Изотопная геохимия и геохронология раннедокембрийских кальцифиров Охотского массива (С.В. России)

Лохов К.И., Капитонов И.Н., Прасолов Э.М., Кузьмин В.К., Сергеев С.А.

Центр Изотопных Исследований ВСЕГЕИ, Санкт-Петербург

Комплекс изотопных данных позволил надежно установить эндогенный генезис пород при участии специфической глубинной компоненты, а также установить геохронологические этапы формирования кальцифиров раннедокембрийского Кухтуйского выступа Охотского массива. Установлена их длительная эволюция с этапами становления: 1920 √ 1930 млн. лет (кристаллизация цирконов по U-Pb методу), 1823 млн. лет (закрытие Sm-Nd изотопной системы в пироксенах и гранатах, Т<700^oC) и 1678 млн. лет (закрытие Rb-Sr изотопной системы в флогопите, Т<450^oC) (Лохов и др., 2008б).

Для материала кальцифиров не отмечено значимого изотопного обмена по кислороду с вмещающими архейским гнейсами. Вместе с тем в пределах тел кальцифиров установлено согласованно масс-зависимое е фракционирование изотопов углерода и кислорода в породах от близких к мантийным величинам значений д¹³С = -3┴ PDB и д¹⁸О = +5┴ SMOW в нижних частях тела до величин +6┴ и +18┴ соответственно в верхних. Такое фракционирование возможно при разделении изотопов углерода и кислорода между карбонатом и сосуществующим углекислым флюидом в температурном интервале 300 √ 550^оС, когда углекислый газ изотопно тяжелее сосуществующего карбоната. Наибольший коэффициент разделения изотопов (для углерода) при этом составляет около 1.0025, в то время как наблюдаемый (разница в изотопном составе изотопно-легких нижних частей и изотопно-тяжелых верхних) составляет около 1.0100. Это означает, что изотопно легкие ранние кристаллы карбоната (нижние части тела) и флюида (верхняя часть тела) не находились в состоянии изотопного равновесия. Такая ситуация возможна если вещество кальцифиров двигалось из глубинного источника к месту залегания не в виде расплава а в виде флюидно-карбонатной массы при условии постоянного удаления изотопно-легких кристаллов карбонатов (их фиксации во вмещающих породах) по мере ее движения вверх к месту залегания.

Для источника вещества кальцифиров оценены величины д¹³С = -6┴ PDB и д¹⁸О = 0┴ SMOW (исходные не фракционированные изотопные составы). Изотопный состав углерода в источнике указывает на возможный мантийный генезис пород. С другой стороны начальные изотопные отношения стронция и неодима в породах маркируют коровую компоненту вещества: (⁸⁷Sr/⁸⁶Sr)_I=0.71621╠15; е_Nd(T)= -16.6.

Для идентификации мантийной компоненты мы изучили изотопный состав гафния в цирконах. Учитывая, что цирконы были сформированы на самой ранней стадии формирования кальцифиров, изотопные отношения гафния в цирконах, в отличие от начальных изотопных отношений неодима по породе в целом, менее чувствительны к коровой контаминации. Учитывая когерентное поведение гафния и неодима в породах мантийного генезиса (Vervoort, Blichert-Tofl, 1999), критерием присутствия мантийной компоненты является условие е_Hf(T) > 2* е_Nd(T), в данном случае е_Hf(1,93) > - 33,2. Установлено, что цирконы кальцифиров помимо коровой компоненты с е_Hf(1,93) = -21 содержат экстремально радиогенный гафний: е_Hf(1,93) = +80 - +87. Столь радиогенный изотопный состав гафния установлен в цирконах впервые. Такие значения могут соответствовать величине отношения в глубинном источнике ¹⁷⁶Lu/¹⁷⁷Hf около 0,1 при условии его отделения от первичного вещества Земли ранее 4.2 млрд.лет. Оцененная величина ¹⁷⁶Lu/¹⁷⁷Hf в глубинном источнике кальцифиров в 3 раза выше, чем в однородном хондритовом резервуаре CHUR или даже деплетированной мантии DM. Близкие величины отношения ¹⁷⁶Lu/¹⁷⁷Hf известны только для источника некоторых гадейских (Hadean) цирконов с возрастом более 4 млрд. лет. Предполагается, что специфический древнейший резервуар был образован на самом раннем этапе дифференциации Земли, и в дальнейшем он был уничтожен за счет конвекции в деплетированной мантии DM и рециклинга вещества коры (Harrison et al., 2005). Обсуждающиеся причины аномалий начального изотопного состава гафния, т.е. е_Hf(T) > 2* е_Nd(T), являющихся следствием высоких величин отношений ¹⁷⁶Lu/¹⁷⁷Hf > (¹⁷⁶Lu/¹⁷⁷Hf)_DM, базируются на парадигме субдукции в DM образований с высокими концентрациями REE, в частности пелагических осадков √ красных глин (Vervoort, Blichert-Tofl, 1999). Если следовать этой логике, то для образования в гадее √ раннем архее аномального резервуара необходимо предполагать следующее: тектонический режим с субдукцией; наличие океана; существование зрелой континентальной коры и соответствующего режима ее выветривания для генерации пелагических осадков.

Корректность перечисленных предположений с нашей точки зрения является сомнительной, поэтому мы предлагаем альтернативную модель. При ╚нормальной╩ магматической дифференциации мантийного вещества фракционирование Lu и Hf определяется высокими коэффициентами распределения HREE в высокобарические фазы, прежде всего в гранат. Это приводит к увеличению Lu/Hf отношения в деплетированной мантии DM относительно хондритового резервуара CHUR. Если допустить, что на заключительном этапе аккреции Земли происходило интенсивное импактно-индуцированное термальное воздействие на материал в приповерхностных условиях, то дифференциация Lu и Hf определялась прежде всего термической диссоциацией главных минералов протовещества. Оно вероятнее всего было аналогично хондритам С I (Додд, 1986), которые содержат главным образом водные глинистые силикаты, сульфаты и карбонаты, являющиеся носителями REE, в то время как гафний сконцентрирован в высокотемпературных конденсатах типа оксида гафния и циркона. Относительно низкотемпературное термическое воздействие на такое вещество должно приводить к диссоциации водных минералов и карбонатов с генерацией водно-углекислотных флюидов обогащенных REE но не Hf, т.е. с высокими Lu/Hf отношениями. Гидротермальное воздействие таких флюидов на окружающее вещество могло приводить к генерации обогащенного материала с высокой величиной отношения Lu/Hf. Вполне вероятно, что глубинный источник кальцифиров имеет компоненту такого древнего дифференцированного материала. Это вещество EHID- ⌠Enriched Hadean Impact Differetiates■ могло сохраниться в не участвующей в конвекции DM субконтинентальной литосферной мантии (SCLM) под раннеархейским Охотским массивом (Лохов и др., 2008а, б).

Литература

Додд Р.Т. Метеориты. Петрология и геохимия. М.: Мир, 1986, 384 с.

Лохов К.И., Капитонов И.Н., Прасолов Э.М., Сергеев С.А. Экстремально радиогенный гафний в цирконах из докембрийских кальцифиров. // ДАН, 2008а. (в печати).

Лохов К.И., Прасолов Э.М., Капитонов И.Н., Кузьмин В.К., Родионов Н.В., Богомолов Е.М., Сергеев С.А. Изотопная геология раннедокембрийских кальцифиров Охотского массива, (С.В. России). // Региональная геология и металлогения, 2008б. (в печати).

Harrison T.M., Blichert-Toft J., Muller W., Albarede F., Holden P., Mojzsis S.J. Heterogeneous Headen Hafnium: Evidence of Continental Crust at 4.4 to 4.5 Ga. // Science, 2005 Vol. 310, P. 1947-1950.

Vervoort J.D., Blichert-Toft J. Evolution of depleted mantle: Hf evidence from juvenile rocks through time // Geochim. et Cosmocim. Acta, 1999 Vol. 63, P. 533-556.

зеркало на сайте "Все о геологии"