Глубинная зональность литосферы как причина разнообразия щелочного магматизма: изотопно-геохимические критерии

Балашов Ю.А.,. Балашова Л.Г, Константинова Л.И.

Геологический институт КНЦ РАН, Апатиты

Разноглубинные мантийные ксенолиты, выносимые мантийными щелочными магмами, являются одним из важнейших источников для получения прямой информации по составу и строению континентальной и океанической литосферы, которые конкретно определяют изотопно-геохимическую обстановку при генерации щелочных магм. По направленному возрастанию P-T параметров в ксенолитах перидотитов установлена последовательная смена минеральных ассоциаций, которая отражает переход от плагиоклазовых разностей (<0.5 GPa) к более глубинным шпинелевым (0.5-1.8 GPa), шпинель-гранатовым (1.8-2.2 GPa), низко- (2.2-4.6 GPa) и высокотемпературным (4.6-7.8 GPa) гранатовым перидотитам в интервале глубин от 20-30 до 220-250 км и температур от 700^оС до 1500^оC . Приведенные средние оценки P-T параметров на региональном уровне имеют определенные отклонения, связанные с вариациями термальных режимов - возрастанием геотерм .

В данном сообщении в качестве инструмента регистрации глубинных изменений изотопных и геохимических параметров в литосфере выбраны данные по РЗЭ, поскольку они оптимально представлены в публикациях, касающихся распределения редких и рудных элементов в перидотитовых ксенолитах. При этом анализ вариаций величин εNd базируется на сопоставлении их с отношением Sm/Nd и другими редкоземельными параметрами ксенолитов и сравнивается с контрольными средними значениями Sm/Nd, отвечающими примитивной мантии и хондритам (PM, BSE, С1) √ 0.3247 и вариациями среднего состава океанической мантии разной степени деплетированности εNd (0) от 7 до 12. Систематизация вариаций Sm/Nd и εNd (0) выполнена отдельно по данным для пород (WR) и для клинопироксенов (CPX) √ главных носителей РЗЭ, поскольку доступная информация по этим параметрам достаточно сильно различается и только в суммарном виде перекрывает весь вертикальный разрез литосферы. Это позволили сделать два главных вывода:.

1) Очевидна громадная неоднородность литосферы по Sm/Nd и εNd(0) с общей для всех фаций глубинности тенденцией параллельного увеличения от значений, отвечающих переходу от резко ╚обогащенных╩ (минимальных по отношению Sm/Nd << 0.3247 и отрицательных по εNd, вплоть до - 40) к резко деплетированным (Sm/Nd >> 0.3247 и εNd до +27) параметрам. Эта тенденция в целом не противоречит различию средних значений Sm/Nd и εNd (0) между оценками для примитивной и океанической мантии.

2) Хотя поля разноглубинных фаций ксенолитов перекрываются в области значений отношения Sm/Nd от 0.12 до 0. 45 и εNd (0) от -10 до +15 , можно отметить, что шпинелевые фации перидотитов в целом смещены в область пониженных значений εNd (0) сравнительно с гранат-содержащими фациями, среди которых шпинель-гранатовые и низкотемпературные гранатовые фации образуют группу с повышенными значениями εNd (0) и оптимально варьирующим отношением Sm/Nd, а наиболее глубинные высокотемпературные гранатовые перидотиты и наименее глубинные плагиоклаз-шпинелевые разности отличаются от всех ксенолитов отчетливой гомогенностью √ минимальными вариациями обоих параметров. При этом все высокотемпературные перидотиты характеризуются пониженными значениями Sm/Nd и εNd (0). К ним же примыкают по этим параметрам CPX из сверхглубинных (≈ 300 км) перидотитовых ксенолитов. Напротив, CPX из плагиоклаз-шпинелевых разностей отличаются повышенным отношением Sm/Nd и εNd (0), типичным для океанической мантии.

Таким образом, по совокупности изотопно-геохимических данных фиксируется гетерогенная природа перидотитовых ксенолитов, среди которых самые верхние и самые нижние по глубине перидотиты литосферы являются относительно гомогенными в сравнении с промежуточными.

Среди многочисленных факторов, определяющих гетерогенность литосферы, прежде всего подчеркивается существование ╚первичных╩ деплетированных и ╚вторичных╩ обогащенных редкими элементами перидотитовых ксенолитов, что регистрируется по различию их изотопно-геохимических параметров для Sm-Nd, Rb-Sr, Lu-Hf, Re-Os и других радиогенных систем и изменению концентрации отдельных элементов. Рассматривая с этих позиций систематику по перидотитовым ксенолитам и их СРХ , можно оценить вклад вторичных процессов с учетом изменений петрохимического состава исходных перидотитов в вертикальном разрезе литосферы. Прежде всего отметим, что гарцбургиты и дуниты наиболее распространены в шпинелевой фации перидотитов (≈ 85 % от общей их массы в разрезе континентальной литосферы). При переходе к более глубинным фациям распространенность высоко-Mg перидотитов направленно и резко сокращается до ≈ 12 % для шпинель-гранатовых и низкотемпературных гранатовых и ≈ 3 % для высокотемпературных гранатовых перидотитов. Оказалось, что все высоко-Mg перидотиты представлены измененными разностями, несущими признаки преобразования за счет мантийного метасоматоза, контаминации материалом вмещающих щелочных пород или гетерогенности субдуцированной смеси мантийного и корового источников. Это регистрируется приуроченностью гарцбургитов и дунитов к полю резко пониженных величин отношения Sm/Nd << 0.3247 (0.05-0.29) и значений εNd (0) от +5 до -35. Для лерцолитов подобная картина охватывает не более 50-70 %, а остальные лерцолитовые ксенолиты характеризуются соотношениями этих параметров, отвечающими резко деплетированной мантии. Если сопоставлять эти же параметры перидотитов с наблюдаемыми в щелочных мантийных базальтоидах, их дифференциатах и кимберлитах, то отмечается сходство или тождество с параметрами измененных вторичными процессами перидотитов континентального сегмента. Например, для меймечитов и пикритов Сибири вариации Sm/Nd и εNd (0) соответствуют интервалам от 0.177 до 0.204 и от +2 до +3.4, для лампрофиров и карбонатитов Кандалакши (Кольский полуостров) √ от 0.137 до 0.149 и от -5.35 до -0.15, а для палеозойских вулкано-плутонических комплексов Кольского полуострова (Хибины, Ловозеро, Контозеро, Курга) √ от 0.161 до 0.271 и -1.2 до +5.3, для Никос кимберлитов о.Сомерсет √ от 0.134 до 0.137 и от -0.9 до +0.4.

Таким образом, имеются прямые доказательства зависимости изотопных и геохимических особенностей генерируемых щелочных магм от степени изменения перидотитовой матрицы литосферы под влиянием вторичных наложенных процессов. К этому следует добавить, что вариации в составе РЗЭ позволяют конкретизировать типы вторичных процессов в перидотитах, привлекая данные по аномалиям содержания Ce и Eu, свойственные осадочным породам, а также регистрацию вторичных эффектов при нарушении соотношения внутри группы РЗЭ (появлению U-образных соотношений), а также реальных признаков флюидного влияния √ появления амфиболов, слюд, карбонатов, апатита или монацита в перидотитах.

Вторая задача √ оценка стадийности изменения геохимических и изотопных параметров перидотитов. В большинстве работ по мантийным ксенолитам авторы подчеркивают вероятность существования многократного преобразования ксенолитов. Прямые доказательства представлены в работе, где по Sm-Nd и Rb-Sr изотопным данным регистрируется два этапа и предполагается существование предшествующего им раннего преобразования изотопных систем. В других вариантах авторы прибегают к помощи сведений по Re-Os изотопной системе ксенолитов, диапазон возрастных вариаций в которых указывает на многоступенчатый характер метасоматического преобразования перидотитовых ксенолитов вплоть до раннего архея, реже - до хадея. С другой стороны, последовательность развития щелочного магматизма в отдельных регионах позволяет также говорить о вероятности неоднократной метасоматической проработки мантийной литосферы, поскольку древнейшие ксенолиты несут признаки метасоматических изменений.

Весьма дискуссионным является поиск источников привноса редких и рудных элементов в процессах мантийного метасоматоза. Помимо ряда геохимических признаков унаследования части субдуцированного материала, во многих работах указывается на вероятность поступления этих элементов с мантийными флюидами, выносимыми из более глубоких горизонтов верхней и нижней мантии. Поскольку клинопироксены из высокотемпературных гранатовых перидотитов имеют РЗЭ - параметры экстремально обогащенной мантии, версия глубинного источника может рассматриваться обоснованной.

Работа выполнена при поддержке ОНЗ-4 и РФФИ (грант ╧ 07-05- 00572).

зеркало на сайте "Все о геологии"