Накопление редких элементов в гранитах

Геовикипедия
wiki.web.ru

Поиск

Главная страница

Конференции: Календарь / Материалы

Каталог ссылок

Словарь

Форумы

В помощь студенту

Последние поступления

Геология >> Поиск и разведка месторождений полезных ископаемых >> Геохимические методы поисков месторождений полезных ископаемых | Популярные статьи

Обсудить в форуме

Добавить новое сообщение

Накопление редких элементов в гранитах

Ю.А. Костицын (Институт минералогии, геохимии и кристаллохимии редких элементов (ИМГРЭ))
Опубликовано в журнале "Природа", N 1, 2000 г.

Содержание

Rb-Sr метод геохронологии

Дочерний ⁸⁷Sr образуется в результате $\beta$ -распада ⁸⁷Rb с константой $\lambda=1.42\cdot 10^{-11}$ лет^-1. На этом факте и основан Rb-Sr метод измерения возраста. Изохронный вариант предполагает анализ нескольких образцов одного и того же геологического тела, что не только повышает достоверность и точность определения возраста, но одновременно позволяет определить начальный изотопный состав стронция. Суть метода состоит в следующем. Измеренное сегодня в образце содержание дочернего изотопа (⁸⁷Sr)_t есть сумма его исходного содержания (⁸⁷Sr)₀ и радиогенной добавки, накопившейся за время t, т.е.

$(^{87}{\rm Sr})_t=(^{87}{\rm Sr})_0+(^{87}{\rm Rb})_t\times [\exp(\lambda\times t)-1].$

Если от концентраций изотопов перейти к отношениям (точность измерения которых значительно выше по чисто техническим причинам), т.е. поделить обе части уравнения на концентрацию стабильного изотопа (⁸⁶Sr), то можно получить:

$\left(\frac{^{87}{\rm Sr}}{^{86}{\rm Sr}}\right)_t= \left(\frac{^{87}{\rm Sr}}{^{86}{\rm Sr}}\right)_0+ \left(\frac{^{87}{\rm Rb}}{^{86}{\rm Sr}}\right)_t \times[\exp(\lambda\times t)-1].$

В этом уравнении две неизвестные для данного образца величины - начальное изотопное отношение стронция и возраст t. Все остальные (за исключением уже известной константы распада рубидия $\lambda$ ) измеряются в лаборатории. Для нахождения этих двух неизвестных нужно составить как минимум два уравнения, т.е. проанализировать хотя бы два образца. На практике берут больше образцов, чтобы не только определить возраст и начальный изотопный состав стронция, но и проверить надежность определений. Для наглядности результаты анализов наносят в координатах ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr-⁸⁷Rb/⁸⁶Sr в виде точек (рис. 4). Если эти точки ложатся вдоль прямой в пределах погрешности анализа, то можно говорить о получении изохроны. Возраст образцов определяется углом наклона этой прямой, а пересечение с осью ординат - их начальное изотопное отношение. Причем, чем лучше лежат экспериментальные точки на прямой, тем выше точность определения возраста и начального изотопного отношения стронция.

Рис. 4. Примеры Rb-Sr изохрон для редкометалльных гранитов Жанчивлан, Центральная Монголия (вверху), и Орловка, Забайкалье. Наиболее любопытное в этих примерах - контраст между предельно высокими Rb/Sr и достаточно низкими начальными изотопными отношениями стронция.

Для получения изохроны должны выполняться некоторые вполне очевидные геологические условия. Все образцы должны:

быть заведомо одновозрастными;
иметь одинаковый изотопный состав стронция во время возникновения;
различаться по Rb/Sr, т.е. в координатах ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr - ⁸⁷Rb/⁸⁶Sr результаты анализов не должны сливаться в одну точку;
и наконец, более поздние, наложенные процессы не должны приводить к перераспределению Rb, Sr и их изотопов в породе, или, как говорят геохронологи, к нарушению замкнутости Rb-Sr системы образцов.

Невыполнение любого из этих условий приводит к отсутствию интерпретируемого возрастного результата (точки на "изохронном" графике не будут лежать на прямой линии). Для количественного контроля за выполнением этих условий используется средний квадрат взвешенных отклонений (СКВО) экспериментальных точек от изохроны. Если эта величина существенно превышает пороговый уровень (около 2.0-2.5 в зависимости от количества использованных образцов), это означает, что конечный результат "отягощен" некоторой "геологической ошибкой" и вполне может быть некорректным.
Таким образом, в изохронных методах заложена автоматическая проверка надежности получаемых данных, которая отсекает некондиционный материал еще на стадии лабораторных работ, не доводя до попыток его геологической интерпретации. Это очень существенное условие, так как настоящий ученый объяснит любой экспериментальный результат, если его не предупредить, что результат заведомо не корректен.

Сколько времени живет редкометалльная магма?

На рис. 4 приведены примеры Rb-Sr изохрон для редкометалльных гранитов, вмещающих Sn-W месторождение Жанчивлан в Монголии, и гранита Орловка в Забайкалье, представляющего собой Ta-Nb месторождение. Нас будут интересовать не столько полученные значения возраста, сколько начальные изотопные отношения стронция. Последние имеют промежуточные значения между величинами, характерными для типичных мантийных пород (0.702-0.704) и для алюмосиликатных осадочных, т.е. верхнекоровых пород (обычно выше 0.710). Большинство редкометалльных гранитоидов, изученных Rb-Sr изохронным методом, имеют близкие к 0.704-0.706 начальные изотопные отношения стронция. В этом не было бы ничего странного (многие граниты на Земле имеют изотопные отношения, лишь слегка отличающиеся от мантийных значений), если бы не чрезвычайно высокие значения Rb/Sr в редкометалльных гранитах.
Представим себе расплав, из которого возникла такая порода. Очевидно, от момента его образования до полной кристаллизации проходит какое-то время, и все это время из ⁸⁷Rb непрерывно образуется ⁸⁷Sr, т.е. ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr в расплаве растет тем быстрее, чем выше в нем ⁸⁷Rb/⁸⁶Sr. Мы можем оценить максимально возможное время существования такого редкометалльного расплава следующим образом. При условии, что Rb/Sr в расплаве отвечало бы среднему для всех образцов, показанных на рис. 4 (т.е. ⁸⁷Rb/⁸⁶Sr=730), изотопное отношение стронция возрастало бы на 0.001 (например, от 0.703 до 0.704) примерно за 100 тыс. лет. Судя по известным коэффициентам распределения рубидия и стронция в минералах гранита и расплаве, Rb/Sr в расплаве скорее всего в пять-десять раз выше, чем в получившемся из него граните. Таким образом, всего за несколько десятков или сотен тысяч лет в редкометалльном расплаве ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr могло вырасти от самых низких, мантийных величин до наблюдаемых значений. Собственно, эта оценка и ограничивает максимально возможное время жизни редкометалльного расплава несколькими десятками, от силы - сотнями тысяч лет, не более.
Эта же логика нам подсказывает, что и источник редкометалльных гранитов не может быть близким к ним по составу, т.е. модель с тривиальным наследованием редкоэлементной компоненты источника не состоятельна. Если допустить, что редкометалльный расплав обогатился фтором и редкими элементами в результате плавления породы, аналогичной ему по составу, то в этой породе должно быть высокое Rb/Sr, такое же, как в самом исследуемом граните (рис. 4). Но тогда начальное изотопное отношение стронция в полученном граните должно быть чрезвычайно высоким, поскольку за всю свою предыдущую историю порода-источник весьма интенсивно накапливала радиогенный стронций. Из-за низких начальных изотопных отношений стронция эта модель не может быть принята, а вместе с ней и другие модели с постепенным многоступенчатым накоплением редких элементов.
Мы выдвигали еще одно, третье предположение об образовании редкометалльных гранитов за счет неравновесного плавления слюд в породах источника. У наиболее распространенных слюд в метаморфических породах - мусковита и биотита - Rb/Sr обычно высокое, и они очень быстро накапливают радиогенный стронций. Так что расплав, сформированный преимущественно за счет слюд, должен иметь очень высокие начальные отношения ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr, что опять же не наблюдается в редкометалльных гранитах.
Итак, уважаемый читатель, мы можем подвести первый итог. Простое, чисто качественное сравнение значений Rb/Sr в редкометалльных гранитах и в их источнике, которое мы оценили опосредовано, через изотопный состав стронция, показало нам, что источник фтора и редких элементов не может быть внешним. Что осталось выбрать? Внутренние ресурсы гранитного расплава, причем мобилизоваться эти ресурсы должны по геологическим понятиям стремительно. Поэтому наиболее вероятный механизм накопления редких элементов в расплаве - это скорее всего фракционная кристаллизация, хотя нельзя исключать попутное действие и других процессов, которые мы обсудим в следующем номере.

Научная Сеть

См. также

Фазовые отношения во фторсодержащей гранитной и нефелин-сиенитовой системах и распределение элементов между фазами: 5. ЗНАЧЕНИЕ ПОЛУЧЕННЫХ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ ДЛЯ РЕШЕНИЯ ПЕТРОЛОГИЧЕСКИХ, ГЕОХИМИЧЕСКИХ И МЕТОДИЧЕСКИХ ВОПРОСОВ.

Фазовые отношения во фторсодержащей гранитной и нефелин-сиенитовой системах и распределение элементов между фазами: ЛИТЕРАТУРА

Избыточный европий в современных фосфоритах

Геохимическая эволюция и расслоенность литий-фтористых гранитов танталовых месторождений Орловка и Этыка Восточного Забайкалья: 2.2 ГЕОХИМИЧЕСКАЯ ДИФФЕРЕНЦИАЦИЯ ЛИТИЙ-ФТОРИСТЫХ ГРАНИТОВ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ОРЛОВКА И ЭТЫКА В СВЯЗИ С НАКОПЛЕНИЕМ РЕДКИХ МЕТАЛЛОВ.

Накопление редких элементов в гранитах (продолжение)

Накопление редких элементов в гранитах (продолжение): Накопление редких элементов в гранитах

Проект осуществляется при поддержке:
Геологического факультета МГУ,
РФФИ