CC BY
31
ЕСТЕСТВЕННЫЕ И ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
УДК 551.2, 551.14, 550.423
ВАРИАЦИИ ЛЕТУЧЕСТИ КИСЛОРОДА В МАНТИЙНЫХ И КОРОВЫХ СИСТЕМАХ УРАЛА
Ю.А. Балашов1, Г.Б.Ферштатер2, А.А. Краснобаев2, Ф. Беа3, П. Монтеро3
ХГ еологический институт КНЦ РАН
2Институт геологии и геохимии им. А.Н. Заварицкого УрО РАН 3Университет г. Гранда, Испания
Аннотация
Вариации летучести кислорода, измеренной по соотношению Ce+4/Ce+3 в цирконах мантийных и коровых пород, разделяются в пределах Уральского орогена на две группы, отражающие условия резко окисленного или восстановительного режимов формирования пород. Это касается систематики для дунитов, габброидов, гранитоидов и метамофических разностей, включая диагностику летучести кислорода одновременно на базе геохимических и петрологических данных. Подчеркнем также, что подобное сопоставление сделано впервые для платиноносных формаций Уральского орогена и сопряженных с ними коровых пород.
Ключевые слова:
литосфера, породы коры и мантии, редкоземельные элементы, летучесть кислорода.
Проблема сопоставления распределения кислорода в породах и минералах коры и мантийной части литосферы возникла совсем недавно с появлением данных по измерению среди редкоземельных элементов вариаций отношения четырех- и трехвалентного церия (Ce+4/Ce+3) в цирконах как геохимического буфера («CeB») [1, 2] для коры и мантии. Однако петрологический буфер FMQ предназначен для мантийных пород с максимальным значением Alog/O2 до + 4 или ~ 34 по буферу CeB [3], что существенно меньше, чем обнаруженные изменения в ряде цирконов из архейских и палеозойских дунитов Урала. Экстремальные отношения были также отмечены ранее для щелочных пегматитов [4] (табл. 1). Наиболее вероятное объяснение появления подобных значений по буферу «CeB») следует связать с захватом фрагментов коры или с признаками вторичного воздействия избыточного кислорода.
Не менее интересны цирконы с резким дефицитом концентрации четырехвалентного церия (Ce+4/Ce+3 < 1-0.01), которые фиксируются в восстановленных по летучести кислорода областях, обычно приуроченных к глубинным зонам мантийной литосферы [4]. Оба типа соотношений подробнее рассматриваются на примере цирконов Уральского орогена (табл. 2).
Таблица 1
Корреляция параметров геохимического (СеВ) и петрологического буферов для летучести
кислорода (Дlog/O2) в мантийных и измененных вторичными процессами цирконах литосферы
Ce+4/Ce+3 Lg: (Ce+4/+3) Lg: (FMQ) Регион, порода// циркон № пробы
506* >> мант. Норвегия, сиенитовый пегматит Zc-8-9
185* >> мант. Норвегия,№-сиенитовый пегматит Zc-7-б
114* >> мант. 2о -дунит, Урал k1836
71* >> мант. 2о -дунит, Урал тг356
50* >> мант. Норвегия,№-сиенитовый пегматит Zc-7-4
34.1* 1.52 +4 Китай, перидотит ксен. Y974-25
16.1 1.2 +3 Якутия, хромитов. ксен. Onekh-2B
9.9* 1.0 +2 Австралия, лампроит Arg-2
5.71* 0.78 +1 Якутия, кимберлит An 152-А
3.9* 0.6 0 Украина, долерит 023/86-26
2.47* 0.4 -1 Якутия, тр. Мир, кимберлит Міг-соге-1
1.83** 0.27 -2 Ю.Африка, Ноенипут, кимберлит M32-3
1.1 0.0 -3 Ю.Африка, Монастери, кимб. М2-05-1
0.49 -0.75 -4 Ю.Африка, Лемфане, кимберл. М27-3
0.14 -1.25 -5 Ю.Африка, Као 1, кимберлит М42(2)2
0.01 -1.95 -6 Ю.Африка, Дайка 170, кимберлит М28(8)1
Примечание. * - измененные наложенными вторичными процессами цирконы мантии и коры.
** - пограничная зона между верхней и нижней частями мантийной литосферы в районах кимберлитового и лампроитового магматизма [1, 5].
Особо следует отметить взаимосвязь фракционирования второго элемента, типичного для распределения РЗЭ в цирконах - европия, который избирательно накапливается в цирконах в резко восстановительных условиях благодаря перераспределению между двух- и трехвалентным состоянием в расплавах и растворах [2, 5]. Иначе говоря, циркон - единственный минерал, в котором находятся два индикатора - восстановительных и окислительных параметров летучести кислорода, что принципиально важно, поскольку выводы о летучести кислорода можно взаимно контролировать по обоим редкоземельным элементам. В табл. 2 представлена информация по церию и европию в цирконах Уральского орогена. Согласно хронологической систематике [6] весь массив данных разделен на реликтовые архейские-протерозойские и молодые палеозойские магматические и метаморфические типы цирконов.
Таблица 2
Параметры летучести кислорода в цирконах из пород Уральского орогена
Се4/3 Возраст емо Еи/Еи* Породы № Массив
ДУНИТЫ докембрий (А)
114 3243 >7 0.32 дунит к1836 Сахаринский
70.8 1746 >5 0.5 дунит тг355 Косьвинский
20.8 1700 3.49 0.12 дунит к1832 В. -Хабарнинский
ДУНИТЫ палеозой (П) дунит
29.6 360 4 0.3 дунит тг355 Косьвинский
18.7 400 3.2 0.44 дунит к1832 В. -Хабарнинский
4.26 380 0.27 0.42 дунит к1836 Сахаринский
1.4 384 -2.75 0.68 дунит к1832 В. -Хабарнинский
ГАБРОИДЫ Докембрий (А)
4.32 1450 0.44 0.69 габбро-норит 1835 В. -Хабарнинский
1.05 1240 -3.12 0.27 НЬ1-габбро к513
ГАБРОИДЫ палеозой (П)
41.1 330 4.2 0.45 НЬ1-габбро с36 Сыростанский
28.8 350 3.9 0.65 НЬ1-габбро с36 Сыростанский
12.9 402 2.65 0.27 НЬ1 габбро-норит 1834 В. -Хабарнинский
12.9 402 2.65 0.41 НЬ1 габбро-норит 1835 В. -Хабарнинский
7.68 424 1.63 0.39 НЬ1 анортозит к501 Черноисточинский
6.75 380 1.46 0.38 габбро 1837 Сахаринский
3.47 420 -0.07 0.59 01 габбро-норит 1830 Аккермановский
1.07 378 -3.12 0.67 01 габбро-норит 1830 Аккермановский
0.62 563 -3.8 0.29 НЬ1 габбро к513 Черноисточинский
0.53 425 -4.15 0.3 НЬ1 габбро к513 Черноисточинский
0.37 423 -4.47 0.45 НЬ1 габбро к934 Рефтинский
ГРАНИТОИДЫ Докембрий (А)
12.7 1386 2.47 0.02 гранит к32п Рябиновский
12 1386 2.31 0.25 гранит к55п Рябиновский
0.88 1386 -3.46 0.061 гранит к32в Рябиновский
0.24 1386 -4.64 0.18 гранит к55в Рябиновский
ГРАНИТОИДЫ палеозой (П).
41 327 4.1 0.45 гранит с51 Сыростанский
24.7 378 3.7 0.32 плагиогранит к1833 Хабарнинский
22 294 3.67 0.62 гранодиорит к1050 Новобурановский
5.57 330 0.95 0.53 гранит Ад Адуйский
4.86 293 0.61 0.25 плагиогранит Ур Урузбаевский
4.37 406 0.44 0.54 тоналит к927 Рефтинский
2.52 426 -1.08 0.63 диорит к933 Рефтинский
0.85 425 -3.63 0.52 плагиогранит к932 Рефтинский
0.25 401 -4.64 0.45 плагиогранит к931 Рефтинский
0.23 260 -4.95 0.71 гранит Ад Адуйский
0.22 290 -4.95 0.73 гранит Ад Адуйский
МЕТАМОРФ. Докембрий(А)
3.13 2700 -0.57 0.68 гранито-гнейс. 1831 Хабарнинский
0.54 2200 -3.96 0.56 плагиогнейс 1757 Харлуши
МЕТАМОРФ. палеозой (П)
55.5 305 5 0.23 плагиогней. 788 Район Кытлыма
39.3 600 4.5 0.31 плагиогней. 1757 Харлуши
28.3 300 3.9 0.34 гранито-гнейс. 1831 Хабарный
10.1 440 2.05 0.69 плагиогней. 788 Район Кытлыма
3.19 -0.41 0.58 амфиболит. к1036 Кемпирсай
2.46 360 -1.08 0.18 плагиогнейс 1757 Харлуши
0.7 450 -3.8 0.66 гранито-гнейс. 1831 Хабарный
Примечание. Более подробная характеристика пород, из которых выделены цирконы, их привязка и геологическая позиция приведены в работах [6, 7]. Для каждой группы цирконов по данным для обоих буферов выделены разности, отвечающие окислительным и восстановительным условиям генерации.
Для всех типов пород Уральского орогена вариации отношения Се+4/Се+З в цирконах охватывают более двух порядков (рис. 1), что свидетельствует о представительности информации и значительных вариациях летучести кислорода.
Более подробно на рисунках 2-5 представлены окислительные и восстановительные параметры цирконов для отдельных типов пород. Пунктиром показана ориентировочная граница перехода от параметров верней части мантийной литосферы к нижней (от окисленных к восстановительным режимам генерации цирконов по таблице 1, что дублировано в таблице 2 для отдельных цирконов. При этом для каждого типа исходных пород проведено разделение по интервалам: возрасты цирконов докембрия (А) и палеозоя (П). Нумерация на рисунках взята по таблице 2.
Цирконы докембрия дунитов выделяются оптимально окисленными условиями генерации, что примерно на порядок превышает уровень в палеозойских аналогах (рис. 2). Это указывает на контрастность условий генерации цирконов, в частности, концентрация церия в докембрийских цирконах (25.6-45.8 г/т) значительно выше, чем в палеозойских (7.5-13 г/т), хотя среди последних присутствует пегматоидный циркон (1623 г/т). Если сопоставить цирконы дунитов с уровнем летучести кислорода между нижней и верхней частями мантийной литосферы,
установленными для кимберлитовых провинций [3] (табл. 1), то для палеозойских цирконов намечается аналогия с нижней частью вертикального разреза литосферы: прослеживается обратная корреляция между Се+4/Се+3 с Еи+2 / Еи+3 (рис. 2).
Рис. 1. Диапазон вариаций отношения Се+4/Се+3 в цирконах
Рис. 2. Вариации отношений Се+4/Се+3 и Еи+2 / Еи+3 в цирконах дунитов
Для цирконов в габброидах докембрия отмечается некоторое снижение эффекта окисленности, а в палеозое отмечается широкий диапазон (более двух порядков) вариаций по летучести кислорода. В сравнении с кимберлитовой границей в обоих случаях отмечается приуроченность к средней части мантийной литосферы (рис. 3).
В докембрийских ксенолитах цирконов гранитоидов изменение Се+4/Се+З перекрывает два порядка, от окисленных до восстановленных, по параметрам летучести кислорода. Аналогичные изменения зафиксированы и в более молодых гранитоидах (рис. 4). Интерпретация подобных данных затруднительна и не однозначна из-за слабой изученности кислых магм коры. Так, например, среди цирконов щелочных гранитов Кольского полуострова отмечены случаи наращивания вторичных каемок с восстановительными параметрами по кислороду вокруг цирконовых ядер с более кислыми параметрами [2]. Для гранитоидов офиолитов Чили описаны обратные эффекты при гидротермальных изменениях, сопровождавших образование Ли-Си оруденения [7]. Намечена обратная корреляция между Се+4/Се+З и Еи+2/Еи+З преимущественно за счет вариаций в соотношениях для цирконов.
Рис. S. Вариации отношений Ce+4/Ce+S и Eu+2 / Eu+S в цирконах габброидов
Рис. 4. Вариации отношений Ce+4/Ce+S и Eu+2 / Eu+S в цирконах гранитоидов
По летучести кислорода почти для всех цирконов метаморфических пород (рис. 5) отмечается преобладание окисленных режимов, сопоставимых по уровню с кимберлитовой градацией в средней части литосферы.
Рис. 5. Вариации отношений Ce+4/Ce+S и Eu+2 / Eu+S в цирконах метаморфических пород
Выводы
Очевидно, что почти во всех ксеногенных цирконах докембрия, независимо от вариаций возраста и типа пород, господствуют цирконы с отношением Ce+4/Ce+3 в области окислительных условий их генерации. Более редко встречаются цирконы с восстановительными параметрами по летучести кислорода. В первом приближении цирконы по всем типам пород Уральского орогена сопоставимы либо с верхними, либо со средними частями литосферы, включающей породы коры и верхней мантии с градацией мантийных пород примерно по относительной глубине, сопоставимой с кимберлитовыми провинциями. Общий диапазон изменения отношения Ce+4/Ce+3 в цирконах докембрия соответствует интервалу от 114 до 3.13, что перекрывает известный диапазон с архейскими и хадейскими детритовыми цирконами и цирконами гранитоидов Австралии и Гренландии [2, 4]. Вместе с тем, сам факт значительных вариаций отношения Ce+4/Ce+3 свидетельствует о нестабильности воздействия кислорода на исходные породы, подчеркивая наложенный (вторичный) характер при попытке расшифровки причин этого геохимического эффекта для разных типов пород. Среди палеозойских цирконов дунитов и габброидов отмечены признаки генерации в восстановительных режимах по летучести кислорода, что может рассматриваться как унаследование в некоторых цирконах особенностей магматической стадии формирования Уральских интрузий.
ЛИТЕРАТУРА
1. Балашов Ю.А., Мартынов Е.В. Оценка летучести кислорода в литосфере по данным для редкоземельных элементов в цирконах из мантийных пород // Вестник Кольского научного центра РАН. 2012. № 1. С. 101-110.
2. Балашов Ю.А., Скублов С.Г. Контрастность геохимии магматических и вторичных цирконов // Геохимия. 2011. № 6. С. 622-633. 3. Ballhaus C. Redox states of lithospheric and asthenospheric upper mantle // Contrib.Mineral.Petrol. 1993. Vol. 114. P. 331-348. 4. Балашов Ю.А. Изменение летучести кислорода в мантийных и коровых системах в интервале хадей- фанерозой // Вестник Кольского научного центра РАН. 2012. № 2. С. 3-6. 5. Balashov Yu.A., Martynov E.V. Correlation of oxygen fugacity in the mantle lithosphere between Ce+4/Ce+3 relation of zircons and petrological buffer FMQ // Вестник МГТУ. 2012. Т. 15, № 2. P. 311-329. 6. Ферштатер Г.Б., Краснобаев А.А. и др. Изотопно-геохимические особенности и возраст цирконов из дунитов Уральских массивов платиноносного типа, петрологические следствия / Г.Б. Ферштатер, А.А. Краснобаев, Ф. Беа, П. Монтеро, В.Я. Левин, В.В. Холодов // Петрология. 2009. Т. 17, № 5. С. 539-558. 7. Ферштатер Г.Б., Краснобаев А.А. и др. История и геодинамические обстановки палеозойского интрузивного магматизма Среднего и Южного Урала (по результатам датирования цирконов) / Г.Б. Ферштатер, А.А. Краснобаев, Ф. Беа, П. Монтеро, Н.С. Бородина // Геотектоника. 2007. № 6. С. 52-77. 8. Ballard J.R., Palin J.M. et. al. Relative oxidadation state of magmas inferred from Ce(IV)/Ce(III) in zircon: application to porphyry cooper deposits of northern Chile / J.R. Ballard, J.M. Palin, I.H. Campball // Contrib. Mineral. Petrol. 2002. Vol. 144. P. 347-364.
Сведения об авторах
Балашов Юрий Андреевич - д.г.-м.н, профессор, главный научный сотрудник;
e-mail: balashov@geoksc. apatity.ru
Ферштатер Герман Борисович - д.г.-м.н, профессор, главный научный сотрудник;
e- mail:gerfer@online.ural.ru
Краснобаев Артур Антонинович - д.г.-м.н, профессор, главный научный сотрудник; e-mail: krasnobaev@igg.uran,ru
Беа Фернандо - Phd, профессор; e-mail: fernando_bea@mac.com Монтеро Пилар - Phd, профессор; e-mail: pilar_montero@mac.com
