ГЕОХИМИЯ, 2007, № 1, с. 71-78
ИССЛЕДОВАНИЕ УГЛЕВОДОРОДНЫХ ГАЗОВ И ИЗОТОПЫ ГЕЛИЯ В ПАЛЕОЗОЙСКИХ ЩЕЛОЧНО-УЛЬТРАОСНОВНЫХ МАССИВАХ
КОЛЬСКОГО ПОЛУОСТРОВА
© 2007 г. С. В. Икорский, А. А. Аведисян
Геологический институт Кольского научного центра РАН, 184209 Мурманская обл., Апатиты, ул.Ферсмана, 14; E-mail:ikorsky@geoksc.apatity.ru
Поступила в редакцию 22.04.2005 г.
В семи щелочно-ультраосновных массивах Кольского полуострова проведено изучение углеводородных газов (УВГ), содержащихся во флюидных включениях. Все массивы (Себльяврский, Ков-дорский, Лесная и Озерная Вараки, Вуориярви, полуострова Турий, Салмагорский) являются платформенными интрузиями центрального типа. Возраст интрузий - 360-410 млн. лет. Ранее в этих массивах проведено исследование изотопов гелия. Было установлено, что для массивов характерны высокие отношения 3He/4He (до 3.3 х 10-5), в большинстве случаев превышающие величину этого показателя в верхней мантии. Извлечение УВГ (как и ранее Не) выполнялось методом дробления. В составе УВГ определялись CH4, С2Нб, C3H8, главным компонентом является метан. Выполнены различные сопоставления компонентов УВГ в образцах с содержаниями и отношениями изотопов гелия. В результате сделан вывод о малой вероятности поступления УВГ с расплавами из мантии. Предпочтение отдано точке зрения об образовании УВГ на постмагматическом этапе формирования массивов в сравнительно низкотемпературных условиях.
Интерес к настоящему исследованию углеводородных газов в щелочно-ультраосновных массивах Кольского полуострова связан с обнаружением в породах этих интрузивных комплексов захваченного гелия с изотопным отношением 3Не/4Не, превышающим величину этого отношения в современной верхней мантии [1, 2]. Возраст исследованных массивов составляет 360-410 млн. лет [3]. Наибольшее измеренное значение 3Не/4Не, равное 3.3 х 10-5, было обнаружено в породах Себльявр-ского массива. Для современной верхней мантии величина 3Не/4Не принята равной 1.12 х 10-5, для нижней - 18.2 х 10-5 для континентальной коры -1 х 10-8 [4]. Полученные данные позволили сделать предположение о генетической связи палеозойских щелочно-ультраосновных интрузий Кольского полуострова с деятельностью мантийного плюма [2]. Результаты последующих исследований подтвердили и более детально обосновали участие вещества нижней мантии в формировании этих интрузивных комплексов [5, 6].
В составе флюидной фазы магматических расплавов гелий занимает малую часть [7]. Но, являясь индикатором генетической связи щелочно-ультраосновных интрузий с мантией, Не может также свидетельствовать о том, что и другие флюидные компоненты щелочных и ультраосновных пород этих палеозойских массивов также могут иметь мантийный источник. Среди других таких компонентов представляют интерес углеводородные газы (УВГ), которые в тех или иных
количествах установлены в породах этих массивов [8]. Возможность существования в мантии углеводородных соединений рассматривалась в большом количестве работ. По данным [9] допускается, что в мантии могут присутствовать тяжелые углеводороды, которые, поднимаясь с мантийными расплавами, в новых Р-Т условиях будут распадаться на легкие углеводородные соединения до метана включительно. Вместе с тем, существуют и противоположные точки зрения. Согласно термодинамическим расчетам, появление метансодержащих флюидов возможно только на постмагматическом этапе эволюции изверженных пород в результате реакций между Н2 и углеродом при сравнительно низкотемпературных условиях [10]. Такой вывод подтверждается, в частности, результатами изучения УВГ в Хибинском щелочном массиве, в котором породы с включениями УВГ располагаются преимущественно в зонах постмагматического изменения нефелиновых сиенитов [11].
Таким образом, имея породы с флюидными включениями, в которых содержится гелий с изотопным составом, соответствующим мантийному показателю, представляется интересным - в каком соотношении с гелием находятся другие компоненты флюидных включений - углеводородные газы, с надеждой получить сведения об их генезисе. Навески для анализа УВГ отбирались из тех же образцов, из которых ранее были взяты навески для исследования гелия. Как и при изуче-
C2H6 + C3H8, см3/г х 10 1000
100 10 1
i-6
0.1
• ° ° V А □
*
Д сР
IHI& ..........lili
1 □ 2
3
4 ■ 5 • 6 А 7
1 10 100 1000 10000 100000
CH4, см3/г х 10-6
Рис. 1. Зависимость между метаном (CH4) и тяжелыми углеводородами (С2Н6-СзН8). Массивы: 1 - Себ-льяврский; 2 - Ковдорский; 3 - Лесная Варака; 4 - Ву-ориярви; 5 - полуостров Турий; 6 - Салмагорский; 7 -Озерная Варака.
нии Не, для извлечения УВГ из включений было применено дробление, которое осуществлялось в миниатюрной виброкамере, встроенной в газовую схему хроматографа ЦВЕТ-102 [12]. При экстракции Не образцы измельчались в вакууми-рованных стеклянных ампулах, которые затем вскрывались в системе напуска масс-спектрометра МИ-1201 [13]. По степени измельчения эти две методики практически одинаковы. В итоге, в одних и тех же 85-х образцах, отобранных из семи палеозойских щелочно-ультраосновных массивов Кольского полуострова, сначала были изучены содержания и изотопный состав Не, а затем содержания и состав углеводородных газов. Все массивы являются платформенными интрузиями центрального типа, названия исследованных массивов приведены в табл. 1, их геологическая характеристика имеется в монографии [14].
Для исследования УВГ были использованы образцы, представляющие породы главных интрузивных фаз: ультраосновные (оливиниты, пирок-сениты) и щелочные (ийолит-уртиты, ийолиты, мельтейгиты). В Ковдорском и Салмагорском массивах, кроме этого, УВГ изучены в образцах мели-литовых пород, генезис которых предположительно связывается с постмагматическими процессами [14]. При проведении анализа в составе извлекаемых газов определялись только те компоненты, которые фиксировались в большинстве образцов и концентрация которых позволяла получать количественный результат. Такими компонентами являлись предельные углеводороды: метан, этан и пропан (СН4, С2Н6, С3Н8). Главным компонентом углеводородных газов изученных пород всех массивов является метан, концентрация которого в составе УВГ изменяется от 90.1 до 99.3% с преобла-
дающими значениями 96-99%. Содержание УВГ по массивам и внутри их колеблется в широких пределах от 8.5 до 12057 х 10-6, см3/г (табл.1), и в целом наблюдается прямая корреляция между СН4 и суммой С2Н6 + С3Н8 (рис.1). На этом рисунке также видно, что в правой половине графика в области повышенных содержаний УВГ находятся почти все образцы Салмагорского массива, Лесной вараки, Себльявра и полуострова Турий. Ближе к началу координат располагаются образцы Озерной вараки и большинство проб Ковдорского массива и Вуориярви. В ультраосновных породах наибольшие содержания УВГ отмечены в оливинитах Себльяврского массива, а в пироксенитах - в массиве Вуориярви. Среди щелочных пород самые высокие содержания наблюдаются в ийолит - ур-титах Салмагорского массива. Для мелилитовых пород - турьяитов и мелилитов, которые присутствуют в Ковдорском и Салмагорском массивах, также характерны повышенные содержания УВГ.
Все данные по содержанию и изотопному составу гелия во флюидных включениях изученных образцов взяты из источника [5], причем для настоящей работы изотопный состав Не пересчитан в единицы Я/Яа, где: Я - измеренное значение 3Не/4Не, а Яа - величина этого отношения в воздухе, равная 1.4 х 10-6 [4]. Значение величины Я/Яа, а также содержание 3Не в каждом исследованном образце, которые используются далее при построении графиков, приведены в табл. 1. Эти данные показывают, что в пяти массивах из семи максимальные значения Я/Яа превышают величину этого показателя для верхней мантии, для которой Я/Яа = 8. Наиболее высокие значения установлены в породах Себльяврского массива, где Я/Яа, измеренное во всех исследованных образцах >8. Самые низкие значения Я/Яа характерны для массива Озерная варака.
Если допустить, что при дроблении весь извлеченный и измеренный 3Не является первичным [5], а во флюидной фазе магматических расплавов присутствовали УВГ, то можно ожидать, что между главным компонентом УВГ метаном и измеренной величиной 3Не будет наблюдаться прямая корреляция. Такое сопоставление показано на рис. 2 для двух массивов (Себльяврский, Ковдорский), в породах которых максимальные значения Я/Яа в 2-3 раза превышают величину Я/Яа в верхней мантии, и для двух массивов (Салмагорский, Озерная Варака), где показатель Я/Яа ниже, чем в верхней мантии (табл. 1). График на рис. 2 показывает, что прямая корреляция между СН4 и 3Не достаточно наглядно проявлена в породах Салмагорского массива. Для остальных трех массивов подобная зависимость заметна, если выборки образцов по этим 3-м массивам рассматривать совместно. В этом случае видно, что тенденция -чем выше содержание 3Не, тем выше и содержание СН4, сохраняется.
Таблица 1. Состав и содержание углеводородных газов (УВГ) во флюидных включениях в породах щелочно-улыраосновных массивов в сопоставлении с содержанием 3Не и изотопным составом гелия, выраженным в значениях R/Ra (3Не/4Не)
Образец* Порода(минерал) УВГ, см3/г, х 10-6 3Не, см3/г, х10-12 R/Ra** (3Не/4Не)
СН4 С2Н6 С3Н8
Себлъяврский массив
ШВ-138/160 Оливинит 9353.0 51.3 0.14 120.9 19.6
Sja-184/80 Оливинит 216.9 3.04 0.21 98.1 11.9
ШВ-138/70 Пироксенит 955.0 5.36 0.24 742.0 23.7
Sja-186/130 Пироксенит 37.8 0.78 <0.0335 425.0 17.6
Sja-114/65 Пироксенит 47.8 1.38 0.40 216.0 13.1
Sja-114/7 Пироксенит 915.4 16.2 0.15 670.5 15.64
Sja-114/55 Пироксенит 1731.0 25.0 0.49 412 17.43
Sja-114/55-pr Пироксен из пироксенита 1671.6 19.6 0.5 388 17.0
Sja-114/55-mgt Магнетит из пироксенита 529.3 16.7 1.1 601 16.0
Ковдорский массив
KR-18-1/126 Оливинит 38.2 0.82 0.15 2.0 8.5
KR-41-1/199 Оливинит 10.7 0.66 0.17 35.0 11.86
KR-55-1/257.8 Оливинит 32.2 0.98 <0.0335 62.0 8.5
KR-59-1/268.1 Оливинит 14.7 0.63 <0.0335 62.3 11.21
KR-62-1/276 Оливинит 19.1 0.54 <0.0335 91.6 10.57
KR-80-1/357.8 Оливинит 45.4 0.66 <0.0335 109 11.43
KR-133-1/997.3 Оливинит 8.0 0.39 0.07 10.1 5.62
D-52
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.