ГЕОХИМИЯ, 2014, № 11, с. 1001-1024
ОСОБЕННОСТИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ РЕДКИХ ЭЛЕМЕНТОВ В МИНЕРАЛЬНЫХ ВКЛЮЧЕНИЯХ В ЗОНАЛЬНЫХ ГРАНАТАХ ИЗ ЭКЛОГИТОВ АТБАШИНСКОГО ХРЕБТА (ЮЖНЫЙ ТЯНЬ-ШАНЬ)
© 2014 г. Н. И. Волкова*, **, С. В. Ковязин*, С. И. Ступаков*, В. А. Симонов*, К. С. Сакиев***
*Институт геологии и минералогии СО РАН 630090, Новосибирск, просп. акад. Коптюга, 3, Россия e-mail: nvolkova@igm.nsc.ru ** Национальный исследовательский Томский государственный университет 634050, Томск, пр. Ленина, 36, Россия ***Институт геологии НАНКР 720481, Бишкек, просп. Эркиндик, 30, Киргизская Республика Поступила в редакцию после доработки 15.03.2013 г.
Принята к печати 15.01.2014 г.
На основании результатов ионно-зондового анализа минералов из эклогитов Атбашинского хребта (Южный Тянь-Шань) выявлены геохимические особенности распределения редких (Rb, Sr, Ba, Cr, V, Zr, Hf, Nb, Ta, U, Th, Y) и редкоземельных элементов (РЗЭ) в зональных гранатах и содержащихся в них минеральных включениях. Показано, что гранаты эклогитов Атбаши концентрируют тяжелые редкоземельные элементы, эпидоты — РЗЭ, Y, Sr, Th и U, а омфациты деплетированы практически всеми редкими элементами по сравнению с их валовыми содержаниями в породе. В кристаллах граната, включениях эпидота и омфацита закономерно снижаются концентрации ряда редких элементов от центра к краю кристаллов граната, что связано с истощением матрикса породы этими элементами во время кристаллизации. Отклонения от этой закономерности, выраженные в обогащении тяжелыми РЗЭ каемок гранатов по сравнению с центральными частями зерен или резких перепадах содержаний редких элементов в гранатах и минеральных включениях, объясняются протеканием метаморфических реакций, связанных с разрушением РЗЭ-содержащих минералов. Полученные данные свидетельствуют о том, что подвижность редких элементов в условиях эклогито-вой фации существенным образом контролируется устойчивостью определенных фаз.
Ключевые слова: геохимия, эклогит, гранат, редкие элементы, Атбашинский хребет.
Б01: 10.7868/8001675251409009Х
ВВЕДЕНИЕ
Неоднородность состава минералов характерна для многих метаморфических пород, а количественное изучение зональности в распределении породообразующих элементов в метаморфических минералах является ключевым фактором в реконструкции эволюции Р-Т условий их образования, определении коэффициентов диффузии элементов и длительности метаморфических событий. Благодаря прогрессу в микроаналитических исследованиях, имевшему место в последние десятилетия, стало возможным достаточно надежно определять содержания редких элементов в минералах метаморфических пород. Особенности распределения редкоземельных (РЗЭ) и редких элементов в минералах эклогитов используют в качестве основы для решения многих про-
блем петрологии, в частности, в сочетании с традиционной термобарометрией минералы эклоги-тов могут дать существенную геохимическую информацию относительно поведения редких элементов при субдукционном метаморфизме. Особый интерес представляет изучение геохимии минеральных включений в зональных гранатах, поскольку низкие коэффициенты диффузии элементов в кристаллической решетке гранатов способствуют сохранению ростовой зональности в условиях низких температур и высоких давлений эклогитовой фации [1]. Поэтому изменение ред-коэлементного состава однотипных минеральных включений от центра к краю зональных гранатов отражает тенденцию изменения физико-химических параметров метаморфизма во времени.
В данной работе на основании результатов ионно-зондового анализа минералов из эклоги-тов Атбашинского хребта (Южный Тянь-Шань) были выявлены геохимические особенности распределения редких элементов в зональных гранатах и содержащихся в них минеральных включениях. Мы покажем, что подвижность редких элементов в условиях эклогитовой фации контролируется главным образом устойчивостью их минералов-носителей и метаморфическими реакциями, приводящими к появлению или исчезновению этих минералов.
ОБЩИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И ВРЕМЯ ОБРАЗОВАНИЯ ЭКЛОГИТОВ ТЯНЬ-ШАНЯ
Эклогиты Атбашинского хребта [2], располагающегося в Кыргызской республике на северной окраине Южного Тянь-Шаня, входят в состав протяженного высокобарического пояса (~2500 км), прослеживающегося на запад в Таджикистан (Фан-Каратегинский пояс [3]) и уходящего на восток в Китай (Южнотяньшаньский пояс [4—6 и др.]). Высокобарические/низкотемпературные (H P/LT) породы (эклогиты и глаукофановые сланцы) встречаются спорадически вдоль всей Туркестанской сутуры, сформированной в результате коллизии Алай-Таримского и Казахско-Киргизского континентов [7]. Этот высокобарический пояс Южного Тянь-Шаня является ключевым объектом для понимания субдукционно-аккрецион-ных процессов на юге Центрально-Азиатского подвижного пояса.
Для основной массы эклогитов китайского Южного Тянь-Шаня были получены близкие оценки температур и давлений: 480—580°C и 19—24 кбар [4—6, 8]. Только для отдельных участков (например, вблизи дер. Хабутэнсу), на основании находок поликристаллических агрегатов кварца, коэсита в гранате, пластинок кварца в ом-фаците, включений магнезита и кальцита в доломите, предполагается, что давления были выше — 27-32 кбар [9].
Выполненные нами расчеты Р-Т условий метаморфизма эклогитов Атбашинского хребта дали интервал температур в 510-580°C при давлениях 23-25 кбар [10]. Весьма близкие оценки метаморфических параметров (Р = 18-24 кбар, Т = 520-600°C) были получены недавно в работе [11], где также показано, что направленный по часовой стрелке Р-Т тренд согласуется с неизотермической декомпрессией при подъеме к поверхности эклогитов в субдукционной зоне. Однако, некоторые исследователи приводят более высокие значения Р-Т параметров для эклогитов этого района: Т = 660°С и Р = 25 кбар [12], и даже Т = 725°С, Р = 25-35 кбар [13] на основании обнаружения псевдоморфоз кварца по коэситу в гранате и в омфаците. Завышенные значения
температур в этих работах, по-видимому, связаны с недоучетом высоких содержаний Fe3+ в омфа-цитах при использовании гранат-клинопироксе-нового геотермометра.
Возраст метаморфизма. Геодинамическая эволюция Южного Тянь-Шаня является предметом острых дискуссий, что связано, в первую очередь, с противоречивостью полученных геохронологических данных по HP/LT комплексам, поскольку возраст слагающих их метаморфических пород отражает время закрытия Палеоазиатского (а конкретнее, Туркестанского) океана на юго-западной окраине Центрально-Азиатского подвижного пояса. Существуют две различные точки зрения в отношении возраста эклогитов китайского Южного Тянь-Шаня. Первая точка зрения базируется на U-Pb датах (226.3 ± 4.6, 234 ± 6, 233 ± 4 млн лет), полученных по метаморфическим каймам цирконов из эклогитов в районе Чангауцзы [14], и свидетельствует об их триасовом возрасте. Другая точка зрения заключается в том, что закрытие Туркестанского океана имело место в раннем карбоне, главным образом на основании Sm-Nd изохрон (343 ± 44, 346 ± 3 млн лет [4]) и 40Ar/39Ar возрастов глаукофана и фенгита (344 ± 1, 345 ± 1, 331 ± 2 [4, 15], 331 ± 1, 316 ± 2 [16]). При этом даты ~345 млн лет рассматриваются как пик субдукци-онного метаморфизма, а даты ~330 млн лет - как время подъема к поверхности высокобарических комплексов. В последние годы были получены новые U-Pb геохронологические данные по цирконам (319.5 ± 2.9, 318.7 ± 3.3 млн лет [17]) и рутилам (318 ± 7 млн лет [8]) из эклогитов китайского Южного Тянь-Шаня, свидетельствующие о том, что Туркестанский океан закрылся в позднем карбоне, т.е. на 20-30 млн лет позже, чем считалось ранее сторонниками карбонового возраста высокобарического метаморфизма.
До последнего времени для эклогитов Атба-шинского хребта были известны практически единичные датировки: одна с большой ошибкой - 351 ± 150 млн лет, полученная Sm-Nd методом [18], другая более молодая Rb-Sr минеральная изохрона с возрастом 270 млн лет [12], а также K-Ar даты, укладывающиеся в интервал 320-288 млн лет [19]. Нами по глаукофанам и фенгиту из эклогитов Атбаши были получены 40Ar/39Ar даты (327 ± 1, 325 ± 5, 324 ± 10 млн лет [10]), близкие к возрасту подъема и вывода к поверхности эклогитов китайского Южного Тянь-
Шаня--330 млн лет [4, 15-16]. Несколько более
молодые значения возраста эклогитов Атбаши были получены недавно Sm-Nd изохронным методом (319 ± 4млн лет [11]). 40Ar/39Ar датировки фенгитов (316 ± 3 млн лет) из того же образца рассматриваются этими авторами как время подъема к поверхности.
Только в отношении природы протолита эклогитов этого региона все исследователи придержива-
ются единого мнения. Считается, что эклогитовые комплексы Южного Тянь-Шаня, маркирующие су-туру закрытия палеозойского океанического бассейна, образовались за счет океанических базальтов в результате их погружения в зону субдукции. Петролого-геохимические данные по ИР/КГ ме-табазитам Китая [4], Киргизии [10—11], Таджикистана [3] свидетельствуют о том, что их протолита-ми являлись базальты типа М-МОИБ, Е-МОЯВ и О1В. Впоследствии они были выведены в составе тектонического меланжа и несут следы многократных преобразований, включающих кроме прогрессивного метаморфизма несколько фаз ретроградных изменений.
ОСОБЕННОСТИ ИЗУЧЕННЫХ ОБРАЗЦОВ
ЭКЛОГИТОВ АТБАШИНСКОГО ХРЕБТА
Нами были детально изучены образцы эклогитов Атбашинского хребта из коллекции, собранной в ходе совместных экспедиций Института геологии и минералогии СО РАН (г. Новосибирск) и Института геологии НАН КР (г. Бишкек). Изображения в обратных электронах зональных кристаллов граната из этих образцов с вынесенными точками анализов минералов, выполненных на микрозонде и ионном зонде, показаны на рис. 1.
Образец G-15: Порода сложена крупными (1—3 мм в диаметре) идиоморфными кристаллами граната, глаукофана и пластинками фенги-та, погруженными в матрикс омфацита и мелких зерен эпидота, фенгита, кварца, рутила. Зерна граната выглядят гомогенными (хотя на самом деле демонстрируют химическую зональность) и содержат единичные, но довольно большие по размеру (10—100 мкм) включения эпидота.
Образец G-23: Эклогит сложен деформированными, местами пер
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.