Статья: Lu-Hf изотопная систематика реликтовых цирконов из реститогенных ультрамафитов шаманского массива (Восточное Забайкалье)

Институт геологии и минералогии им. В.С. Соболева СО РАН, Новосибирск, Россия

Всероссийский научно-исследовательский геологический институт, Центр изотопных исследований, Санкт-Петербург, Россия

Санкт-Петербургский государственный университет, Санкт-Петербург, Россия

Lu-Hf изотопная систематика реликтовых цирконов из реститогенных ультрамафитов шаманского массива (Восточное Забайкалье)

Ф.П. Леснов

И.Н. Капитонов

С.А. Сергеев

Аннотация

циркон порода верхнемантийный протолит

В работе представлены результаты исследования по Ьи-Ш систематике цирконов из пород Шаманского ультрамафитового массива, входящего в состав Байкало-Муйского офиолитового пояса. Он сложен в различной мере серпентинизированными и динамометаморфизованными гарцбургитами и подчиненными им дунитами, имеющими реститогенную природу. Из композитной пробы этих пород массой около 4 кг было выделено и продатировано Ц-РЬ методом 31 зерно циркона размером 100-150 мкм. Все эти зерна имели округленную форму и шероховатую поверхность. Большинству из них свойственна очень низкая (до полного отсутствия) интенсивность катодолюминесцентного свечения. По значениям изотопного возраста вся коллекция цирконов разделена на три кластера: а) «древний» (3 049-1 189 млн. лет); б) «промежуточный» (827-812 млн. лет); в) «молодой» (630-502 млн. лет). В представительных зернах минерала из этих кластеров были определены параметры их Ьи-Ш изотопных систем. Цирконы из «древнего» кластера характеризуются повышенными значениями параметра РЬ/ РЬ, а также пониженными значениями параметров Тп/ Ц, УЬ/ Иг, Ьи/ Иг и Ш/Ш Цирконы из «промежуточного» кластера характеризуются повышенными значениями параметра 232ТЬ/238Ц, пониженными значениями параметра УЬ/ Иг, а также промежуточными значениями параметров Ьи/ Иг и 176Иг/177Иг. Цирконы из «молодого» кластера характеризуются промежуточными значениями параметра 232Тп/238Ц, примерно такими же, как в предыдущем кластере, значениями параметра УЬ/ Иг, а также повышенными средними значениями параметров Ьи/ Иг и Иг/ Иг.

Исследованные цирконы рассматриваются в качестве реликтовой фазы. Предполагается, что изначально немногочисленные зерна этого минерала находились в виде ювенильной фазы в составе верхнемантийного протолита, возраст которого превышал 3000 млн. лет. Допускается также, что в дальнейшем в процессе нагрева и частичного плавления протолита, инициировавшего диффузию ионов РЬ и Ц в структуре ювенильных цирконов, имели место нарушения в их Ц-РЬ и Ьи-Ш изотопных системах, что обусловило наблюдаемое неравномерное «омоложение» их возраста. Эти цирконы рассматриваются в качестве реликтовой фазы, сохранившейся в ультрамафитовых реститах при частичном плавлении верхнемантийного протолита. По всей вероятности, выделенные возрастные кластеры цирконов не знаменуют собой возрастные рамки каких-либо дискретных геологических событий.

Ключевые слова: цирконы, П-РЬ изотопный возраст, изотопный состав И/, гарцбургиты, дуниты, офиолиты, Восточное Забайкалье.

Введение

При определении условий и времени формирования мафит-ультрамафитовых массивов, распространенных в различных структурах земной коры, применяются различные методы исследований, в том числе структурно-геологическое картирование, петрографические, геохимические, и минералогические наблюдения. Относительно новыми подходами в этих исследованиях являются методы U-Pb изотопного датирования и Lu-Hf изотопной систематики цирконов, обнаруженных в породах подобных массивов [Griffin et al., 2000; Kinny, Maas, 2003; Knauf, 2008; Аникина, Краснобаев, Русин и др., 2012; Малич, Баданина, Белоусова, 2012; Баданина, Белоусова, Малич, 2013; Малич, Баданина, 2018; Леснов, Капитонов, Сергеев, 2018]. В предлагаемой работе представлены первые данные о Lu-Hf изотопном составе цирконов, обнаруженных в реститогенных ультрамафитах из потенциально хромитоносного Шаманского массива. Он представляет собой субвертикально залегающую среди протерозойских карбонатных метаморфических образований (муйская серия) протрузию с площадью выходов 6 х 26 км, которая, обнажаясь на правобережье р. Витим (Восточное Забайкалье) (55°81'38.9" с.ш., 111°09'16.7" в.д.), входит в состав Байкало-Муйского офиолитового пояса [Леснов, Чернышов, Пугачева, 2016]. В северной части массива находится гора Шаман, которая возвышается над уровнем р. Витим на 1 800 м. Массив сложен в различной мере серпентинизированными и динамометаморфизованными реститогенными гарцбургитами, а также подчиненными им дунитами. Последние залегают среди гарцбургитов в виде полосовидных обособлений различной протяженности и мощности. К востоку от ультрамафитового массива на небольшом удалении обнажается вытянутый в субмеридианальном направлении габброидный интрузив, залегающий среди метатерригенных и карбонатных отложений.

Результаты исследований

В ультрамафитах Шаманского массива методом ICP-MS были определены относительно повышенные содержания Zr (9-193 г/т) и Hf (0,20-3,8 г/т), между которыми наблюдалась прямая зависимость. Это позволило предположить присутствие в них зерен акцессорного циркона [Леснов Чернышов, Пугачева, 2016]. Позже это было подтверждено при обработке композитной пробы гарцбургитов и дунитов общей массой около 4 кг, отобранной на нескольких участках массива. Из нее было выделено 31 зерно циркона размером 100-150 мкм. Все они имели округленную форму и шероховатую поверхность. Все зерна циркона характеризовались низкой (до полного отсутствия) интенсивностью катодолюминесцентного свечения, а также редко наблюдаемой аномальной секториально-блоковой осцилляторной зональностью. При изотопном датировании цирконов U-Pb методом (SHRIMP II) выполнено 35 определений их возраста, значения которого варьируют в интервале 3 049-502 млн лет. С учетом этих данных вся коллекция зерен циркона была разделена на три возрастных кластера: а) «древний» (3 049-1 189 млн лет, 13 зерен); б) «промежуточный» (827-812 млн лет, 3 зерна); в) «молодой» (630-502 млн лет, 17 зерен) [Леснов, 2018].

В представительных зернах из этих возрастных кластеров цирконов был исследован их Lu-Hf изотопный состав (рис. 1, табл. 1).

Определение Lu-Hf изотопного состава цирконов было выполнено в Центре изотопных исследований ФГУП ВСЕГЕИ (г. Санкт-Петербург) методом LA ICP-MS на мультиколлекторном масс-спектрометре Termo-Finnigan Neptun (лазер COMPex-102, 193 нм ArF (система абляции - DUV-193). Диаметр кратера от луча лазера составлял ~50 мкм при глубине 2040 мкм. При анализе регистрировали следующие изотопы: Yb, Yb, Lu, Hf, Hf и Hf. Для коррекции масс-дискриминации использовали одно нормирующее отношение - 176Hf/177Hf. Корректные значения 176Hf были получены посредством вычитания 176Yb и 176Lu, для чего измеряли свободные от наложения линии 172Yb и 175Lu. Все ошибки определений находятся на уровне 2ст. При расчете значений sHf использовали следующие хондритовые значения: 176Lu/177Hf = 0,336 и 176Hf/177Hf = 0,282785 [Bouvier, Vervoort, Patchett, 2008]. Модельный возраст цирконов THf(DM) был определен относительно деплети- рованной мантии (DM) со следующими параметрами: 176Lu/177Hf = 0,0384 и 176Hf/177Hf = 0,2832 [Blichert-Toft, Albarede, 1997; Chauvel, Blichert-Toft, 2001]. Исходя из того, что модельный возраст цирконов - THf (DM - указывает на минимальный возраст источника, из которого они кристаллизовались), был получен более реалистичный двухстадийный их возраст 1 Hf, рассчитанный посредством проецирования инициального значения параметра Hf/ Hf цирконов на линию DM с использованием среднекорового значения 176Lu/177Hf = 0,015 [Griffin et al., 2000].

На построенной по этим данным гистограмме частот встречаемости значений параметра Hf/ Hf, имеющей полимодальную конфигурацию, присутствует серия максимумов различной интенсивности, которые условно разделены на две группы (рис. 2). Первая из них включает пять максимумов с относительно низкой интенсивностью, расположенных в области низких значений параметра 176Hf/177Hf. Эти максимумы характеризуют цирконы, относящиеся к «древнему» кластеру. Вторая группа включает два более интенсивных максимума, расположенных в области повышенных значений параметра 176Hf/177Hf. Они характеризуют цирконы из «промежуточного» и «молодого» возрастных кластеров.

Цирконы из «промежуточного» кластера (813804 млн лет) по сравнению с минералом из двух остальных кластеров отличаются повышенными содержаниями 177Hf, U и Th, а также промежуточными значениями параметров 176Lu/177Hf и 176Hf/177Hf, более высокими значениями параметра Th/ U, более низкими значениями параметра 176Yb/177Hf. Значения параметра sHf(T) в этих цирконах имеют как положительный, так и отрицательный знак. Соответственно, их фигуративные точки (4-6) находятся по обе стороны линии CHUR на различном удалении от нее (см. рис. 3).

Цирконам из «древнего» кластера (3 0491 736 млн лет), представленным шестью зернами, свойственны пониженные содержания 177Hf, U и Th по сравнению с этим минералом из двух остальных 232-238 кластеров. Значения параметров Th/ U, 176Lu/177Hf и 176Hf/177Hf в них тоже более низкие, чем в зернах из двух остальных кластеров. Значения параметра Hf/ Hf в цирконах из этого кластера варьируют в интервале 0,280896-0,281724. Значения параметра sHf(T) имеют как положительные, так и отрицательные знаки (от +3,3 до -4,9). На диаграмме в координатах «eHf - возраст» фигуративная точка наиболее древнего зерна циркона (1) расположена в непосредственной близости от линии эволюции изотопного состава Hf в универсальном хондритовом резервуаре (CHUR), точки двух остальных зерен (2 и 3) находятся выше этой линии на большем удалении (рис. 3).

Рис. 1. Морфология зерен циркона из трех возрастных кластеров, в которых были определены параметры их Lu-Hf изотопных систем. Кластеры: а) «древний», Ь) «промежуточный» и «молодой»

Fig. 1. Morphology of zircon grains from three age clusters in which the parameters of their Lu-Hf isotopic systems were determined. Clusters: a) “ancient”, b) “intermediate” and “young”

Таблица Результаты исследований Ьи-НТ изотопных систем цирконов из гарцбургитов и дунитов Шаманского массива

Table 1 Results of studios of the Lu-Hf isotope systems of zircons from harzburgites and dunites rocks of the Shaman massif

«Древний» кластер

Промежуточный» кластер

Молодой» кластер