Lu-Hf isotope systematization of relict zircons from restitogenic ultramafic rocks of Shaman massif (East Transbaikalia).pdf Введение При определении условий и времени формирования мафит-ультрамафитовых массивов, распространенных в различных структурах земной коры, меняются различные методы исследований, в числе структурно-геологическое картирование, притом 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; Ма-лич, 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 уль-трамафитах из потенциально хромитоносного Шаманского массива. Он представляет собой субвертикально залегающую среди протерозойских карбонатных метаморфических образований (муйская серия) протрузию с площадью выходов 6 × 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 масси- © Леснов Ф.П., Капитонов И.Н., Сергеев С.А., 2019 DOI: 10.17223/25421379/12/4 Lu-Hf ИЗОТОПНАЯ СИСТЕМАТИКА РЕЛИКТОВЫХ ЦИРКОНОВ 43 ва 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 изо-172 174 176 176 177 178 топы: 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 2σ. При расчете значений ε∏f 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 С возраст THf, рассчитанный посредством проециро-176 177 вания 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 ча- 176 177 стот 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, бо-232 238 лее высокими значениями параметра Th/ U, более низкими значениями параметра 176Yb/177Hf. Значения параметра Shj(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 (3 049 1 736 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 па- 176 177 раметра 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 «εHf - 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). 44 Ф.П. Леснов, И.Н. Капитонов, С.А. Сергеев Рис. 1. Морфология зерен циркона из трех возрастных кластеров, в которых были определены параметры их Lu-Hf изотопных систем Кластеры: а) «древний», b) «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” T аблица 1 Результаты исследований Lu-Hf 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 № анализа № фракции и зерна Возраст, млн лет T(∞⅞b∕ ∕206u) Возраст, млн лет T(2θ⅝b∕ ∕238u) и, г/т Th, г/т "≡⅛h∕ /238и '¾f, г/т ±2σ Yb/ /'¾ ±2σ ‘"Ли/ /'Ilf ±2σ '"¾f∕'"¾f ±2σ '"¾f∕ Iin Ii .. ±2σ ≡Hf (T) ±2σ THf(DM), млн лет «Древний» кластер 1 2 5 3 049 2 620 198 45 0,24 8 582 807 0,0147 0,0002 0,001419 0,000028 0,280896 0,000039 0,280813 0,000039 -0,5 1 3 306 2 3 14 2 881 2 350 229 67 0,29 7 475 1248 0,0244 0,0016 0,002575 0,00008 0,281158 0,000043 0,281016 0,000043 2,8 1 3 039 3 2 12 2 726 2 672 452 294 0,67 6 689 465 0,0329 0,0004 0,001083 0,000006 0,281188 0,000032 0,281132 0,000032 3,3 1 1 880 4 3 8 1 878 1 871 221 86 0,4 7 577 519 0,0112 0,0002 0,000539 0,000005 0,281469 0,000036 0,28145 0,000036 ^,9 1 2 461 5 2 6 1 867 1 884 70 49 0,72 7 448 386 0,0107 0,0003 0,000447 0,000002 0,281515 0,000051 0,281499 0,000051 -3,1 2 1 394 6 2 19 1 736 1 741 189 93 0,51 3 678 395 0,0173 0,0004 0,000686 0,000006 0,281724 0,000067 0,281701 0,000067 0,8 3 2 125 [» 1 1 4 813 813 323 205 0,66 13 410 199 0,0142 0,0003 0,001119 0,000004 0,282303 0,000019 0,282286 0,000019 0,8 1 1 343 8 2 17 812 614 131 320 2,52 3 946 208 0,0236 0,0003 0,000824 0,000003 0,28257 0,000052 0,28256 0,000052 6,1 3 961 9 3 4 804 812 356 198 0,57 5 417 520 0,1154 0,0009 0,004541 0,000034 0,282304 0,000115 0,282235 0,000115 -1,1 5 1 476 «Молодой» 10 2 1 623 604 176 104 0,61 8 263 976 0,0424 0,0032 0,00392 0,000161 0,282325 0,00004 0,282281 0,00004 ^,1 2 1 418 11 3 9 612 603 367 139 0,39 7 545 475 0,0767 0,0052 0,003861 0,000102 0,282441 0,000072 0,282397 0,000072 0 3 1 240 12 2 13 581 615 415 125 0,1 7 885 617 0,0331 0,0012 0,001218 0,000011 0,282364 0,000037 0,28235 0,000037 -1,4 2 1 262 13 2 14 502 502 148 82 0,57 3 994 396 0,0731 0,0023 0,002388 0,000057 0,282698 0,000059 0,282676 0,000059 7,7 3 814 14 2 18 459 513 166 445 2,77 4 810 154 0,0301 0,0041 0,000951 0,000045 0,282596 0,000049 0,282587 0,000045 4,7 2 928 Примечание. ”l If∕' l IILli,.,∣∣ - рассчитанный первоначальный состав Hf на момент образования цирконов; ,'HIiT i - значение на момент образования цирконов; T∣∣∣il )M ∣ - значение модельного возраста цирконов. В зернах 2_14, 3_4 и 3_9 определены повышенные содержания редкоземельных элементов, ±2σ - стандартное отклонение. Данные об изотопном возрасте цирконов, по [Леонов, 2018]. Note. '¾/'^¾lLucorr - calculated initial Hf composition at the time of zircons formation; εHf (T) - value at the time of zircons formation; THf (DM) is the value of the model age of zircons. In grains 2_14, 3_4 and 3_9, elevated REE contents were determined. ± 2σ - standard deviation. Data on the isotopic age of zircons, according to [Lesnov, 2018]. 46 Ф.П. Леснов, И.Н. Капитонов, С.А. Сергеев 176Hf∕177∏f Рис. 2. Гистограмма частот встречаемости значений параметра 176Hf/177Hf цирконов (по данным табл. 1) Кластеры: 1 - «древний», 2 - «промежуточный» и «молодой» Fig. 2. A histogram of the frequencies of occurrence of the parameter values 176Hf / 177Hf of zircons (according to the data in the Table 1) Clusters: 1 - “ancient”, 2 - “intermediate” and “young” Рис. 3. Диаграмма в координатах «sHf - возраст» для цирконов Возрастные кластеры: I - «древний», II - «промежуточный», III - «молодой». CHUR - линия эволюции изотопного состава Hf в универсальном хондритовом резервуаре, DM - линия эволюции изотопного состава Hf в деплетированной мантии. Номера точек соответствуют номерам анализов в табл. 1 Fig. 3. The diagram in coordinates «EHf - age» for zircons Age clusters: I - «ancient», II - «intermediate», III - «young». CHUR is the evolution line of the Hf isotopic composition in a universal chondrite reservoir, DM is the evolution line of the Hf isotopic composition in depleted mantle. The point numbers correspond to the numbers of analyzes in the Table 1 Lu-Hf ИЗОТОПНАЯ СИСТЕМАТИКА РЕЛИКТОВЫХ ЦИРКОНОВ 47 Цирконы из «молодого» кластера (623-459 млн лет) по сравнению с цирконами из двух остальных кластеров характеризуются промежуточными содержаниями U, Th и 177Hf, промежуточными значе-232 238 ниями параметра Th/ U, примерно такими же, как в цирконах из «промежуточного» кластера значениями параметра 176Yb/177Hf, а также более высо-176 177 кими значениями параметров Lu/ Hf и Hf/ Hf. Параметр Єні(Т) в них имеет как положительные, так и отрицательные значения, соответственно, их фигуративные точки (7-14) также находятся по обе стороны от линии CHUR на различном удалении от нее (см. рис. 3). Следует отметить, что значения модельного возраста - THf(DM) - для цирконов из всех проанализированных цирконов находятся в интервале от 3 306 до 814 млн лет, причем во всех случаях они превышают те значения возраста, которые были рассчитаны на основе параметров 207Pb/206Pb и 206Pb/238U. Суммируя изложенное выше, подчеркнем, что все зерна цирконов из гарцбургитов и дунитов Шаманского массива имеют округленную в результате резорбирования форму, пониженную (до полного отсутствия) интенсивность катодолюминесцентного свечения, а также аномальную секториально-блочную осцилляторную зональность. Им свойственны значительные вариации значений U-Pb изотопного возраста. Как предполагается, это обусловлено процессами неравномерного «омоложения» U-Pb изотопных систем, изначально находившихся в верхнемантийном протолите ювенильных цирконов, имевших возраст более 3 000 млн лет. Подобное «омоложение», предположительно, было обусловлено процессами диффузии ионов Pb и U в структуре цирконов [Cherniak, 2010]. Представленные данные изотопного датирования позволили разделить всю коллекцию цирконов на три возрастных кластера («древний», «промежуточный» и «молодой»). 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 проявления каких-либо дискретных геологических событий. Выводы 1. Значения параметров 176Hf∕177Hf и ε Hf(T) в цирконах из ультрамафитов Шаманского массива имеют полимодальное распределение. 2. Полимодальное распределение изотопных параметров Hf в цирконах в целом согласуется с их разделением на «древний», «промежуточный» и «молодой» возрастные кластеры по результатам датирования U-Pb методом. 3. Стандартные отклонения значений параметра εHf(.T) увеличиваются в ряду от цирконов «древнего» кластера к цирконам из «промежуточного» и «молодого» кластеров. 4. Значение параметра εHf(T) для наиболее древнего зерна циркона (3 049 млн лет) почти совпадает со значением этого параметра в универсальном хондритовом резервуаре (CHUR). Аналогичный факт ранее был установлен в отношении наиболее древнего реликтового циркона (~ 3 100 млн лет) из гибридных пироксенитов Березовского мафит-ультрамафитового массива (о. Сахалин) [Леснов и др., 2018]. 5. Результаты Lu-Hf систематики цирконов из ультрамафитов Шаманского массива в целом коррелируют с данными по их U-Pb изотопному датированию. 6. 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 3 000 млн лет. Допускается также, что в дальнейшем в процессе нагрева и частичного плавления протолита, инициировавшего диффузию ионов Pb и U в структуре ювенильных цирконов, имели место нарушения в их U-Pb и Lu-Hf изотопных системах, что обусловило наблюдаемое неравномерное «омоложение» их возраста.

Скачать электронную версию публикации