозойского складчатого пояса между до-кембрийскими Сибирской и Северо-Китайской платформами. Континентальная кора, возможно, существовала здесь еще в докембрии, и регион может рассматриваться как часть континента до
раннего палеозоя (Коваленко и др., 1990). В позднем палеозое рассматриваемый район находился на краю континента, а в карбон-раннепермское время здесь образовались океанические острова и задуговые бассейны. Южно-Хангайская вулканическая область включает поля позднемезозойско-кайнозойских вулканитов. Тариатская впадина расположена на северном склоне Хангайского поднятия и представляет собой грабенообразную структуру, образованную одновременно с рифто-выми озерами Байкал и Хубсугул. В ее пределах развиты щелочные базальты от позднетретично-го до голоценового возраста. Хамардабанское поле базальтов является частью Южно-Байкальской вулканической области, к которой относятся также поля вулканитов в районе оз. Хубсугул, в Тункинской впадине и Восточной Туве (Ярмолюк, Коваленко, 1995). Первые незначительные по масштабам излияния субщелочных оливино-вых базальтов в хр. Хамар-Дабан происходили в позднем олигоцене (34-24 млн. лет). Основные же излияния относятся к миоцену с фазами активности в интервалах 20-15 и 12-8 млн. лет. В структурном плане Хамардабанское вулкани-
ческое поле расположено на юго-западном окончании Байкальского рифта. Витимское поле базальтов входит в Западно-Забайкальскую позд-немезозойско-кайнозойскую вулканическую область. Вулканические поля области контролируются системой северо-восточных впадин и грабенов, которые сформировались в поздней юре-раннем мелу в связи с процессами рифтогенеза (Западно-Забайкальская позднемезозойская рифто-вая зона; Ярмолюк, Коваленко, 1995). Излияние позднекайнозойских вулканитов Витимского плато, в которых обнаружены многочисленные глубинные ксенолиты, происходило в несколько стадий: раннемиоценовая (21-16 млн. лет), сред-непозднемиоценовая (14-9.5 млн. лет), плиоценовая (4.7-2.35 млн. лет) и плейстоценовая. Вулканиты представлены субщелочными оливиновы-ми базальтами, базанитами и лимбургитами.
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Химический состав ксенолитов определен методами XRF (главные элементы) и ICP MS (редкие и редкоземельные элементы). Для анализа использовали центральные части ксенолитов, тщательно очищенные от корок базальта и промытые в дистиллированной воде. Анализ валовых проб ксенолитов методом XRF производили в Центральной аналитической лаборатории ВСЕГЕИ (Санкт-Петербург) на спектрометре ARL 9800 фирмы ARL (Applied Research Laboratories), снабженном рентгеновской трубкой с родиевым анодом и 0.075-милиметровым бериллиевым окном. Для анализа растертую пробу смешивали с флюсом (50% метабората лития и 50% тетрабора-та лития) в отношении 1:9 и плавили в золото-платиновых тиглях на установке Classe Fluxer-Bis фирмы Labortechnik GmbH, Германия.
Анализ валовых проб методом ICP MS из растворов производили в лаборатории Института аналитического приборостроения РАН. Погрешность определения Th, U, Pb, Hf, Lu, Yb, Er, Dy оценивается в 10-15%, остальных редких земель, а также Ti, Sc, Zr, Sr, Nb - не более 5%.
Изотопные анализы свинца выполнены в ЦИИ ВСЕГЕИ на масс-спектрометре TRITON Finnigan. Концентрации Pb и U определены методом изотопного разбавления, содержание свинца в холостом опыте 0.2 нг. Изотопный состав свинца исправлен на фракционирование из расчета 0.0012 на ед. массы.
Состав минералов определен в ИГГД РАН мик-розондовым методом на приборе Link AN 1000 при ускоряющем напряжении 15 кВ, силе тока 0.40.5 мА и диаметре электронного пучка 205 мкм. Содержание Fe2+ и Fe3+ в структуре минералов изучено методом мессбауэровской спектроскопии. Спектры снимали на установке с электродинамическим вибратором в режиме постоянных ускорений,
при комнатной температуре. В качестве генератора, задающего форму сигнала, и стабилизатора движения использовали спектрометр СМБ2-201. Источником у-излучения служил 57Со в матрице Сг активностью 30 мКи. Отобранные под бинокуляром минералы растирали в агатовой ступке под ацетоном, без доступа воздуха, чтобы избежать окисления железа. Погрешность определения концентраций Fe2+ и Fe3+ в подрешетках составляет ±1%.
ПЕТРОГРАФИЯ И МИНЕРАЛОГИЯ КСЕНОЛИТОВ
Ксенолиты из щелочных базальтов Дариган-ской и Южно-Хангайской вулканических областей представлены шпинелевыми, гранат-шпинелевыми и гр
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.