Изотопный состав карбонатитов используется для изучения геохимической эволюции верхней мантии и мантийной гетерогенности. Высокие содержания Sr и Nd в карбонатитах уменьшают эффект контаминации континентальной коры, вследствие чего составы мантийных источников карбонатитов остаются практически неизменными. Исследование изотопных составов карбонатитов Урала дает возможность оценки изотопного состава мантии на начальной (рифтогенной) стадии заложения Уральского палеоокеана.

Проведенные ранее изотопные исследования для карбонатитов Ильмено-Вишневогорского комплекса (ИВК) подтвердили глубинный источник миаскитовых и карбонатитовых магм. Был сделан вывод о том, что карбонатные жилы, залегающие в миаскитах, фенитах и щелочных метасоматитах ИВК, могут сопоставляться с карбонатитами [4, 7].

Нами получены первые данные по изотопии Sr и Nd, а также новые данные по изотопии C и O для карбонатитов Ильмено-Вишневогорского комплекса, позволяющие идентифицировать типы источников вещества карбонатитов различных структурных этажей ИВК – интрузивного и надинтрузивного (по [5]). Изучены изотопные составы пород и минералов из карбонатитов Вишневогорского массива миаскитов (интрузивный субкомплекс), а также из карбонатитов Булдымского гипербазитового массива и жилы 125 в фенитах (надинтрузивный субкомплекс).

Аналогичные изотопные данные нами получены для кальцитов из карбонатных жил Слюдяногорского комплекса (жила 175), относительно недавно отнесенных к карбонатитам [1, 2, 5]. Карбонатные жилы Слюдяногорского комплекса обнаружены на восточной периферии Уфалейского блока, в метаморфических породах Куртинской высокобарической зоны (кварцитах, амфиболитах, гранит-мигматитах, мусковитовых пегматитах, жилах гранулированного кварца). Основанием для отнесения их к карбонатитам было наличие акцессорной редкометальной минерализации – фергюсонита, колумбита, ферсмита, циркона, монацита и ксенотима. До настоящего времени эти породы не имели детальных геохимических исследований и изотопных характеристик, позволяющихоценить правомерность соотнесения их с процессами карбонатитообразования.

Определение изотопного состава Sr и Nd в карбонатах выполнено в ИГГ УрО РАН. Измерения изотопного состава Nd и Sm в породах и минералах карбонатитов Булдымского массива выполнено в ГИ КНЦ РАН (г. Апатиты). Определение изотопного состава С и О в карбонатах – в ДВГИ РАН (г. Владивосток).

Первичные отношения ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr и ¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd в породах и минералах карбонатитов ИВК и Слюдяногорского комплекса находятся в интервале, типичном для пород с мантийным источником. Первичные отношения ¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd в породах и минералах ИВК рассчитаны на возраст 440 млн лет, полученный при датировании карбонатитов и миаскитов ИВК [4, 6]. Первичные отношения ¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd для карбонатных жил Слюдяногорского комплекса рассчитаны на возраст 345 млн лет [2]. Измеренные ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr отношения в кальцитах и доломитах могут рассматриваться как первичные, так как в них низкие Rb/Sr отношения.

Состав изотопов Nd и Sr иллюстрируется диаграммой εNd–εSr (рис. 1), где для сравнения показаны мантийные резервуары DMM, HIMU, EM1, EM2, MORB&OIB, а также тренды Кольских (KCL) и Восточно-Африканских карбонатитов (EACL). Необходимо отметить, что линии карбонатитов построены для разновозрастных комплексов, поэтому только наклон линий может быть использован для сравнения. Точки карбонатитов ИВК лежат на воображаемой линии DMM–EM₁ и образуют 2 группы, различающиеся по первичному отношению изотопов Sr и Nd. Первая группа, представленная карбонатитами Вишневогорского массива, имеет низкие величины (⁸⁷Sr/⁸⁶Sr)_t – 0.70356–0.70361 имаксимальные (¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd)_t с положительным εNd от +2.9 до +3.4. Вторая группа, представленная карбонатитами Булдымского массива и жилы 125, характеризуется более высокими величинами (⁸⁷Sr/⁸⁶Sr)_t – 0.70440–0.70470 иболее низким отношением (¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd)_t с отрицательными значениями εNd – от –2.4 до –3.4. При этом доломитовые карбонатиты Булдымского массива несколько отличаются по составу (¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd)_t от доломит-кальцитовых, характеризуясь одинаковым с ними ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr отношением.

Положение точек карбонатитов ИВК на диаграмме εNd–εSr в виде обособленных групп указывает на несколько фаз внедрения карбонатитов, различающихся по изотопному составу. При этом карбонатиты надинтрузивного субкомплекса (Булдымский массив и жила 125) имеют изотопные параметры, близкие мантийному источнику ЕМ1 с модельным Sm-Nd возрастом T_DM 1000–1500 млн лет. Карбонатиты Вишневогорского массива, вероятно, имеют более деплетированный источник вещества и модельный возраст T_DM 800–1000 млн лет.

 Состав изотопов С и О в карбонатитах ИВК показан на рис. 2. Большинство точек разместилось в пределах мантийного квадрата (по [10]) и первичных магматогенных карбонатитов – PCI и PCII [9]. Значения δ¹³С (–6.3 – –7.1 ‰) и δ¹⁸О (7.6–7.9 ‰) в кальцитах карбонатитов интрузивного субкомплекса ИВК показывают незначительные, но систематические отличия от карбонатов надинтрузивного комплекса δ¹³С (–7.4 – –8.5 ‰) и δ¹⁸О (7.5–10.5 ‰), что согласуется с данными Sr-Nd изотопии и подтверждает выделение двух групп карбонатитов, различающихся изотопным составом исходных магм.

Повышение значений δ¹⁸О в карбонатитах Булдымского массива и жилы 125 не может быть связано с влиянием вмещающих пород, так как значения δ¹³С в них, напротив, понижаются. Можно предположить, что карбонатиты Булдымского массива соответствуют начальным выплавкам карбонатитовых магм. Смещение значений δ¹⁸О и δ¹³С поздних доломитовых карбонатитов (см. рис. 2) в область повышенных значений относительно ранних доломит-кальцитовых соответствует тренду релеевского изотопного фракционирования, происходящего при кристаллизационной дифференциации карбонатитового расплава [9]. Доломитовые карбонатиты могут рассматриваться в качестве более поздних дифференциатов карбонатитовых магм.

Изотопные данные, полученные для кальцита из карбонатных жил Слюдяногорского комплекса, подтверждают наличие глубинного мантийного источника, по своим изотопным параметрам отличающегося от источников карбонатитов ИВК. Содержания изотопов Sr, С и О в нем близки карбонатитам ИВК (⁸⁷Sr/⁸⁶Sr – 0.70356, δ¹⁸О – 7.5, δ¹³С – –6.5) (рис. 2), отличаясь низким отрицательным значением (εNd)₃₄₅ – –12.8, встречающемся в обогащенной мантии типа ЕМ1.

По результатам работ можно сделать следующие выводы:

1.      Вариации изотопов Nd и Sr и их соотношение с изотопами С и О в карбонатитах ИВК могут быть объяснены разновременным внедрением карбонатитов надинтрузивного (Булдымский массив, жила 125) и интрузивного субкомплексов (Вишневогорский массив) из двух отличных друг от друга источников – более древнего, обогащенного радиогенным стронцием и нерадиогенным неодимом источника типа EM1, и более деплетированного источника.

2.      Sr-Nd-C-O изотопный состав карбонатных жил Слюдяногорского комплекса подтверждает наличие глубинного источника, по своим изотопным параметрам близкого ЕМ1, но отличающегося от источников карбонатитов ИВК низким εNd. Такие изотопные параметры отмечены в карбонатитовых комплексах, образовавшихся в рифтовых зонах древних щитов [3]. При этом, необходимо отметить, что в карбонатных жилах Слюдяногорского комплекса нами установлен обратный тренд дифференциации РЗЭ, не характерный для карбонатитов, что заставляет предположить иной генезис этих пород в отличие от карбонатитов формации УЩК и карбонатит-нефелин-сиенитовой формации (ИВК), сформировавшихся в результате дифференциации щелочных магм различной основности.

3.      Sr-Nd-C-O изотопный состав карбонатитов Ильмено-Вишневогорского комплекса позволяет предполагать участие двух конечных мантийных членов – DM и ЕМ1 в процессах генерации карбонатитовых магм. Линия карбонатитов ИВК на диаграмме εNd–εSr по наклону близка линии карбонатитов Кольского полуострова, показывая смешение двух мантийных резервуаров DM и EM1, и отличается от линии Восточно-Африканских карбонатитов, в формировании которых предполагается значительное участие HIMU-компонента.

Работа выполнена по целевой программе междисциплинарных проектов УрО, СО и ДВО РАН 2005 г.

 

 

1.      Белковский А. И., Локтина И. Н., Нестеров А. Р. Карбонатиты Урала – новые данные // Карбонатиты Кольского полуострова. Санкт-Петербург, 1999. С. 34–36.

2.      Белковский А. И. Кыштымское месторождение прозрачного жильного кварца: геодинамическая, «возрастная» позиция и генезис кварцевых жил (Средний Урал) // Материалы совещания «Кварц. Кремнезем». Сыктывкар, 2004. С. 189–191.

3.      Владыкин Н. В., Viladkar S. G., Miyazari T. Химический состав карбонатитов Тамил-Наду (Ю. Индия) и проблема «бенстонитовых» карбонатитов // Плюмы и проблема глубинных источников щелочного магматизма. Иркутск, 2003. С. 36–61.

4.      Кононова В. А., Донцова Е. И., Кузнецова Л. Д. Изотопный состав кислорода и стронция Ильмено-Вишневогорского щелочного комплекса и вопросы генезиса миаскитов // Геохимия, 1979. № 12. С. 1784–1795.

5.      Левин В. Я., Роненсон Б. М., Самков В. С и др. Щелочно-карбонатитовые комплексы Урала. Екатеринбург: Уралгеолком, 1997. 274 с.

6.      Hofmann A.W. Mantle geochemistry: the message from oceanic volcanism // Nature. 1997. Vol. 385. P.219-229.

7.      Kramm U., Blaxland A. B., Kononova V. A., Grauert B. Origin of the Ilmeno-Vishnevogorsk nefeline sienites, Ural, USSR, and the time of emplacement during the history the Ural fold belt: a Rb – Sr stady // J.Geol., 1983. V. 91. P. 427–435.

8.      Salomons W. Chemical and isotopic composition of carbonatites in recent sediments and soils   from Western Europe// J. Sediment. Petrol. 1975. V. 45. №2. P. 440 – 449.

9.      Ray I. S., Ramesh R. Rayleigh fractionation of stable isotopes from a multicomponent source // Geochimica et Cosmochimica Acta, 2000. № 64. Р. 299–306.

10. Yavoy M., Pineau F. Carbon and nitrogen isotopes in the mantle // Chem. Geol., 1986. V. 57. P. 41–62.

 

Рис. 1. Диаграмма έ Sr (Т) и έ Nd (Т) для карбонатитов Ильмено-Вишневогорского комплекса. Для сравнения на диаграмме показаны линия Кольских карбонатитов (KCL) [7] и линия Восточно-Африканских карбонатитов (EACL) и мантийные резервуары DMM, PRIMA, HIMU, EM1, EM2, а также MORB&OIB [6]. Прямая пунктирная линия – линия Кольских карбонатитов, представлена без учета массива Вуориярви.

1 – карбонатиты интрузивного субкомплекса (кальцитовые карбонатиты, Вишневогорский массив), 2–3 – карбонатиты надинтрузивного субкомплекса: 2 – доломит-кальцитовые и кальцитовые (Булдымский массив и Жила 125), 3 – доломитовые карбонатиты (Булдымский массив).

Рис. 2. Соотношение изотопов углерода и кислорода в карбонатах ИВК и Слюдорудника из:

1 – карбонатитов интрузивного субкомплекса ИВК (Вишневогорский массив); 2–3 – карбонатитов надинтрузивного субкомплекса ИВК: 2 – доломит-кальцитовых и кальцитовых (Булдымский массив и Жила 125), 3 – доломитовых (Булдымский массив); 4 – карбонатных жил Слюдорудника. Поля составов: PCI – первичные карбонатиты, PCII – первичные карбонатиты [7], NSC – морских осадочных карбонатов [8], SC – почвенных карбонатов [8]. Сплошной жирной линией обозначен мантийный квадрат с линиями трендов дифференциации карбонатитов [10].