Изотопный состав кислорода и углерода в магматических и осадочных карбонатных породах Среднего Тимана

Автор: Удоратина О.В., Смолева И.В., Недосекова И.Л., Капитанова В.А.

Статья в выпуске: 7 (235), 2014 года.

Бесплатный доступ

Обобщены результаты изотопно-геохимических исследований магматических пород четласского комплекса (карбонатитов, пикритов, лампрофиров) и осадочных карбонатных пород (доломитов и известняков) четласской и быстринской серий Среднего Тимана. Сделан вывод о том, что щелочные пикриты и связанные с ними карбонатиты являются, во-первых, по источнику вещества мантийными образованиями, а во-вторых, магматическими и частично постмагматическими (гидротермальными) продуктами единого подкорового очага. Сравнительное исследование осадочно-терригенных пород, вмещающих магматиты четласского комплекса, показало, что образование карбонатитов не сопровождалось существенной ассимиляцией экзогенного вещества.

Еще

Изотопы углерода и кислорода, карбонатиты, пикриты, доломиты, средний тиман

Короткий адрес: https://sciup.org/149128628

IDR: 149128628

Текст научной статьи Изотопный состав кислорода и углерода в магматических и осадочных карбонатных породах Среднего Тимана

На Среднем Тимане в юго-восточной части Четласского камня широко развиты щелочно-ультра-основные дайки (пикриты и лампрофиры) и тела карбонатов, объединенные в единый четласский комплекс. дайки прорывают терригенные и терригенно-карбонатные осадочные породы четласской (RF2) и быстринской (RF3) серий рифей-ского возраста. Число тел в закартированных дайковых полях достигает нескольких тысяч. В пространственной и временной связи с дайками ультрабазитов находятся щелочные метасоматиты (фениты, флогопитовые слюдиты, полевошпатовые ме-тасоматиты), карбонатные жилы с акцессорной редкометалльной минерализацией (пирохлором, колумбитом, ильменорутилом, монацитом и др.) и гидротермальные гётит-по- левошпатовые и кварц-гетит-гема-титовые породы [1, 3, 7]. Изотопный состав углерода и кислорода в карбонатитах четласского комплекса достаточно хорошо изучен [1—3, 6, 7, 9]. Но для ассоциированных с карбонатитами пикритов и вмещающих осадочных карбонатных пород Среднего Тимана имеются лишь спорадические и зачастую неполные данные [2, 4].

Маãматические карбонатнûе породы четласского комплекса. Вариации изотопного состава углерода и кислорода в карбонатитах четласского комплекса, по данным [1, 2, 7], невелики (%с): 5 ¹³С = -4.6... -3.4; 5 ¹⁸О = 8.6...14.6. Для карбонатов из лампрофиров изотопные вариации более широки (%): 5 ¹³С = -11.6...-4.3; 5 ¹⁸О = 7.2_20.7 % [2]. Т. Г. Шумиловой с соавторами [9]

для тиманских карбонатитов получены несколько более широкие пределы колебания изотопных коэффициентов (%): 5 ¹³С = -6.5...-3.6; 5 ¹⁸О = 8.6...21.1 %. Проведенные нами новые измерения показывают, что в четласском комплексе вариации изотопного состава углерода и кислорода в карбонатитах, карбонатсодержащих лампрофирах и карбонатных прожилках, секущих фениты, можно ограничить примерно теми же пределами, а именно (%): 5 ¹³С = -4.9... -3.14; 5 ¹⁸О = 8.3^15.2. Таким образом, все полученные к настоящему времени данные по изотопному составу С и О характеризуют тиманские карбонатиты как преимущественно магматические образования [3].

Осадочные карбонатные породы. Четласскую серию формируют отложения светлинской, новобобровской 3

и визингской свит. Карбонатные отложения в ней развиты локально, будучи приуроченными к новобобровской свите, для которой известны лишь единичные данные по углероду [4]. Гораздо большей карбонатно-стью характеризуется быстринская серия, в состав которой входят ань-югская, рочугская, павьюгская и па-ундская свиты со значительной концентрацией карбонатолитов. По данным наших предшественников [4], изотопный состав углерода и кислорода в доломитах павьюгской свиты Цильменского Камня изменяется в узких пределах (%с): 513С = -2.5... -2.2; 518О = 19.4^23.7. По данным [2], карбонаты в осадочных породах Четласского Камня демонстрируют значительно больший разброс значений (%): 513С = -13.4...-0.4; 518О = 8.6^24.7, что дает основание усомниться в безошибочности генетической трактовки исследованных объектов. Полученные нами данные для осадочных карбонатных пород в ро-чугской и павъюгской свитах бы-стринской серии [8] на Четласском Камне варьируются в типичных для нормальных морских осадочных пород пределах (%): 513С = -4.5...0.5; 518О = 18.1^25.7.

Обобщение известных к настоящему времени изотопно-геохимических данных для карбонатных магматических и осадочных пород Среднего Тимана (см. таблицу) позволяет сделать следующие выводы.

По своим изотопно-геохимическим характеристикам среднетиман-ские эндогенные и экзогенные карбонатные породы статистически могут быть подразделены на несколько групп. Они выделяются обособленными полями изотопного состава углерода и кислорода на сводной изотопно-геохимической диаграмме (см. рисунок).

Первое поле (I) образуют карбонатиты, которые считаются магматическими по своим текстурно -структурным и минералого-геохимическим характеристикам. Вполне закономерно, что это поле четко комплементируется с данными для магматических карбонатитов (поле 2, см. рисунок, [5]).

Изотопный состав углерода и кислорода в карбонатах из магматических пород четласского комплекса и осадочных пород быстринской и четласской серий

n/n	δ ¹³С, ‰	δ ¹⁸O, ‰	n/n	δ ¹³С, ‰	δ ¹⁸O, ‰	n/n	δ ¹³С, ‰	δ ¹⁸O, ‰	n/n	δ ¹³С, ‰	δ ¹⁸O, ‰
				Карбонатиты		магматогенные
1	–3.4	11.8	15	–3.9	9.0	29	–3.4	15.2	43	–3.9	12.6
2	–3.4	13.9	16	–4.0	9.2	30	–3.5	11.3	44	–3.9	10.0
3	–3.5	11.8	17	–4.1	11.2	31	–3.6	12.8	45	–4.1	11.5
4	–3.5	14.6	18	–4.2	8.9	32	–3.6	10.2	46	–4.1	11.2
5	–3.5	10.7	19	–4.2	9.9	33	–3.7	9.9	47	–4.2	11.6
6	–3.6	11.0	20	–4.2	11.5	34	–4.1	8.3	48	–4.4	12.4
7	–3.6	9.9	21	–4.3	9.3	35	–4.9	10.8	49	–4.4	9.5
8	–3.8	11.3	22	–4.4	9.5	36	–3.6	14.1	50	–4.4	9.2
9	–3.8	8.9	23	–4.4	9.9	37	–3.6	13.2	51	–4.4	9.2
10	–3.8	11.1	24	–4.4	9.8	38	–3.6	10.4	52	–4.5	8.8
11	–3.8	9.6	25	–4.4	9.5	39	–3.6	10.2	53	–4.7	8.6
12	–3.8	13.8	26	–4.4	12.9	40	–3.7	13.1	54	–3.0	13.7
13	–3.8	10.2	27	–4.6	11.0	41	–3.7	10.9	=“ Х	–3.93	11.01
14	–3.9	9.0	28	–3.1	14.6	42	–3.7	11.9	Sx	0.42	1.77

Щелочные пикриты и лампрофиры

55	–5.4	13.8	59	–8.0	13.3	63	–8.7	7.2	67	–10.9	14.4
56	–5.4	11.6	60	–8.0	16.7	64	–9.2	13.2	68	–5.8	12.1
57	–7.3	8.6	61	–8.2	15.2	65	–9.2	11.0	=“ Х	–7.99	12.79
58	–7.8	13.8	62	–8.5	14.3	66	–9.5	13.8	Sx	1.6	2.53

Карбонатиты гидротермально-метасоматические

69	–8.0	16.7	73	–4.5	19.1	77	–5.0	18.8	81	–6.5	20.8
70	–3.7	18.2	74	–3.9	16.7	78	–5.8	17.1	82	–10.3	18.6
71	–3.8	18.1	75	–4.5	15.4	79	–6.1	18.4	=“ Х	–6.09	18.72
72	–4.4	19.1	76	–5.0	18.1	80	–6.2	21.1	Sx	2.27	2.14

Осадочные терригенно-карбонатные породы

83	–0.39	11.6	88	–1.8	23.3	93	–0.9	18.0	98	0.7	16.7
84	–0.4	16.4	89	–1.1	25.0	94	–0.8	19.4	99	1.2	23.7
85	–0.4	23.4	90	–0.5	23.8	95	–0.8	22.5	=“ Х	–0.57	21.05
86	–2.2	22.3	91	0.5	25.7	96	–0.22	19.4	Sx	0.94	3.76
87	–2.1	24.3	92	–0.9	22.7	97	0.4	19.7

Примечание. Все определения изотопного состава кислорода и углерода карбонатных пород проведены в ЦКП «Геонаука» ИГ Коми НЦ УрО РАН. Растворение карбонатов в ортофосфорной кислоте и измерение изотопного состава углерода и кислорода в режиме непрерывного потока гелия производились на аналитическом комплексе фирмы ThermoFisher Scientific (Бремен, Германия), включающем в себя систему подготовки и ввода проб GasBench II, соединенную с масс-спектрометром DELTA V Advantage. Значения изотопных коэффициентов рассчитывались относительно эталонов PDB ( 5 ¹³С) и SMOW ( 5 ¹⁸О). При калибровке использованы международные стандарты NBS 18 и NBS 19. Ошибка определения значений изотопных коэффициентов не превышает 0.1 % (1 о ). Кроме собственных результатов, использованы литературные данные [1—4, 6, 8, 9]; 1—27, 83 [1, 6]; 28—35 [3]; 36—53, 68, 74—82 [9]; 54—67, 69, 84, 85 [2]; 70—73, 86—91 [8]; 92—99 [4]. Статистические параметры: Х — среднее арифметическое, S_x — стандартное отклонение.

Сводная диаграмма изотопного состава карбонатов в магматических и осадочных породах:

1—4 — экспертные поля [5] изотопного состава углерода и кислорода: 1 — карбонаты мантийного происхождения, 2 — магматические карбонатиты, 3 — плутоногенные гидротермалиты, 4 — фанерозойские осадочные породы, 5 — поле карбонатитов из боливийской провинции Ayopaya [10]; I—IV — поля (среднее ± 2 о ) изотопного состава углерода и кислорода в карбонатах Среднего Тимана: I — магматические карбонатиты, II — щелочные пикриты и лампрофиры, III — плутоногенные гидротермальные карбонатолиты, IV — осадочные карбонатные породы быстринской и четласской серий

Второе поле (II) на изотопной диаграмме отвечает карбонатам из тиманских щелочных пикритов и лампрофиров. Эти близодновремен-ные или более поздние по происхождению породы отличаются от собственно магматических карбонатитов более изотопно-легким углеродом и более изотопно-тяжелым кислородом. По последней изотопной характеристике постмагматические карбонатиты занимают промежуточное положение между магматическими карбонатитами и плутоногенными гидротермалитами. Показательно, что поле карбонатитов из боливийской щелочно-ультра-основной провинции (поле 5, см. рисунок, [10]) на изотопной диаграмме располагается в области перехода от магматических тиманских карбонатитов к магматическим тиманским пикритам и лампрофирам.

Третье поле (III) на изотопной диаграмме характеризует постмагматические тиманские карбонатиты, сменяющие в пространстве-времени магматическую фацию карбонатитов. Эти эндогенные карбонаты по изотопному составу углерода практиче ски тождественны гидротермальным карбонатитам, а в более широком смысле могут быть отнесены к плуто-ногенно-гидротермальным. А вот по кислороду эти карбонаты заметно более изотопно-тяжелые. Это могло бы свидетельствовать об ассимиляции экзогенного карбонатного материала. Однако такая ассимиляция обычно сказывается не только на кислороде, но и на углероде, чего мы в данном случае не наблюдаем.

Наконец, четвертое поле (IV) на диаграмме относится к данным изотопного состава карбонатов из быстринской и четласской серий. Очевидно, что эти данные тождественны изотопно-геохимическим свойствам морских осадочных горных пород.

Авторû вûражают блаãодар-ность В. И Силаевó за констрóктив-нûе критические замечания.

Исследования проводятся в рамкаõ проãраммû ÐАН 12-П-5-1015 (Áлок. 4).

Список литературы Изотопный состав кислорода и углерода в магматических и осадочных карбонатных породах Среднего Тимана

Костюхин М. Н., Степаненко В. И. Байкальский магматизм Канино-Тиманского региона. Л.: Наука, 1987. 232 с.
Макеев А. Б., Брянчанинова Н. И., Патова В. А. Минералогия гипабиссальных вулканитов и метасоматитов Четласского Камня (Средний Тиман) // Спектроскопия, рентгенография и кристаллохимия минералов: Тез. докл. межд. конф. Казань, 2005. С. 158-161.
Недосекова И. Л., Владыкин Н. В., Удоратина О. В., Ронкин Ю. Л. Карбонатиты четласского комплекса (Средний Тиман): геохимические и изотопные данные // Ежегодник-2012: Тр. ИГГ УрО РАН. Вып. 160, 2013. С. 150-158.
Оловянишников В. Г., Штейнер В. Л. Изотопный состав углерода и кислорода протерозойских карбонатных пород Тимана и Приполярного Урала // ДАН СССР. 1993. Т. 329. № 3. С. 347-351.
Силаев В. И., Чайковский И. И., Митюшева Т. П., Хазов А. Ф. Современные карбонатные минерализации на испарительных и седиментационно-диагенетических изотопногеохимических барьерах. Сыктывкар: Геопринт, 2008. 68 с.
Степаненко В. И. Суханов Н. В. Изотопный состав углерода и кислорода карбонатитов Среднего Тимана // ДАН СССР, 1980. Т. 251. № 3. С. 699-702.
Степаненко В. И. Особенности геологического строения и состава карбонатитового комплекса Среднего Тимана // Труды Ин-та геологии Коми фил. АН СССР, 1979. Вып. 29. С. 52-61.
Удоратина О. В., Недосекова И. Л., Смолева И. В. Изотопия кислорода и углерода осадочных карбонатных пород быстринской серии (Средний Тиман) // XX симпозиум по геохимии изотопов им. академика А. П. Виноградова: Тез. докл. ГЕОХИ РАН, М.: Акварель, 2013. С. 334-337.
Шумилова Т. Г., Ковальчук Н. С., Мингалев А. Н., Диваев Ф. К. Изотопный состав углерода и кислорода карбонатов и карбонатитов Косьюского массива (Средний Тиман) // Вестник ИГ Коми НЦ УрО РАН. 2012. № 4. С. 9-13.
Schultz F., Lehmann B., Tawackoli S. et al. Carbonatite diversity in the Central Andes: the Ayopaya alkaline province, Bolivia // Contrib. Mineral. Petrol. 2004. V. 148. P. 391-408.

Еще

Статья научная