Тезисы международной конференции

Рудный потенциал щелочного, кимберлитового

 и карбонатитового магматизма

Abstracts of International conference

Ore potential of alkaline, kimberlite

and carbonatite magmatism

Новые данные по элементному и изотопному составу флюидных включений в карбонатитах и ультраосновных породах Гулинского массива

Буйкин А.И.*, Верховский А.Б.**, Когарко Л.Н.*

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

** Открытый университет, Милтон Кинс, Великобритания

Получены новые данные по элементным соотношениям C, N, Ar, Не и их изотопному составу во флюидных включениях в карбонатитах и вмещающих их породах Гулинского массива. Показано, что разные этапы формирования массива, отличаются по отношениям C/N, N/Ar, C/Ar, С/Не 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 вовлечение флюидов, несущих атмосферные газы.

В продолжение нашей работы [Buikin et al. 2011] по выявлению источников и эволюции флюидной фазы карбонатитов Гулинского массива (Маймеча-Котуйская ультраосновная щелочная провинция) мы дополнительно исследовали образцы карбонатитов, а также вмещающие  их породы с помощью метода ступенчатого дробления [Буйкин и др. 2010]. Сложная полифазная эволюция массива началась с образования комплекса ультраосновных пород (дуниты, меймечиты, косьвиты) и закончилась формированием серии жил и штоков пород фоскоритовой и карбонатитовой групп [Егоров 1991]. По времени образования карбонатиты можно разделить на четыре этапа: фоскориты, кальцитовые карбонатиты 1-й стадии, кальцитовые карбонатиты 2-й стадии, доломитовые карбонатиты. Нами были изучены образцы карбонатитов, представляющие разные этапы формирования карбонатов (фоскорит 85-134, представляющий самую раннюю фазу образования, кальцитовые карбонатиты 2-й фазы – 85-125, 85-100, 85-107, ГХ-4 и поздние: доломитовые карбонатиты 85-126, 85-111, ГХ-9 и сидеритовый карбонатит 85-119), и ультраосновные породы, сформировавшиеся раньше карбонатитов (дунит ГХ-26, меймечит 85-38 и косьвит 85-151).

Вариации изотопного состава углерода и кислорода СО₂, изучались во всех образцах; изотопный анализ кислорода и углерода проводился на газовом масс-спектрометре Delta Plus в ГЕОХИ РАН. Для некоторых образцов были взяты аликвоты, в которых были изучены вариации изотопного состава азота и аргона, а также элементные соотношения гелия, углерода, аргона и азота во флюидных включениях. Эти анализы проводились на высокочувствительном масс-спектрометрическом комплексе Finesse в Открытом Университете (Милтон Кинс, Великобритания). Описание методики анализа опубликовано в работе [Verchovsky et al., 2002].

Новые данные подтверждают выявленную нами ранее закономерность: в поздних карбонатитах содержится большее количество СО₂ (до 20 раз), с существенно более тяжелым углеродом (δ¹³С = -9.0 ÷ -11.4‰ PDB), чем в ранних карбонатитах (δ¹³С = -13.6 ÷ -16.2‰ PDB). Во флюидных включениях в изученных нами ультраосновных породах диоксида углерода оказалось очень мало – недостаточно для изотопного анализа. Лишь для образца дунита ГХ-26 удалось оценить изотопный состав углерода из СО₂ (δ¹³С = -14.5‰ PDB). К сожалению, при повторном анализе не удалось выделить достаточное количество газа. Отметим, что в этом образце, в отличие от образцов косьвита и меймечита, обнаружено большое количество воды во включениях – соизмеримо с ее количеством в поздних карбонатитах. В меймечите воды существенно меньше, в косьвите ее практически нет.

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 ранних к поздним карбонатитам (рис. 1а,б).

Рис. 1. Ковариации отношений углерода к аргону и азоту в образах: а. средние значения; б. во фракциях.

Также ведет себя и гелий, растворимость которого в мантийных расплавах отличается от растворимости аргона и азота, и близка к таковой для углерода [Marty and Zimmermann 1999]. Кроме того, от ранних к поздним образцам падает отношение ⁴⁰Ar/³⁶Ar, приближаясь в последних к атмосферному значению (рис. 2), т.е. происходит контаминация магматической системы атмосферным компонентом. Одним из источников атмосферного компонента аргона могли быть метеорные (пластовые) воды, циркуляция которых неизбежно должна была активироваться внедрением горячего плутона во вмещающие породы.

На фоне большой разницы в отношениях ⁴⁰Ar/³⁶Ar между ранним и поздними карбонатитами удивительно гомогенен изотопный состав азота (рис. 2) – 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 [около +3‰, Dauphas and Marty 1999], чем для MORB [(-5 ÷ -7‰, Marty and Zimmermann 1999]. Исключение для карбонатитов составляет лишь образец ГХ-9, в котором во фракциях наблюдаются широкие вариации значений d¹⁵N. Однако с ростом отношений ⁴⁰Ar/³⁶Ar изотопный состав азота в нем приближается к средним значениям для изученных нами карбонатитов. Образец косьвита показал значения d¹⁵N типичные для мантии-источника MORB.

Рис. 2. Зависимость отношения ⁴⁰Ar/³⁶Ar от значений d¹⁵N во фракциях дробления.

В координатах ³⁶Ar/⁴⁰Ar – N₂/³⁶Ar точки средних значений для исследованных  образцов коррелируют и указывают на смешение между атмосферным компонентом и другим – с сильно фракционированным по отношению азота к аргону и высоким (мантийным) отношением ⁴⁰Ar/³⁶Ar (рис. 3).

Рис. 3. Диаграмма в координатах ³⁶Ar/⁴⁰Ar–N₂/³⁶Ar для средних значений в изученных нами образцах.

Таким образом, основной вывод заключается в следующем: на ранних этапах формирования пород Гулинского массива в составе флюида преобладал мантийный компонент, тогда как на поздних этапах формирования карбонатитов появился дополнительный источник флюида, привнесший атмосферный аргон и, возможно, большое количество углекислоты с тяжелым углеродом. Таким дополнительным источником СО₂ с тяжелым углеродом (и атмосферного аргона) могли быть мезозойские осадочные породы, среди которых есть и карбонаты. Получает подтверждение предположение некоторых авторов о гидротермальном механизме образования карбонатитов поздних этапов [например, Егоров 1991]. Для лучшего понимания источников и механизмов эволюции флюидов, принимавших участие в формировании пород Гулинского массива необходимо получение изотопных данных по всем благородным газам, и в первую очередь по гелию и неону.

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

A.I. Buikin, A.B. Verchovsky, V.A. Grinenko and L.N. Kogarko. The first stepwise crushing data on C, N and Ar isotopic and elemental ratios in Guli carbonatites. In Abstracts of the 21^st V.M. Goldschmidt Conference 15-20^th August, 2011, Prague, Chech Republic, A596.

Егоров Л.С. (1991) Йолит-карбонатитовый плутонизм на примере маймеча-котуйского комплекса Полярной Сибири. Л.: Недра. 260 с.

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.

Verchovsky A. B., Sephton M. A., Wright I. P., Pillinger C. T. Separation of planetary noble gas carrier from bulk carbon in enstatite chondrites during stepped combustion. Earth and Planet. Sci. Letters 2002. 199. P. 243-255.