Процессы плавления и транспорта расплавов в мантийных условиях на примере Войкаро-Сыньинского массива, Полярный Урал.

Белоусов И.А.*, Батанова В.Г.*, Соболев А.В.*^,** и Савельева Г.Н.***

* Институт геохимии и аналитической химии им.В.И.Вернадского РАН, Москва, Россия;

** Институт химии им.Макса Планка, Майнц, Германия; *** Геологический институт РАН, Москва, Россия

 ivanbelousov@mail.ru

 

Войкаро-Сыньинский массив расположен в северной части Уральского Офиолитового Пояса. Наибольшая часть разреза офиолитового комплекса сложена породами мантийного разреза. Она имеет мощность до 8 километров, и почти полностью состоит из шпинелевых гарцбургитов, которые содержат многочисленные дунитовые тела и пироксенитовые жилы. Дуниты образуют крупные тела (мощностью до первых сотен метров), маркирующие каналы фокусированного порового течения расплавов, насыщенных оливином (Савельева и др., 2008). С дунитовыми телами ассоциируют хромититы. Определение возраста циркона из хромититов показало, что образование дунитовых тел связано с магматическим событием происходившем в мантии 585±6 млн. лет назад (Савельева и др., 2007). Пироксениты образуют жилы которые секут как дунитовые тела, так и вмещающие гарцбургиты мантийного разреза. Пироксениты варьируют по своему минеральному составу от клинопироксенитов до ортопироксенитов. Форма и размеры пироксенитовых жил в гарцбургитах отличаются большим разнообразием (Белоусов и др., 2009). Наиболее ранние генерации пироксенитов, секущих дуниты, представлены жилами диопсид-энстатититового состава мощностью от 1-2 см до 50 см. Тонкие жилы диопсидитов распространены в дунитах и, иногда замещают по простиранию дунитовые жилы. Зональные жилы темнозеленых вебстеритов являются самыми поздними. Жилы гигантозернистых пироксенитов мощностью 0.5-2.5 м образуют рои, прослеживающиеся на расстояние до 3 км от крупного дунитового тела, расположенного в верховьях р. Хойлы. Большинство пород характеризуется крупнозернистыми и гигантозернистыми структурами, и имеют реакционные контакты с вмещающими гарцбургитами. Вместе с клино- и ортопироксенами (Cpx, Оpx) во многих пироксенитах присутствует магматический высокоглиноземистый амфибол (Amf). Некоторые клинопироксениты и вебстериты являются оливин-содержащими.

Составы минералов отражают условия и особенности образования различных типов пород. Температуры, рассчитанные на основании двупироксенового термометра (Wells, 1977), составляют 830-1000ºС (в среднем 900ºС) как для гарцбургитов, так и для пироксенитов, и отражают процессы переуравновешивания при остывании. Оценку реальных температур и давлений можно сделать на основании поля стабильности магматического амфибола при плавлении перидотитов в присутствии водного флюида (Grove et al., 2006): 900-1010 ºС и 0.7-1.7 ГПа. Хромшпинель из гарцбургитов имеет хромистость (Cr/Cr+Al) на уровне 0.25-0.5. Хромшпинель из дунитов имеет более высокую хромистость (0.34-0.82). Окислительно-восстановительные условия, рассчитанные на основании составов сосуществующих оливинов и шпинели (Ballhaus et al., 1991) для температуры 1000ºС и давления 1.4 ГПа, соответствуют типичным значениям, характерным для надсубдукционных обстановок – 0-1.5 единицы выше буфера FMQ для гарцбургитов и 0.6-2.9 единицы выше FMQ для дунитов.

По содержанию тяжелых РЗЭ клинопироксены из гарцбургитов Войкаро-Сыньинского массива соответствуют таковым из обедненной части поля абиссальных перидотитов. Однако клинопироксены почти всех образцов гарцбургитов демонстрируют обогащение легкими РЗЭ и стронцием, объясняющееся рефертилизацией гарцбургитов при миграции через них надсубдукционных расплавов. Степень рефертилизации гарцбургитов является наибольшей вблизи контактов с жилами пироксенитов. Образцы гарцбургитов, располагающиеся вдали от пироксенитовых жил, демонстрируют низкие степени рефертилизации. Наименее затронутый процессами рефертилизации образец гарцбургита содержит остаточный от плавления клинопироксен, состав которого воспроизводится моделированием. Содержание РЗЭ в этом клинопироксене наилучшим способом описывается моделью плавления источника БСОХ по фракционному механизму. Плавление начиналось в гранатовой фации (8%) и продолжалось в шпинелевой фации (8-10%) (Batanova et al., in press). Составы клинопироксенов из остальных гарцбургитов можно воспроизвести путем дополнительного моделирования хроматографического эффекта при поровом просачивании (Navon & Stolper, 1987), либо плавления (1-3%) в условиях привноса расплава (Ozawa & Shimizu, 1995). В ходе этих процессов состав остаточного клинопироксена модифицируется в результате обогащения ЛРЗЭ и обеднение ТРЗЭ относительно первоначального состава. Нормализованные к хондриту содержания редких элементов в клинопироксенах из дунитов имеют, в общем, спектры более обогащенные, чем клинопироксены из гарцбургитов. Клинопироксены из пироксенитов имеют субпараллельные спектры распределения редких элементов, схожие со спектрами клинопироксенов из бонинитов массива Троодос. На контакте гарцбургитов с пироксенитовыми жилами происходит понижение магнезиальности, а также содержаний ТРЗЭ и Zr, и повышение ЛРЗЭ и Sr в клинопироксенах.

Магнезиальные роговые обманки из пироксенитов находятся в равновесии с клинопироксенами. Они имеют четко выраженные максимумы таких подвижных во флюиде элементов, как Rb, Ba, Sr и Pb, что свидетельствует об их образовании в надсубдукционной обстановке (Белоусов и др., 2009). Их составы отражают спектр составов от относительно обогащенных РЗЭ (на уровне БСОХ) до весьма обедненных РЗЭ и, в то же время, обогащенных крупно-ионными литофильными элементами (КИЛЭ), что, по-видимому, отражает смену воздействующего агента с расплаво-подобного на флюидо-подобный.

Таким образом, породы мантийного разреза отражают воздействие как процессов плавления, так и процессов транспорта расплавов/флюидов. Составы клинопироксенов из гарцбургитов отражают процессы древнего плавления, а также процессы поровой инфильтрации и обогащения в надсубдукционной обстановке. Дуниты представляют собой продукты взаимодействия с расплавами, насыщенными оливином. Крупные дунитовые тела представляют собой каналы, по которым происходил фокусированный транспорт подобных расплавов. Пироксенитовые жилы, вероятно, формировались в результате реакционного взаимодействия богатых SiO₂ флюидонасыщенных надсубдукционных расплавов с вмещающими гарцбургитами. Миграция подобных расплавов (флюидов) могла происходить по трещинам, по краям которых происходило реакционное образование пироксенитовых кайм.

 

Список литературы:

Белоусов И. А., Батанова В. Г., Савельева Г. Н., Соболев А. В. Свидетельство надсубдукционной природы мантийных пород Войкаро-Сыньинского офиолитового массива, Полярный Урал // Доклады Академии Наук. 2009. Том 429. № 2. C. 238–243.

Савельева Г.Н., Суслов П.В., Ларионов А.Н. Вендские тектоно-магматические события в мантийных комплексах офиолитов Полярного Урала: данные U-Pb датирования циркона из хромититов // Геотектоника. 2007. №2. C. 23-33.

Ballhaus C., Berry R.F., Green D.H. High-pressure experimental calibration of the olivine-orthopyroxene-spinel oxygen geobarometer – implications for the oxidation-state of the upper mantle // Contributions to Mineralogy and Petrology. 1991. Vol. 107. P. 27-40.

Grove T.L., Chatterjee N., Parman S.W., Medard E. The influence of H2O on mantle wedge melting // Earth and Planetary Science Letters. 2006. Vol. 249. P. 74-89.

Navon O., Stolper E. Geochemical consequences of melt percolation – the upper mantel as a chromatographic column // Journal of Geology. 1987. Vol. 95. P. 285-307.

Ozawa K., Shimizu N. Open-system melting in the upper mantle – constraints from the Hayachine-Miyamori Ophiolite, Northeastern Japan // Journal of Geophysical Research-Solid Earth. 1995. Vol. 100 P. 22315-22335.

Wells P.R.A. Pyroxene thermometry in simple and complex systems // Contributions to Mineralogy and Petrology. 1977. Vol. 62. P. 129-139.