Взаимодействие расплава основного состава с вмещающими породами при формировании расслоенного интрузива Кивакка, Северная Карелия

Ревяко Н.М., Бычкова Я.В., Костицын Ю.А.

МГУ им. М.В. Ломоносова, Москва; ГЕОХИ им. В.И. Вернадского, Москва

Одна из актуальных проблем геохимии √ определение степени вещественного взаимодействия между мантийными расплавами и вмещающими породами земной коры. Континентальные основные породы имеют широкие пределы вариаций изотопного состава неодима, от типично мантийных до коровых значений, что может быть как результатом контаминации ювенильных расплавов веществом коровых пород, так и отражением изотопной гетерогенности мантийных источников.

Возможность изучения степени взаимодействия мантийных и коровых пород с помощью изотопных методов основана на том, что при формировании коры, её отделении от мантии, в неё поступали преимущественно литофильные элементы. В частности, породы коры в целом характеризуются более высокими Rb/Sr отношениями (Rb √ более литофилен, чем Sr) и более низкими Sm/Nd отношениями (Nd более литофилен, чем Sm). С течением времени в результате радиоактивного превращения ⁸⁷Rb в ⁸⁷Sr и ¹⁴⁷Sm в ¹⁴³Nd в земной коре изотопное отношение ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr росло быстрее, чем в мантии, а ¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd √ медленнее, так как скорости изменения этих изотопных отношений зависят от Rb/Sr и Sm/Nd отношений, соответственно. Таким образом, коровое вещество характеризуется более высокими изотопными отношениями стронция и пониженными изотопными отношениями неодима по сравнению с чистыми мантийными продуктами.

Изотопные исследования ряда расслоенных массивов основных и ультраосновных пород Карелии [1] не обнаружили признаков внутрикамерной контаминации расплавов породами коры, хотя в целом изотопные отношения неодима в этих породах мантийного происхождения заметно сдвинуты в сторону типично коровых значений. Мы провели дополнительные исследования Rb-Sr и Sm-Nd изотопных систем расслоенного интрузива Кивакка и вмещающих его гранито-гнейсов, уделив особое внимание породам из эндо- и экзоконтактов массива, с целью более тщательной проверки гипотезы о возможной контаминации основного расплава породами земной коры в камере кристаллизации.

Киваккский интрузив расположен в Северной Карелии на северо-западном берегу оз. Пяозеро. Он входит в Олангскую группу расслоенных перидотит-габброноритовых интрузивов, являющуюся частью субширотной полосы базит-гипербазитовых массивов. Эта полоса приурочена к сети глубинных разломов и протягивается на сотни километров от Кольского п-ова через Северную Карелию, Финляндию до Швеции. Вмещающие породы представлены мигматизированными биотитовыми и амфиболовыми гнейсами, гранито-гнейсами и гранодиоритогнейсами верхнего архея [2]. Возраст Киваккского массива по изотопным определениям U-Pb методом по цирконам составляет 2445╠2 млн. лет [3].

Рис. 1 Начальные изотопные отношения неодима (T=2.45 млрд. лет) в расслоенных породах интрузива Кивакка, во вмещающих гранитогнейсах и из зон эндо- и экзоконтакта.

На рисунке 1 видна четкая обратная корреляция между начальным изотопным составом неодима и концентрацией неодима в образцах. Как видно на графике, наши результаты для ультраосновных и основных пород интрузива хорошо согласуются с данными Ю.В. Амелина и В.С. Семенова [1]. Наиболее радиогенный неодим содержится в самых нижних пачках интрузива, в зонах оливинитов и норитов (точки 10, 11 и 25 на рис.1). Снизу вверх по разрезу интрузива наблюдается последовательное понижение начальных изотопных отношений неодима. Породы из эндоконтакта (закрашенные ромбики на рис.1) по изотопному составу неодима не отличаются от вмещающих пород.

Вариации начального изотопного состава неодима связаны, скорее всего, с внутрикамерной контаминацией расплава вмещающими породами в процессе кристаллизации. Вариации эти невелики и ранее не были обнаружены. Полученные данные позволяют уверенно определить, что изотопное отношение неодима в материнском расплаве при его внедрении в камеру кристаллизации было не ниже, чем + 0.4 единицы е_Nd.

Вполне возможно, что контаминация расплава происходила и на более ранних этапах, до его поступления в камеру кристаллизации. Этим можно объяснить тот факт, что даже самые высокие начальные изотопные отношения неодима в породах Кивакки на 3-4 единицы e_Nd ниже, чем в источнике MORB 2.45 млрд. лет назад.

Изотопные отношения Nd в расслоенных палеопротерозойских интрузивах основного и ультраосновного состава Северной Карелии [1] хорошо согласуются с данными по интрузиву Кивакка, хотя в них приконтактовые зоны детально не изучались. Возможно, что описанное нами взаимодействие расплавов основного состава с вмещающими породами на изотопном уровне сопровождало становление и других расслоенных массивов Карелии.

Список литературы

1. Amelin Y.V., Semenov V.S. Nd and Sr isotopic geochemistry of mafic layered intrusions in the eastern Baltic shield: implications for the evolution of Paleoproterozoic continental mafic magmas // Contributions to mineralogy and petrology. 1996. Vol. 124. - p. 255-272.

2. Бычкова Я.В., Коптев-Дворников Е.В. Ритмическая расслоенность Киваккского типа: геология, петрография, петрохимия, гипотеза формирования. // Петрология. 2004 Т. 12. c.281-302.

3. Барков А.Ю., Ганнибал Л.Ф., Рюнгенен Г.И., Балашов Ю.А. Датирование цирконов из расслоенного массива Кивакка, Северная Карелия // Методы изотопной геологии. Тезисы докладов Всесоюзной школы-семинара, 21-25 октября 1991 года, г. Звенигород, 1991. - с. 21-23.

зеркало на сайте "Все о геологии"