Геохронология, изотопная геохимия и источники вещества Ильмено-Вишневогорского комплекса в свете новых Sm-Nd, Rb-Sr, U-Pb, Lu-Hf изотопных данных (Урал)

*Недосекова И.Л., **Беляцкий Б.В., ***Белоусова Е.А., ****Баянова Т.Б.

*Институт геологии и геохимии УрО РАН, Екатеринбург, Россия;

**ВНИИОкеангеология, Санкт-Петербург, Россия; ***Университет Макуори, Сидней, Австралия;

 **** Геологический институт КНЦ, Апатиты, Россия

 

vladi49@yandex.ru

Ильмено-Вишневогорский комплекс (ИВК) – один из крупнейших в мире щелочно-карбонатитовых комплексов карбонатит-нефелин-сиенитовой формации. Несмотря на значительную изученность комплекса, ряд важных генетических и геохронологических вопросов остаются до сих пор дискуссионными. Нами проведено изучение Sm-Nd, Rb-Sr, U-Pb, Lu-Hf изотопных составов пород и минералов ИВК (Вишневогорский и Ильменогорский миаскитовые массивы, Центральная щелочная полоса, Булдымский ультрабазитовый массив).

Проведено U-Pb датирование цирконов из миаскитов и карбонатитов Вишневогорского массива, а также цирконов из доломитовых карбонатитов Булдымского массивов локальными изотопными методами (SHRIMP, ВСЕГЕИ, г. Санкт-Петербург; лазерная абляция, «GEMOS», Университет Макуори, г. Сидней). Впервые датированы пирохлоры из миаскит-пегматитов Вишневогорского массива и доломит-кальцитовых карбонатитов Булдымского массива (U-Pb ID-TIMS, ВСЕГЕИ, г. Санкт-Петербург). Получены первые Lu-Hf изотопные данные (в комбинации с U-Pb-изотопными данными) для цирконов Вишневогорского и Булдымского массивов методом лазерной абляции («GEMOS», г. Сидней). Получены Sm-Nd и Rb-Sr данные о возрасте и источниках вещества ИВК.

Циркон миаскитов и карбонатитов Вишневогорского массива представлен кристаллами нескольких морфологических типов – ксеноморфными, призматическими и дипирамидальными, различающимися также по окраске, наличию включений и прозрачности. Ранний циркон I, вероятно образующийся при кристаллизации миаскитового расплава, представляет собой ксеноморфные, слабопрозрачные зерна, обычно более темные по CL, пятнистые по BSE, с реликтами осцилляторной зональности. Поздний новообразованный циркон II образует короткопризматические зерна округлой формы, прозрачные, c первичной зональностью, однородные по BSE, с отчетливой CL. Большая часть зерен цирконов представлена промежуточными разностями, иллюстрирующими различную степень изменения ранних цирконов и замещения их поздними генерациями.

U-Pb-возраст формирования раннего циркона I ИВК составляет 417+7 млн. лет для миаскитов (SHRIMP, Санкт-Петербург) и 411+14 млн. лет для карбонатитов (лазерная абляция, Сидней). По валовым составам миаскитов и карбонатитов ИВК получена Rb-Sr изохрона с возрастом 440+8 млн. лет, СКВО=0.62 (n = 6).

При этом, во всех породах ИВК U-Pb и Rb-Sr методами датируются и более поздние процессы, связанные с герцинской орогенией (360–320 млн. лет) и последующим постколлизионным растяжением (260–240 млн. лет).  U-Pb SHRIMP-датирование новообразованного циркона II из миаскитов и карбонатитов ИВК показало широкое развитие в породах комплекса циркона с возрастом 279±10 млн. лет. При этом большая часть зерен цирконов в миаскитах и карбонатитах представлена промежуточными разностями с возрастом 383±14 и 359+25 млн. лет соответственно (Краснобаев и др., 2008; 2009). U-Pb возраст пирохлоров из миаскит-пегматитов Вишневогорского массива и кальцит-доломитовых карбонатитов Булдымского массива составляет 233+3.1и 210+13 млн. лет соответственно (TIMS-датирования, ВСЕГЕИ). Возраст доломитовых карбонатитов по данным U-Pb датирования монацита составляет 254+30 млн. лет (Апатиты). U-Pb-возраст цирконов из доломитовых карбонатитов Булдымского массива методом лазерной абляции определен в 268+6 млн. лет, СКВО = 8.2 , n =11 (La-ICP MS).

Sm-Nd изотопные данные свидетельствуют о докембрийском (600 млн. лет (V)?) возрасте ультрабазитов Булдымского массива. Sm-Nd-возраст щелочного процесса в ультрабазитах Булдымского массива составляет 443+23 (MSWD = 0.46) and 324+7 Ma (MSWD =0.64, n = 5). В миаскитах и карбонатитах ИВК Sm-Nd изотопная система несколько нарушена и не дает корректных изохрон.

Первичные отношения изотопов Sr и Nd карбонатит-миаскитового комплекса соответствуют умеренно деплетированной мантии (⁸⁷Sr/⁸⁶Sr)₄₄₀ = 0.7034–0.7038, (¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd)₄₄₀ = 0.512219–0.512372, εNd = 2.9–5.9. Изотопные параметры Sr и Nd в доломит-кальцитовых карбонатитах Булдымского массива близки хондритовым (⁸⁷Sr/⁸⁶Sr)₄₄₀ = 0.7042–0.7048, (¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd)₄₄₀ = 0.511999–0.511896, εNd = –1.4…-3.4. Доломитовые карбонатиты Булдымского массива также имеет достаточно низкие величины (¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd)_t =0.512197–0.512149 и отрицательные εNd_, = -1.9…-2.8. Величины первичных отношений Sr и Nd в породах Булдымского массива близки изотопным параметрам обогащенной мантии типа ЕМ1. При этом, нельзя исключить, что различия изотопных параметров цирконов Вишневогорского и Булдымского массивов связаны с процессами контаминации при эволюции карбонатитовых расплавов-флюидов Ильмено-Вишневогорского комплекса.

Первичные отношения  изотопов Hf в ранних цирконах I Вишневогорского массива, имеют незначительные вариации (¹⁷⁶Hf/¹⁷⁷Hf )₄₁₀ = 0.282617-0.282678, εHf = 3.5-5.7 и также свидетельствуют о происхождении циркона из умеренно деплетированного источника. Цирконы миаскитов, миаскит-пегматитов и карбонатитов имеют близкие значения изотопных параметров Hf, что указывает на единый источник их вещества.

Изотопы Hf определены и в зерне циркона II (с U-Pb-возрастом 282 млн. лет). Циркон II значительно отличается от раннего циркона I высоким (¹⁷⁶Hf/¹⁷⁷Hf)₂₈₂ = 0.283055 и εHf = 16, соответствующим значениям деплетированной мантии, что может указывать на появление нового источника вещества, участвующего в преобразованиях миаскитов и карбонатитов. Однако этот вопрос требует статистического обоснования и дальнейших исследований.

Состав изотопов Hf в цирконах доломитовых карбонатитов Булдымского массива (¹⁷⁶Hf/¹⁷⁷Hf)₂₆₈  =0.282525-0.282555, εHf = - 0.2…-1.8 близок хондритовым и отличается от цирконов миаскитов и карбонатитов Вишневогорского массива более низкими первичными ¹⁷⁶Hf/¹⁷⁷Hf и εHf, что свидетельствует об участии в их формировании различных источников вещества.

Точки  составов ранних цирконов ИВК на диаграмме εNd – εHf находятся в пределах «Mantle Array» в области развития умеренно деплетированных мантийных составов и нижнекоровых пород (Patchett et al.,1981; Vervoort et al., 2000 и др.). Лишь единственная точка (поздний циркон II с возрастом 282 млн. лет из карбонатитов Вишневогорского массива) находится за пределами «Terrestrial Array» (Vervoort et al., 1999), что, возможно связано с нарушенностью его изотопных систем.

Для оценки времени генерации расплавов, т.е. времени отделения родительских магм ИВК от источника, вычислены Lu-Hf модельные возраста Т_DM  и T_DMC. Модельный возраст T_DM, основанный на выплавлении пород из деплетированной мантии, для ранних цирконов комплекса составляет 790–880  млн. лет. При использовании двухстадийной модели эволюции Hf изотопного состава (которая предполагает выплавление родительской магмы из средней континентальной коры, ранее образованной из деплетированной мантии) возраст протолита ИВК соответствует T_DMC = 1040–1170 млн. лет. T_DM для поздней генерации циркона II из карбонатитов Вишневогорского массива составляет 270 млн. лет и хорошо совпадает с U-Pb возрастом этих цирконов, что может свидетельствовать об образовании поздней генерации циркона при коллизионных процессах.

Таким образом, Lu-Hf-изотопные данные, полученные по ранним генерациям цирконов ИВК, в совокупности со Sr-Nd изотопными данными (Прибавкин, Недосекова, 2006; Недосекова и др., 2009), подтверждают мантийный характер источника Ильмено-Вишневогорского комплекса и указывают на участие в магмогенерации вещества умеренно обедненной мантии (DM) и обогащенного источника (возможно, представляющего собой нижнекоровый компонент). Благодаря смешению вещества этих источников может быть получен весь спектр изотопных составов пород ИВК. Модельный возраст протолита Ильмено-Вишневогорского комплекса cоответствует начальным стадиям рифейского рифтогенеза, обусловившего распад суперконтинента Родиния, во время которого была сформирована рифейско-вендская кора (верхний структурный этаж Сысертско-Ильменогорского блока). Таким образом, можно предположить, что протолитом Ильмено-Вишневогорского комплекса могли служить рифейские океанические толщи, имеющие близкие Sr-Nd изотопные характеристики и модельный Sm-Nd возраст источника, плавление которых обеспечило генерацию магм Ильмено-Вишневогорского комплекса во время палеозойского рифтогенеза на Урале.

Работа выполнена по программе междисциплинарных проектов УрО РАН, СО РАН и ДВО РАН 2009-2011 г.  № 09-С-5-1014.

 

Литература

Краснобаев А.А., Русин А.И., Бушарина С.В. и др. Цирконология миаскитов Ильменских гор  // Ежегодник – 2007. ИГГ УрО РАН, 2008. С. 264-268.

Краснобаев А.А., Недосекова И.Л., Бушарина С.В. Цирконология карбонатитов Вишневогорского массива (Ильменские горы, Ю. Урал) // Ежегодник – 2008. ИГГ УрО РАН, 2009. С. 261–263.

Недосекова И.Л., Владыкин Н.В., Прибавкин С.В., Баянова Т.Б. Ильмено-Вишневогорский миаскит-карбонатитовый комплекс: происхождение, рудоносность, источники вещества (Урал, Россия) // Геология рудых месторождений. 2009. Т. 51. №2. С. 157–181.

Прибавкин С.В., Недосекова И.Л. Источники вещества карбонатитов Ильмено-Вишневогорского комплекса по данным изотопии Sr и Nd в карбонатах // ДАН. 2006. №3. Т. 408. С. 381–385.

Patchett P.J., Kouvo O., Hedge C.E., Tatsumoto M. Evolution of continental crust and mantle heterogeneity: evidence from Hf isotopes // Contributions to Mineralogy and Petrology. 1981. № 78. P. 279–297.

Vervoort J. D., Patchett J. P., Blichert-Toft et al. Relationships between Lu–Hf and Sm–Nd isotopic systems in the global sedimentary system // Earth and Planetary Science Letters. 1999. Vol. 168. P. 79-99.

Vervoort J. D., Patchett J. P., Albarede F. et al. Hf-Nd isotopic evolution of the lower crust // Earth and Planetary Science. 2000. Letters 181. Р. 115–129.