2011

Тезисы международной конференции

Рудный потенциал щелочного, кимберлитового

 и карбонатитового магматизма

Abstracts of International conference

Ore potential of alkaline, kimberlite

and carbonatite magmatism

Sr-Nd ИЗОТОПНАЯ СИСТЕМАТИКА КЛИНОПИРОКСЕНОВ В УЛЬТРАКАЛИЕВЫХ ЭФФУЗИВАХ ВОСТОЧНО-АФРИКАНСКОГО РИФТА: РОЛЬ МАНТИЙНОЙ ГЕТЕРОГЕННОСТИ

 Н.С. Муравьева^*, Б.В. Беляцкий^**, В.Г.Сенин^*.

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

**  ФГУП ВНИИОкеангеология, Санкт-Петербург, Россия

natash@geokhi.ru

Ультракалиевый магматизм, наиболее глубинный тип магматизма, обладает рядом признаков обогащенности мантийного источника редкими некогерентными элементами. Классической областью распространения ультракалиевых пород является Западная ветвь  Восточно-Африканского рифта. Присутствие на сравнительно ограниченной  площади пород, отличающихся по модальному и химическому составу, отражает гетерогенность верхней мантии на километровой шкале. Наиболее распространенная модель источника калиевого магматизма - лерцолитовая (гарцбургитовая?) мантия с многочисленными прожилками и прослоями пироксенитов. Новые доказательства гетерогенности источника калиевых магм Западного рифта были получены нами при изучении изотопного состава стронция и неодима минералов-вкрапленников вулканитов.

Несмотря на многолетние геологические  работы в этом регионе для камафугитовой группы пород известны лишь единичные опубликованные Sr-Nd и Pb изотопные анализы (Davies, Lloyd, 1989; Rosenthal et. al.,2009), но данных об изотопном составе породообразующих минералов нам неизвестно. Некоторые исследования проводились в Восточной Африке для клинопироксенов из нефелинитовых лав вулкана Напак, восточной части Уганды (Simonetti, Bell, 1993) и вулкана Маунт Элгон, восточной Уганды - западной Кении (Simonetti, Bell, 1995). В настоящей работе приводятся результаты  изучения изотопного состава стронция и неодима породообразующих минералов (клинопироксена и слюды) и делается попытка оценки состава источника камафугитовых магм.

 Объектом нашего исследования являются ультракалиевые вулканические породы из провинций Торо-Анколе и Вирунга в северной части Западной ветви Восточноафриканского рифта. Большая часть исследованных образцов была собрана в пределах вулканического поля Буньяругуру. Для сравнения были изучены образцы камафугита (угандита) и возможных его производных - мелалейцитита и лейцитита из вулкана Високе (провинция Вирунга).

Изотопная систематика стронция и неодима для изученных камафугитов Торо-Анколе (⁸⁷Sr/⁸⁶Sr: 0.704629–0.705356; ¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd: 0.512488 –0.512550) (Muravyeva et. al., 2009; Muravyeva, Belyatsky, 2009; Муравьева и др., 2009) свидетельствует, что их мантийный источник близок по составу к астеносферному источнику базальтов океанических островов EM1 (Hofmann, 2003; Stracke et. al., 2005). В тоже время, изотопный состав свинца  исследованных пород ²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb: 18.998 – 19.566; ²⁰⁷Pb/²⁰⁴Pb: 15.686 – 15.737; ²⁰⁸Pb/²⁰⁴Pb: 39.303 – 40.264 (Муравьева и др., 2009) обнаруживает сходство состава источника с характеристиками вулканитов океанических островов EM2 и региональной аномалии DUPAL. Такое разнообразие изотопных характеристик камафугитов объясняется длительным влиянием процессов мантийного метасоматоза на вещество их источника

В настоящей работе был определен изотопный состав стронция и неодима вкрапленников клинопироксена и слюды из пород различного состава: четырех образцов камафугитов Торо-Анколе и двух образцов (угандита и лейцитита) вулкана Високе (провинция Вирунга). Измерения проводились на многоколлекторном масс-спектрометре TRITON в статическом режиме регистрации из отобранных мономинеральных фракций (чистота не хуже 99%). Сравнение результатов с ранее полученным изотопным составом вмещающих пород показало, что если относительно изотопного состава неодима вкрапленники в целом равновесны с вмещающей породой, тогда как по ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr отношению часть вкрапленников является изотопно-неравновесными. Характер неравновесности клинопироксенов относительно вмещающей породы различен: есть составы деплетированные (большая часть) и обогащенные радиогенным стронцием (рис.1).

Тип изотопного неравновесия по стронцию хорошо согласуется с химическим составом и структурными особенностями клинопироксенов.  Состав клинопироксенов был определен нами на микроанализаторе  SX 100 фирмы САМЕСА. В пределах каждой породы наблюдался некоторый интервал по содержаниям петрогенных элементов, иногда значительный, как от зерна к зерну, так и между центральной и краевой частями вкрапленников (например, 0,45-0,88 по Mg^#). Различные зерна клинопироксенов обнаруживают зональность (прямую и обратную), являющуюся основным химическим и петрографическим признаком неравновесности. Два тренда изменения  составов клинопироксенов камафугитов, наиболее отчетливо проявленные в зависимостях Na₂O-Mg^# и TiO₂-Mg^#, «метасоматический» и «магматический»,  соответствуют высокому и низкому давлению, т.е. связаны с понижением давления и температуры. Сравнение данных изотопного и химического состава показывает, что высокобарный тренд соответствует изотопно-обогащенным клинопироксенам, тогда как низкобарный - деплетированным. Вкрапленники клинопироксена из мафурита, в которых обратная зональность преобладает, оказываются обогащенными радиогенным стронцием относительно породы в целом.

Обращает на себя внимание близкое сходство изотопных характеристик стронция для клинопироксенов из различных пород.  В отличие от водосодержащих минералов вкрапленники клинопироксена  в эффузивах наиболее устойчивы к любым процессам вторичного изменения (в том числе и метасоматическим), чем объясняется сохранность первичных изотопных меток пироксенов. Т.е. клинопироксены сохраняют изотопные метки расплавов, из которых они были образованы. Различие  в степени изотопной равновесности клинопироксенов с вмещающей породой по неодиму и стронцию можно объяснить на основании сравнения скоростей диффузии этих элементов и времени пребывания магматических расплавов в очаге (Jackson et. al., 2009).  Скорость установления диффузионного равновесия  для Nd гораздо ниже, чем для Sr или Pb. Таким образом, без введения новых порций изотопно-различающихся расплавов в исходное магматическое тело, изотопное ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr отношение в клинопироксенах будет испытывать  диффузионное переуравновешивание с вмещающим расплавом в масштабах времени типичных для «жизни» магмы. Следовательно, наблюдаемая Sr изотопная неравновесность клинопироксенов указывает  на быстрое изменение состава магматического расплава,  и на то, что время между смешением изотопно-различных магм и извержением могло быть очень коротким. Более поздние расплавы, с которыми смешивались клинопироксен-содержащие магмы, по-видимому, были значительно магнезиальнее, о чем можно судить по составу краевых частей вкрапленников. Магнезиальность краевых частей большинства  клинопироксенов с обратной зональностью независит от состава центральной зоны и составляет  0.80 – 0.88 для обр.11503 и 0,75-0,80 для обр.11530, что согласно коэффициенту распределения Kd^Fe-Mg_Cpx-Liq  соответствует равновесным расплавам с Mg^# ≈ 0,7 и ≈ 0,68 соответственно.

Сопоставление изотопных характеристик клинопироксена и слюды в пределах одной породы (угандит, вулкан Високе) показывает, что по изотопному составу неодима вкрапленники пироксена и слюды равновесны с вмещающей породой, а по стронцию состав слюды резко отличен от клинопироксена. При этом изотопный состав стронция фенокристов слюды отражает состав расплава (валовой породы), тогда как изотопный состав пироксена, очевидно, близок характеристикам мантийного источника. Учитывая «кучное» расположение точек значений ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr клинопироксенов на диаграмме, можно предположить существование единого источника для всех изученных образцов с изотопным составом стронция близким к величине ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr - 0.7046. Таким источником, вероятно, является ряд расположенных примерно на одной глубине (на границе астеносферы и литосферы) более древних магматических очагов. Эти расплавы были образованы и «законсервированы» там при раннем магматическом (или метасоматическом?) событии и, возможно, имели карбонатитовый состав. 

 Изотопные составы изученных образцов графически отражены на ⁸⁷Rb/⁸⁷Sr - ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr диаграмме, на которой можно выделить три области, различающиеся по степени  обогащенности радиогенным изотопом стронция ⁸⁷Sr: две - для камафугитов Торо-Анколе и область эффузивов вулкана Високе (провинция Вирунга). Интересно отметить, что в небольшое поле, которое образуют точки составов всех изученных клинопироксенов, попадают и наиболее деплетированные по стронцию, наименее радиогенные, максимально обогащенные кальцием мафурит (обр.11503) и катунгит. Это, по-видимому, указывает на равновесность первичных расплавов этих пород с пироксенитовым источником. Можно предположить, что породы обогащенные клинопироксеном с наиболее радиогенным стронцием выплавлялись из метасоматизированного мантийного источника, что косвенно подтверждает результаты моделирования по петрогенным элементам (Muravyeva et. al., 2009). Высокое содержание в породе стронция (2888 ppm) и присутствие вкрапленников карбонатов указывает на то, что метасоматизирующим агентом был карбонатитовый расплав-флюид (Kogarko et. al., 2001).

 На основании полученных результатов вероятным сценарием происхождения изученных пород является 1) образование первичных расплавов при плавлении гетерогенного пироксенит-перидотитового мантийного источника и 2) смешение магм из двух литосферных и подлитосферных горизонтов при быстром подъеме к земной поверхности. 

Список литературы:

Муравьева Н.С., Беляцкий Б.В., Иванов А.В. Изотопно-геохимическая характеристика камафугитов Восточно-Африканского рифта. «Изотопные системы и время геологических процессов».// Материалы IV Российской конференции по изотопной геохронологии. 2009. Санкт-Петербург Том II, C.34-37.

Davies G.R., Lloyd F.E. Pb-Sr-Nd isotope and trace element data bearing on the origin of the potassic subcontinental lithosphere beneath south-west Uganda. // Proceeding of the 4^th International Kimberlite Conference, 1989. V. 2, P.784-794.

Herzberg C., Asimow P. D. Petrology of some oceanic island basalts: PRIMELT2.XLS software for primary magma calculation // Geochemistry, Geophysics, Geosystems. 2008. Vol.9. N. 9

Hofmann A.W. Sampling mantle heterogeneity through oceanic basalts: Isotopes and trace elements // Treatise on Geochemistry. 2003. V. 2. P. 61–101.

Jackson M. G.,  S. R. Hart, N.Shimizu, J. S. Blusztajn. The ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr and ¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd   disequilibrium between Polynesian hot spot lavas and the clinopyroxenes they host: Evidence complementing isotopic disequilibrium in melt inclusions. // Geochemistry Geophysics Geosystems V. 10, N. 3, 11 March 2009

Kogarko L.N.,  Kurat G., Ntaflos T. Carbonate metasomatism of the oceanic mantle beneath Fernando de Noronha island, Brazil. // Contrib Mineral Petrol. 2001. V.140, P.577-587.

Muravyeva N.S., Belyatsky B.V., Ivanov A.V. Geochemistry and petrology Toro      Ankole kamafugite magmas: isotopic constraints. // XXVI international conference Geochemistry of magmatic rocks, school ”Geochemistry of alkaline rocks”. 2009, Abstract volume. P.107-108

Muravyeva N.S., Belyatsky B.V. Petrology and geochemistry Toro Ankole kamafugite magmas: isotopic constraints. // Geophysical Research Abstracts. 2009. V. 11, EGU2009-12651-1.

Rosenthal A., S.F. Foley, D.G. Pearson, G.M. Nowell, S. Tappe.  Petrogenesis of strongly  alkaline primitive volcanic rocks at the propagating tip of the western branch of the East African Rift. // Earth and Planetary Science Letters. 2009. V. 284, P.236–248

Simonetti, A., Bell, K. Isotopic disequilibrium in clinopyroxenes from nephelinite lavas from Napak volcano, eastern Uganda. // Geology, 1993. V. 21, P. 243-246.

Simonetti A., Bell K. Nd, Pb and Sr isotopic data from the Mount Elgon volcano, eastern Uganda-western Kenya: Implications for the origin and evolution of nephelinite lavas. // Lithos. 1995. V.36. P.141-153.

Stracke A., Hofmann A.W., Hart S.R.  FOZO, HIMU, and the rest of the mantle Zoo.// Geochemistry, Geophysics, Geosystems, 2005. V. 6, N 5, P.