Первые данные по геохимии и изотопии углерода графитовых эклогитов Максютовского комплекса (Южный Урал)

Эклогиты и эклогитоподобные породы, развитые в пределах метаморфических комплексов, имеют широкое географическое распространение. В России эти образования в основном сосредоточены в пределах Байкало-Муйского и Уральского складчатых поясов. Относительно хорошая геологическая изученность уральских объектов, и в частности максютовского метаморфического комплекса (ММК), выразившаяся в значительном количестве публикаций [1,4, 6—15], тем не менее не решила целый ряд принципиальных проблем.

Одним из наиболее дискуссионных вопросов, нуждающихся в корректном решении, является проблема установления генетической при- роды эклогитов и их протолитов. В настоящее время формирование эклогитов ММК объясняется изофа-циальным метаморфизмом магматических протолитов и вмещающих их осадочных или вулканогенноосадочных толщ, тектоническим внедрением мантийных эклогитов или непосредственной кристаллизацией эклогитов из магматических расплавов.

Редкой разновидностью метаморфических пород ММК являются графитовые эклогиты, описанные А. А. Алексеевым [1] и нами [4], представляющие собой среднезернистые темно-серые породы с мелкими выделениями розового граната и шлировидными обособле--ниями зеленого омфацита. Для них характерны порфиронематоблас-товая и пойкилобластовая структуры и массивная с элементами шли-рово-такситовой текстура. Породообразующие минералы представлены: гранатом (10—20 %), омфацитом (60 — 70 %), графитом (14— 18 %); акцессорные: кварцем (редко), апатитом (0.5 %) и сфеном (1.5 %).

Гранат (SiO2 — 35.8, TiO2 — 0.19, Al2O3 — 19.12, Fe2O3 — 3, FeO — 21.9, MnO — 1.78, MgO — 2.95, CaO — 9.7, Na2O — 0.06, K2O — 0.02, C — 4.7, п.п.п. — 0.3, е — 99.52; вес. %) присутствует в идиоморфных кристаллах размером около 1 мм (реже до 1.5 мм). Он содержит включения графита (рис. 1, а, б), омфацита и кварца. В его нормативно-количе-

Рис. 1. Микрофотографии включений графита (черное) в гранатах (а, б), омфаците (в, г) из графитовых эклогитов. gr — гранат, omf — омфацит

ственном составе преобладает альмандин.

Омфацит представлен двумя разновидностями. Омфацит-I слагает основную массу породы в виде короткопризматических кристаллов размером до 0.2—0.3 мм со слабым плеохроизмом от бесцветного до светло-зеленоватого. Часто содержит многочисленные включения графита (рис. 1, в, г) размером 0.01—0.03 мм. Омфацит-II присутствует в виде разноориентированных прожилково-шлировидных обособлений мощностью до нескольких мм (реже до 0.5—1.0 см). Он представлен призматическими кристаллами размером до 0.25— 1.5 мм и имеет более заметный плеохроизм. Химические составы разновидностей близки (омфацит-I: SiO2 — 47.4, TiO2 — 1.38, Al2O3 — 10.77, Fe2O3 — 2.39, FeO — 3.74, MnO — 0.12, MgO — 5.6, CaO — 10.21, Na2O — 5.17, K2O — 0.08, C — 11.7, п.п.п. — 1.04, 2 — 99.6, омфацит-II: SiO2 — 51.1, TiO2 — 1.19, Al2O3 — 12.05, Fe2O3 — 3.52, FeO — 4.37, MnO — 0.18, MgO — 5.3, CaO — 11.8, Na2O — 5.65, K2O — 0.1 % C — 4.74, п.п.п. — 0.2, 2 — 100.2; вес. %), как и содержания жадеитового компонента = 34 %.

Графит в виде многочисленных мелких (0.01—0.05 мм) включений и более крупных скоплений (до 0.5—1.5 мм) сгусткообразной формы присутствует в гранате и омфа ците (см. рис. 1), а также в интер-стициях между кристаллами породообразующих минералов. Иногда включения микроагрегатов графита имеют кубоидную форму (см. рис. 1), что было описано ранее для безграфитовых эклогитов ММК [10]. Химическое определение содержания углерода в породах варьирует в пределах 15—17 вес. %.

Сравнительный анализ геохимических характеристик графитовых эклогитов с безграфитовыми разновидностями и метаморфизованными габбродиабазами ММК свидетельствует о том, что они обогащены всей группой редкоземельных элементов при резком преобладании LREE. Кроме того, в них отмечаются высокие содержания U, Th, Sr, P и Nd (рис. 2). При относительно простом минеральном составе (гранат+омфацит+графит) основным концентратором REE в породах может являться гранат, а урана и тория — графит. Если гранат графитовых эклогитов обогащен группой LREE, то это в значительной степени отличает его от гранатов «нормальных» безграфитовых эклогитов, так как предыдущими исследованиями было установлено, что в химическом составе граната из типичных эклогитов ММК практически полностью отсутствует вся группа LREE [7].

Для исследования изотопных характеристик углерода были ото браны образцы графитовых эклогитов и различных разновидностей углеродсодержащих сланцев, входящих в состав второй стратиграфической единицы ММК, соответствующей карамалинской свите [6].

На термограммах, полученных при дифференциально-термическом анализе углеродистого вещества из графитовых эклогитов, отсутствуют экзо- и эндотермические эффекты, которые можно было бы связать с присутствием геополимеров нерегулярной структуры (асфальтенов -керогенов). Экзотермические эффекты, присутствующие в интервале температур 550—560 °C...900— 915 °C с четко выраженными двойными максимумами (730—750 °C и 860—870 °C), свидетельствуют о наличии мелкочешуйчатых и крупночешуйчатых разновидностей графита. Для углеродсодержащих сланцев и графитовых кварцитов также характерны экзотермические эффекты, но со сдвигом в более низкотемпературную область (интервал 570—890 °C, максимум 660— 715 °C), что может свидетельствовать о большей структурной упорядоченности графита из эклогитов.

Изотопные характеристики углерода графитовых эклогитов изменяются в пределах от —22.1 до —25.0 %о (табл.), составляя в среднем —23.8 %о, что в целом близко к содержанию S13C в углеродсодержащих сланцах при небольшом «облегчении» их среднего значения — S13C = -24.95 ^.

C одной стороны близость изотопных характеристик графитовых эклогитов и углеродсодержащих сланцев можно объяснить метаморфизмом первично биогенного органического углерода, входившего в состав сланцевых толщ, так как минимальная температура появления графитовой фазы равна = 400 °C, а термобарические условия формирования минеральных ассоциаций эклогитов оцениваются в 17 кбар при температуре ~ 570 °C [6]. Более того, ряд исследователей допускает, что первоначальный пиковый метаморфизм пород ММК мог осуществляться в пределах поля стабильности алмаза с максимальными термодинамическими параметрами: Т = 650 °C, Р = 3.2 GPa [10,14]. Cам процесс графитизации пород можно представить в виде перехода газообразных восста-

La Се Pr Nd PmSm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu

CsRbBaTh U Nb К LaCe Pr Sr P NdZrSnEu Ti Dy Y YbLu

B1 02

Рис. 2. Спайдер-диаграммы для метаморфических пород максютовского метаморфического комплекса. Хондрит и примитивная мантия по [15].

1 — графитовые эклогиты, 2 — эклогиты и глаукофанизированные эклогиты, 3 — мета-габбродиабазы и аподиабазовые ортосланцы. Содержания РЗЭ определены на масс-спектрометре ELAN-9000 и на масс-спектрометрической системе высокого разрешения HR ICP-MS ELEMENT2 (ThermoFinnigan) в лаборатории физических и химических методов исследования ИГиГ УрО РАН (г. Екатеринбург)

Изотопный состав углерода из графитовых эклогитов и углеродсодержащих сланцев максютовского комплекса

№ п/п	№ обр.	Порода	61' Сров, %
1	А-12191	графитовый эклогит	-25.0
2	А-12193	графитовый эклогит	-24.2
3	А-5654	графитовый эклогит	-22.1
4	А-7499	графитовый эклогит	-23.8
5	А-6299	графит-амфибол-кварцевый сланец	-25.5
6	А-5570	углисто-слюдисто-кварцевый сланец	-23.6
7	А-5591	графит-кварцевый сланец	-24.7
8	А-5629	графит-кварцевый сланец	-24.2
9	А-6112	графит-кварцевый сланец	-25.5
10	А-7506	графитовый кварцит	-26.2

Примечание: Измерение изотопного отношения 13С/12С проведено на масс-спектрометре Finnigan MAT 253 в ИГиГУрО РАН (г. Екатеринбург). Воспроизводимость анализа изотопного отношения 13С/12С менее ±0.1 %о.

новленных форм углерода в газооб-раз-ный оксид и графит по схеме: C_nH_m+O₂ ^ H 2 G+CG 2 T+C4. При этом упорядочение структуры углеводородов от асфальтенов—керогенов, геополимеров нерегулярной структуры к графиту с кристаллической трехмерной структурой приводит к «утяжелению» их изотопного состава (керит —25.5 %о; антраксолит -25.0 %_с; графит -23.9 ^) [5].

С другой стороны, наличие включений графита в гранатах и омфацитах графитовых эклогитов подразумевает, что углерод присутствовал первоначально в протолитах, по которым они образовались, а изотопные характеристики графита, рассеянного в силикатной массе пород мантии, по данным Э. М. Галимова с соавторами, колеблются в интервале —21.96...—26.46 %о [3]. Более того, относительная редкость и локальность распространения данных образований среди пород комплекса не позволяет предполагать переход биогенного углерода из сланцев в газообразную фазу с последующим перераспределением и кристаллизацией графита в эклогитах, т. к. в таком случае значительная часть эклогитов ММК относилась бы к графитовым или графит-содержащим разновидностям.

Магматические образования с породообразующим графитом относятся к редкому типу пород, но тем не менее они описаны в структурновещественных комплексах Восточно-Европейской платформы [2]. Следовательно, можно предположить, что протолитами графитовых эклогитов ММК являлись близкие по составу породы либо они являются фрагментами мантийных эклогитов, тектонически внедренными в субстрат комплекса при взаимодействии субдуцирующей плиты с веществом верхней мантии [13].

Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования и науки РФ (Соглашения № 8358 и № 8312).