2014

Изотопный состав водорода во флюидных включениях в карбонатитах и ассоциирующих с ними ультраосновных породах Гулинского массива

Буйкин А.И., Кузнецова О.В., Невинный Ю.А., Севастьянов В.С., Когарко Л.Н.

Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН, bouikine@mail.ru

Получены первые данные по изотопному составу водорода во флюидных включениях в карбонатитах и вмещающих их ультраосновных породах Гулинского массива. Полученные данные (dD = -134 ... -181 ‰ SMOW) указывают на участие высокотемпературных палеометеорных вод в формировании карбонатитов поздних стадий и в постмагматических изменениях части ультраосновных пород массива. Ранний фоскорит содержит значительно меньшее количество воды во включениях и отличается от поздних карбонатитов по изотопному составу водорода (dD = -108 ‰ SMOW), что указывает на доминирование разных источников воды во включениях ранних и поздних пород карбонатной стадии формирования массива.

В продолжение нашей работы [Buikin et al. 2011, Буйкин и др. 2012] по выявлению источников и эволюции флюидной фазы карбонатитов Гулинского массива (Маймеча-Котуйская ультраосновная щелочная провинция) мы изучили вариации изотопного состава водорода в образцах карбонатитов и вмещающих их ультраосновных породах с помощью метода ступенчатого дробления [Буйкин и др. 2010, 2013, 2014]. Сложная полифазная эволюция массива началась с образования комплекса ультраосновных пород (дуниты, меймечиты, косьвиты) и закончилась формированием серии жил и штоков пород фоскоритовой и карбонатитовой групп [Егоров 1991]. По времени образования карбонатиты можно разделить на четыре этапа: фоскориты, кальцитовые карбонатиты 1-й стадии, кальцитовые карбонатиты 2-й стадии, доломитовые карбонатиты. Нами были изучены образцы, представляющие разные этапы формирования карбонатов (фоскорит 85-134, представляющий самую раннюю фазу образования, кальцитовый карбонатит 2-й фазы – 85-100 и поздние: доломитовый карбонатит 85-111 и сидеритовый карбонатит 85-119), и ультраосновные породы, сформировавшиеся раньше карбонатитов (дунит ГХ-26 и меймечит 85-38).

Ранее на основании анализа главных летучих и благородных газов нами была выявлена следующая закономерность:

В поздних карбонатитах содержится большее количество СО₂ (до 20 раз), с существенно более тяжелым углеродом (δ¹³С = -9.0 ÷ -11.4‰ PDB), чем в ранних карбонатитах (δ¹³С = -13.6 ÷ -16.2‰ PDB).

В отличие от углерода, содержания азота и аргона во включениях возрастают в обратном порядке – от поздних образцов к ранним. Соответственно, отношения С/N₂ и С/Ar значительно возрастают от ранних к поздним карбонатитам (рис. 1). Также ведет себя и гелий, растворимость которого в мантийных расплавах отличается от растворимости аргона и азота, и близка к таковой для углерода [Marty and Zimmermann 1999].

Кроме того, от ранних к поздним образцам падает отношение ⁴⁰Ar/³⁶Ar, приближаясь в последних к атмосферному значению, т.е. происходит контаминация магматической системы атмосферным компонентом. Одним из источников атмосферного компонента аргона могли быть метеорные (пластовые) воды, циркуляция которых неизбежно должна была активироваться внедрением горячего плутона во вмещающие породы.

Для проверки этого предположения нами был проведен изотопный анализ водорода в уже изученных образцах. Газы из флюидных включений выделялись методом ступенчатого дробления. Криогенно очищенная от других газов вода перемораживалась в стеклянную ампулу, которая отпаивалась и перед анализом помещалась в специально созданное нами Устройство ввода микроколичеств воды в пиролизатор (заявка на патент от 03.06.2014 г., регистрационный номер 2014122455), более подробно методика пробоподготовки воды описана в [Буйкин и др. 2013]).

В образце дунита ГХ-26, в отличие от образцов косьвита и меймечита, обнаружено большое количество воды, выделенной методом ступенчатого дробления, – соизмеримо с ее количеством в поздних карбонатитах. В меймечите воды существенно меньше, еще меньше ее в раннем фоскорите, в косьвите воды практически нет. Изотопный анализ водорода проводился на газовом масс-спектрометре Delta Plus в ГЕОХИ РАН. Полученные данные представлены в табл. 1. Также в таблице представлены данные для образца кварца из оловорудного месторождения Солнечное, ранее изученного Банниковой с соавторами методом термической декрипитации [Bannikova et al. 1994]. Мы проанализировали три аликвоты этого образца, выделяя воду в одну-две ступени; среднее значение составляет -128±4 ‰ SMOW. Как видно из таблицы, полученные нами для кварца данные совпадают с литературными в пределах ±5‰.

Таблица 1. Изотопный состав водорода воды, выделенной из образцов карбонатитов и ультраосновных пород Гулинского массива методом ступенчатого дробления. Также показаны данные для образца кварца из месторождения Солнечное, полученные нами методом ступенчатого дробления и Банниковой с соавторами методом термической декрипитации [Bannikova et al. 1994]. Cal – кальцит, Dol – доломит, Sid – сидерит. В меймечите и дуните мономинеральные фракции не отбирались.

Полученные данные показывают существенное отличие изотопного состава водорода воды из включений в раннем фоскорите 85-134 (-108 ‰) от более поздних карбонатитов, в которых δD достигает -151 ‰ SMOW, что ясно указывает на преобладание высокотемпературных палеометеорных вод в бюджете флюидной фазы поздних карбонатитов. Существенно более тяжелый водород в раннем фоскорите может говорить о значительно меньшем участии палеометеорных вод в источнике флюида на ранних этапах формирования карбонатных фаз Гулинского массива, что полностью согласуется с полученными нами данными по изотопному составу аргона [Буйкин и др. 2011, 2012].

Интересно отметить, что в валовых пробах дунита и меймечита значения δD опускаются до -175 - 180 ‰ SMOW. Для дунита это можно объяснить серпентинизацией.

Таким образом, полученные нами первые данные по изотопному составу воды во включениях в карбонатитах и вмещающих их ультраосновных породах Гулинского массива подтверждают основной вывод, сделанный нами ранее на основании изучения других изотопных систем: на ранних этапах формирования пород Гулинского массива в составе флюида преобладал мантийный компонент, тогда как на поздних этапах формирования карбонатитов появился дополнительный источник флюида, привнесший атмосферный аргон и, возможно, большое количество углекислоты с тяжелым углеродом. Таким дополнительным источником, по всей видимости, были высокотемпературные палеометеорные воды. Получает подтверждение предположение некоторых авторов о гидротермальном механизме образования карбонатитов поздних этапов [например, Егоров 1991].

Работа была поддержана грантами РФФИ 09-05-00678-a и 13-05-01009а.

Литература:

Буйкин А.И., Ю.А. Невинный, В.И. Устинов, В.А. Гриненко, Е.П. Смирнова, В.С. Севастьянов, Е.В. Корочанцева, С.А. Силантьев (2010) Высоковакуумная установка для изучения изотопного состава легких элементов из флюидных включений в мантийных породах методом ступенчатого дробления. Электронный научно-информационный журнал «Вестник Отделения наук о Земле РАН» №2, doi:10.2205/2010NZ000025

Буйкин А.И., Верховский А.Б., Когарко Л.Н. Новые данные по элементному и изотопному составу флюидных включений в карбонатитах и ультраосновных породах Гулинского массива // Международная конференция «Рудный потенциал щелочного, кимберлитового и карбонатитового магматизма». Школа «Щелочной магматизм Земли». Судак-Москва, Украина-Россия, 14-22 сентября, 2012. С. 22-24.

Буйкин А.И., Невинный Ю.А., Кузнецова О.В., Севастьянов В.С., Зевакин Е.А. Разработка способа ввода микроколичеств воды в масс-спектрометр для измерения изотопного состава водорода и кислорода. Четырнадцатая международная конференция «Физико-химические и петрофизические исследования в науках о Земле», Москва, 7-9 октября 2013 г. Материалы конференции. С. 56-58.

Буйкин А.И., И.П. Соловова, А.Б. Верховский, Л.Н. Когарко, Аверин А.А. (2014) РVТ-параметры флюидных включений и изотопный состав С, O, N, Ar в ксенолите гранатового лерцолита из района Оазиса Джетти, Восточная Антарктида. Геохимия. №10. Стр. 867-884.

Егоров Л.С. (1991) Йолит-карбонатитовый плутонизм на примере маймеча-котуйского комплекса Полярной Сибири. Л.: Недра. 260 с.

Bannikova L.A., Suschevskaya T.M., Spasennykh M.Yu., Barsukov V.L. (1994) Isotopic and geochemical study of the conditions of tin ore formation of Solnechnoe deposit (Far East of Russia). Geochemical Journal. Vol. 28. N5. Pp. 411-428.

Buikin A.I., A.B. Verchovsky, V.A. Grinenko and L.N. Kogarko. The first stepwise crushing data on C, N and Ar isotopic and elemental ratios in Guli carbonatites. In Abstracts of the 21^st V.M. Goldschmidt Conference 15-20^th August, 2011, Prague, Chech Republic, A596.

Marty B., L. Zimmermann (1999) Volatiles (H, C, N, Ar) in Mid-Ocean ridge basalts: Assessment of shallow-level fractionation and characterization of source composition. Geochim. Cosmochim. Acta. 63: 3619-3633.