620110; ул. Академика Вонсовского, 15; Екатеринбург
Yuri L. Ronkin
620110; 15 Academician Vonsovsky st.; Ekaterinburg
Объект исследования. Израндиты александровского метаморфического комплекса (Ю. Урал) – массивные, меланократовые плагиоклаз-оливиновые клинопироксениты, характеризующиеся высокой плотностью (3.27–3.33 г/см³), парагенезисом клинопироксен 65–70%, оливин 10–16%, плагиоклаз 5–8%, амфибол 3–8%, а также протерозойско-архейскими возрастами.
Предмет исследования. Изотопно-геохимические закономерности 147Sm-143Nd изотопной систематики ID-TIMS израндитов и монофракций плагиоклаза и клинопироксена александровского метаморфического комплекса.
Цель. Определение временных рамок метаморфических событий, связанных с эволюцией комплекса; реконструкция изотопной эволюции источника вещества на основе расчетов εNd(T) и Nd модельных возрастов (TDM); сравнительный анализ 147Sm-143Nd сигнатуры с ранее полученными K-Ar, Rb-Sr, U-Pb данными; верификация двух петрогенетических гипотез: а) ортокумулатный генезис в результате фракционной кристаллизации в расслоенном интрузиве; б) мантийно-реститовое происхождение с последующим метасоматическим и метаморфическим преобразованием.
Материалы и методы. Исследование основано на комплексном применении современных аналитических методов (ID-TIMS) к репрезентативной серии геологических образцов. Интерпретация данных проводится с использованием актуальных геохронологических моделей и учетом имеющихся ранее опубликованных петрологических, минералогических и изотопных данных по региону.
Результаты. Установлены возрасты (млн лет) двух метаморфических событий, 2014 ± 130 (породная изохрона для четырех образцов, MSWD (Mean Square of Weighted Deviates) = 1.8) интерпретируется как время регомогенизации протолита, 1127 ± 84 (Pl + Wr + Cpx изохрона, MSWD = 1.7, εNd = +7.5), событие соответствующее метаморфизму амфиболитовой фации. Рассчитанные значения εNd(T) демонстрируют аномально высокий уровень изотопного обеднения. Если для минеральной изохроны 1127 млн лет εNd(1127) = +7.5 практически идентично εDM = +7.6, то породы характеризуются εNd(T), существенно превышающим модельное значение для εDM(2014) = +5.7. TDM возрасты от 1788 до 2308 млн лет указывают на то, что вещественная основа израндитов сепарировалась от мантийного резервуара в архейско-раннепалеопротерозойскую эпоху.
Выводы. Посредством 147Sm-143Nd ID-TIMS изохронного датирования выделены два метаморфических события: палеопротерозойское (≈2.01 млрд лет), соответствующее высокотемпературной стадии и мезопротерозойское (≈1.13 млрд лет), отвечающее метаморфизму амфиболитовой фации. Доказана принадлежность протолита израндитов к древнему деплетированному мантийному резервуару. Высокие значения εNd(1127) = +7.5, аномальные εNd(2014) >> +5.7 и TDM в интервале 2.3–1.8 млрд лет указывают на формирование исходного вещества в архее – раннем палеопротерозое в результате многократных эпизодов плавления и извлечения соответствующего вещества, что подтверждает присутствие реликтовой реститовой мантии. Выявлен и концептуально разрешен фундаментальный петрогенетический парадокс между минералого-текстурными признаками, указывающими на магматогенно-кумулятивный генезис с 147Sm-143Nd сигнатурой, характерной для мантийных реститов. В качестве наиболее обоснованной предлагается модель, согласно которой израндиты являются фрагментами высокодеплетированной архейской мантии, испытавшими автохтонное частичное плавление в палеопротерозое (≈2.01 млрд лет) с последующей кристаллизацией выплавки in situ, что и сформировало наблюдаемые кумулятивные текстуры.
Research object. The izrandites of the Alexandrovsky metamorphic complex (Southern Urals) are massive, melanocratic plagioclase–olivine clinopyroxenites, characterized by high density (3.27–3.33 g/cm³), specific paragenesis (65–70% clinopyroxene, 10–16% olivine, 5–8% plagioclase, 3–8% amphibole), and Proterozoic–Archean ages.
Research subject. Isotopic and geochemical patterns of the 147Sm–143Nd isotopic systematics obtained by ID–TIMS for izrandites and monomineralic fractions of plagioclase and clinopyroxene from the Alexandrovsky metamorphic complex.
Objectives. To determine the timeframes of metamorphic events related to the evolution of the complex; to reconstruct the isotopic evolution of the source material based on calculations of εNd(T) and Nd model ages (TDM); to compare the 147Sm–143Nd signature with the results of previously applied K–Ar, Rb–Sr, and U–Pb methods; to verify two petrogenetic hypotheses: (a) orthocumulate genesis resulting from fractional crystallization in a layered intrusion; (b) mantle-restite origin with subsequent metasomatic and metamorphic overprinting.
Materials and methods. The research was conducted by integrating modern analytical methods (ID–TIMS) to a representative series of geological samples. Data interpretation was performed using current geochronological models, taking into account previously published petrological, mineralogical, and isotopic data for the region.
Results. Ages (in million years) of two metamorphic events were established: 2014 ± 130 (whole-rock isochron for four samples, MSWD = 1.8) interpreted as the time of protolith rehomogenization; 1127 ± 84 (Pl+Wr+Cpx isochron, MSWD = 1.7, εNd = +7.5), an event corresponding to amphibolite-facies metamorphism. The calculated εNd(T) values demonstrate an anomalously high degree of isotopic depletion. While εNd(1127) = +7.5 is practically identical to εDM = +7.6 for the mineral isochron of 1127 Ma, the rocks are characterized by εNd(T) significantly exceeding the model value for εDM(2014)=+5.7. TDM ages ranging from 1788 to 2308 Ma indicate that the material basis of izrandites separated from the mantle reservoir during the Archean–early Paleoproterozoic era.
Conclusions. Using 147Sm– 143Nd ID-TIMS isochron dating, two metamorphic events were distinguished: a Paleoproterozoic event (~2.01 Ga), corresponding to a high-temperature stage, and a Mesoproterozoic event (~1.13 Ga), corresponding to amphibolite-facies metamorphism. The affiliation of the izrandite protolith to an ancient depleted mantle reservoir was confirmed. The high εNd(1127) value of +7.5, the anomalously high εNd(2014) values (>> +5.7), and TDM ages in the range of 2.3–1.8 Ga indicate that the initial material was formed in the Archean–Early Paleoproterozoic as a result of multiple episodes of melting and melt extraction, which confirms the presence of a relict restitic mantle. A fundamental petrogenetic paradox between mineralogical and textural features indicative of a magmatogenic-cumulate genesis and a 147Sm–143Nd signature characteristic of mantle restites was identified and conceptually resolved. The most plausible model suggests that the izrandites represent fragments of highly depleted Archean mantle that underwent autochthonous partial melting during the Paleoproterozoic (~2.01 Ga). Subsequent in situ crystallization of the generated melt led to the development of the observed cumulate textures.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.