2011

Тезисы международной конференции

Рудный потенциал щелочного, кимберлитового

 и карбонатитового магматизма

Abstracts of International conference

Ore potential of alkaline, kimberlite

and carbonatite magmatism

Эволюция флюидной фазы при формировании карбонатитов Гулинского массива по изотопным данным (С, N, Ar)

Буйкин А.И.*, Верховский А.Б.**, Когарко Л.Н.*, Гриненко В.А..*, Невинный Ю.А.*, Смирнова Е.П.*, Севастьянов В.С.*

* Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН, bouikine@mail.ru

** Открытый университет, Милтон Кинс, Великобритания

Впервые получены данные по элементным соотношениям и изотопному составу C, N, Ar во флюидных включениях в карбонатитах Гулинского массива. Показано, что образцы, представляющие разные этапы формирования карбонатитов, отличаются по отношениям C/N, N/Ar, C/Ar и изотопному составу углерода и аргона. Низкие значения отношения ⁴⁰Ar/³⁶Ar и близкое к атмосферному значение N/Ar в поздних карбонатитах говорят о том, что на заключительных стадиях магматической эволюции происходило внедрение флюидов, несущих атмосферные газы.

С целью выявления источников образования и изучения магматической эволюции флюидной фазы карбонатитов Гулинского массива (Маймеча-Котуйская провинция) нами были изучены четыре образца, представляющие разные этапы формирования карбонатов (ранние 85-125 и 85-134, поздние 85-126 и 85-119). Для выделения газов из флюидных включений использовался метод ступенчатого дробления. Изучены вариации изотопного состава кислорода и углерода СО₂, а также (в аликвотах) азота и аргона из флюидных включений в карбонатитах Гулинского массива. Для исследования были отобраны мономинеральные фракции кальцита (обр. 85-125 и 85-134), доломита (85-126) и сидерита (85-119). Выделение газов из флюидных включений проводилось дроблением металлическим шариком ступенчато с шагом 10-600 ударов в зависимости от количества газа в образце. Подробно методика описана в [Буйкин и др. 2010]. Изотопный анализ кислорода и углерода проводился на газовом масс-спектрометре Delta Plus в ГЕОХИ РАН, азота и аргона – на высокочувствительном масс-спектрометрическом комплексе Finesse в Открытом Университете (Милтон Кинс, Великобритания).

Величины d¹³С во фракциях дробления варьируют в пределах -5.94 ÷ -16.24 ‰ (аналитическая ошибка составляет 0.05-0.10 ‰, 2σ). Следует отметить, что средние значения d¹³С на несколько промилле ниже мантийных значений, полученных нами (Буйкин и др. 2009) и другими авторами [Javoy and Pineau 1991, Cartigny et al., 2001, Pineau et al., 2004 и др.] для СО₂ из флюидных включений в стеклянных корках MORB. Они также существенно ниже мантийных значений, полученных для карбонатитов Маймеча-Котуйской провинции, и варьирующих в узком диапазоне d¹³С = -5.8 ÷ -6.9 ‰ [Покровский 2000]. Согласно данным [Bottinga 1968] при температурах ниже 100 °С изотопный обмен в системе кальцит-СО₂ приводит к «облегчению» СО₂ на 5-7 ‰ по отношению к кальциту.

Хотя скорость изотопного обмена при таких низких температурах невысокая, можно ожидать, что за 250 Ма, прошедшие со времени образования Гулинского массива, произошел приконтактовый изотопный обмен между углеродом карбоната и СО₂.

Наблюдается прямая  зависимость величины d¹³С от количества газа в образце (рис. 1).

Причем ранние фоскорит (85-134) и кальцитовый карбонатит (85-125) содержат существенно меньшее количество СО₂ с более легким углеродом в сравнении с более поздними доломитовым и сидеритовым карбонатитами. К этому могло приводить фракционирование в ходе дегазации расплава, когда хорошо растворимый в карбонатном расплаве углерод накапливается в расплаве, а первые пузырьки СО₂, отделяющиеся от расплава, обогащены легким изотопом ¹²С. По мере дегазации расплава, он обогащается тяжелым изотопом углерода, и последние пузырьки углекислоты несут углерод с более высокими значениями d¹³С. С другой стороны, нельзя исключить, что на поздних этапах в источник попал аутогенный флюид, насыщенный углекислотой с тяжелым углеродом.

В отличие от углерода, содержания азота и аргона во включениях возрастают в обратном порядке – от поздних образцов к ранним. Соответственно, отношения С/N₂ и С/Ar значительно возрастают от раннего к поздним карбонатитам (рис. 2). Кроме того, от раннего к поздним образцам резко падает отношение ⁴⁰Ar/³⁶Ar, приближаясь в последних к атмосферному значению (рис. 3), т.е. происходит контаминация магматической системы атмосферным компонентом. Об этом же говорит и разное соотношение азота и аргона в раннем и поздних образцах: в раннем отношение N/Ar = 128 (т.е. близко к мантийному), а в поздних доломите и сидерите соответственно 76 и 60 (близко к атмосферному). Данные ступенчатого дробления показывают, что аргон и азот находятся в одних и тех же включениях в образцах и, по-видимому, имеют одинаковый источник.  Одним из источников атмосферного компонента аргона могли быть метеорные (пластовые) воды, циркуляция которых неизбежно должна была активироваться внедрением горячего плутона во вмещающие породы. Такой вывод косвенно подтверждается превышением почти на порядок количества воды в позднем сидерите (85-119) в сравнении с ранним кальцитом (85-134). Однако в позднем доломите (85-126) содержание воды примерно такое же, как в раннем кальците. Запланированное нами изучение вариаций изотопного состава водорода поможет выявить источники воды в этих образцах.

В пользу предположения о дополнительном источнике углекислоты говорят и данные по вариациям содержаний углерода и азота во фракциях дробления (рис. 4а и 4b): если в раннем кальците с ростом количества С увеличивается и содержание N (рис. 4a) (а также и аргона, т.е. все газы из одних и тех же включений), то в поздних образцах картина обратная (рис. 4b), т.е. аргон и азот находятся в одних включениях, а большая часть углекислоты – в других. Таким дополнительным источником СО₂ с тяжелым углеродом (и «атмосфероподобного» аргона) могли быть древние осадочные породы, среди которых есть и карбонаты).

На фоне большой разницы в отношениях ⁴⁰Ar/³⁶Ar между ранним и поздними карбонатитами удивительно гомогенен изотопный состав азота – в пределах аналитической ошибки средние значения d¹⁵N одинаковы (-0.44±0.28‰ ÷ 0.31±0.27‰атм). Эти величины стремятся в положительную область и ближе к значениям, полученным для OIB, чем для MORB [например, Dauphas and Marty 1999, Marty and Zimmermann 1999].

Работа была поддержана грантом РФФИ 09-05-00678-a и Программой ОНЗ РАН №4.

Литература:

Буйкин А.И., Ю.А. Невинный, В.И. Устинов, В.А. Гриненко, Е.П. Смирнова, В.С. Севастьянов, Е.В. Корочанцева, С.А. Силантьев (2010) Высоковакуумная установка для изучения изотопного состава легких элементов из флюидных включений в мантийных породах методом ступенчатого дробления. Электронный научно-информационный журнал «Вестник Отделения наук о Земле РАН» №2, doi:10.2205/2010NZ000025

Javoy M., Pineau F. (1991) The volatiles record of a popping rock from the Mid-Atlantic Ridge at 14ºN: chemical and isotopic composition of gas trapped in the vesicles, Earth Planet. Sci. Letters. 107: 598-611.

Cartigny P., Jendrzejewski N., Pineau F., Petit E., Javoy M. (2001) Volatile (C, N, Ar) variability in MORB and the respective roles of mantle source heterogeneity and degassing: the case of the Southwest Indian Ridge. Earth Planet. Sci. Lett. 194: 241-257.

Pineau F., Shilobreeva S., Hekinian R., Bideau D., Javoy M. (2004) Deep-sea explosive activity on the Mid-Atlantic Ridge near 34°50’N: a stable isotope (C, H, O) study. Chemical Geology. 211: 159-175.

Покровский Б.Г. (2000) Коровая контаминация мантийных магм по данным изотопной геохимии. М: Наука. 228 с.

Bottinga Y. 1968 Calculation of fractionation factors for carbon and oxygen exchange in the system calcite-carbon dioxide-water. Journal Physical chemistry, v. 72, pp. 800-808.

Dauphas N. and Marty B. (1999) Heavy nitrogen  in carbonatites of the Kola Peninsula: A possible signature of  the deep mantle. Science 286(1), 2488-2490.

Marty B., L. Zimmermann (1999) Volatiles (H, C, N, Ar) in Mid-Ocean ridge basalts: Assessment of shallow-level  fractionation and characterization of source composition. Geochim. Cosmochim. Acta. 63: 3619-3633.