Изотопная геология израндитов (плагиоклаз-оливиновых клинопироксенитов) александровского комплекса (Южный Урал)

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 ε_Nd(T) и Nd модельных возрастов (T_DM); 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, ε_Nd = +7.5), событие соответствующее метаморфизму амфиболитовой фации. Рассчитанные значения ε_Nd(T) демонстрируют аномально высокий уровень изотопного обеднения. Если для минеральной изохроны 1127 млн лет ε_Nd(1127) = +7.5 практически идентично ε_DM = +7.6, то породы характеризуются ε_Nd(T), существенно превышающим модельное значение для ε_DM(2014) = +5.7. T_DM 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 ε_Nd(1127) = +7.5, аномальные ε_Nd(2014) >> +5.7 и T_DM 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.

1. Кориневский В.Г., Котляров В.А. (2009) Минералогия плагиоклаз-оливинового пироксенита. Литосфера, (4), 27-41.

2. Краснобаев А.А., Пучков В.Н., Бушарина С.В., Козлов В.И., Пресняков С.Л. (2011) Цирконология израндитов (Южный Урал). Докл. АН, 439(3), 394-398.

3. Краснобаев А.А., Чередниченко Н.В. (2004) Цирконовая геохронология александровского метаморфического комплекса (Южный Урал). Докл. АН, 396(4), 519-523.

4. Ленных В.И. (1973) Об “удревнении” калий-аргонового возраста основных пород в Тараташском комплексе и зоне Зюраткульского разлома. Тр. ИГГ УНЦ АН СССР, вып. 110, 97-99.

5. Ленных В.И., Вализер П.М. (2006) К геологической схеме Ильменогорского комплекса. Геология и минералогия Ильменогорского комплекса: ситуация и проблемы. Миасс: ИГЗ УрО РАН, 20-27.

6. Овчинников Л.Н., Дунаев В.А. (1966) О древнейшей глубинной породе Урала. Глубинное строение Урала. Тр. I Урал. сессии науч. сов. по комплексным исследованиям земной коры и мантии. М.: Наука, 200-209.

7. Пыстин А.М. (1978) Александровский гнейсово-амфиболитовый комплекс. Вулканизм, метаморфизм и железистые кварциты обрамления Тараташского комплекса. Свердловск: УНЦ АН СССР, 3-32.

8. Пыстин А.М., Пыстина Ю.И. (2015) Архейско-палеопротерозойская история метаморфизма пород Уральского сегмента земной коры. Тр. Кар. НЦ РАН, вып. 7, 3-18. doi: 10.17076/geo163

9. Ронкин Ю.Л., Лепихина О.П., Голик С.В., Журавлев Д.З., Попова О.Ю. (2005) Мультиэлементный анализ геологических образцов кислотным разложением и окончанием на HR ICP-MS Element2. Тр. ИГГ УрО РАН, вып. 152, 423-433.

10. Ронкин Ю.Л., Синдерн С., Лепихина О.П. (2012) Изотопная геология древнейших образований Южного Урала. Литосфера, (5), 50-76.

11. Тевелев А.В., Кошелева И.А., Тевелев А.В., Хотылев А.О., Мосейчук В.М., Петров В.И. (2015) Новые данные об изотопном возрасте тараташского и александровского метаморфических комплексов (Южный Урал). Вестн. Моск. ун-та. Сер. 4. Геол., (1), 27-42.

12. Ahrens L.H. (1956a) Radioactive methods for determining geological age. Phys. Chem. Earth, 1, 44-67. doi: 10.1016/0079-1946(56)90005-2

13. Ahrens L.H. (1956b) Radioactive methods of age determination. Rep. Progress Phys., 19, 80-106.

14. Bennett V.C. (2004) Compositional evolution of the mantle. Treatise on Geochemistry. V. 2. The Mantle and Core. (Ed. by R.W. Carlson). London, Elsevier, 493-519.

15. Compston W. (1996) SHRIMP: origins, impact and continuing evolution. J. Royal Soc. Western Australia, 79, 109-117.

16. DePaolo D.J. (1988) Neodymium Isotope Geochemistry. An Introduction. New York: Springer, 187 p.

17. DePaolo D.J., Wasserburg G.J. (1979) Petrogenetic mixing models and. Nd-Sr isotopic patterns. Geochim. Cosmochim. Acta, 43, 615-627.

18. Gehrels G.E., Valencia V.A., Ruiz J. (2008) Enhanced precision, accuracy, efficiency, and spatial resolution of U-Pb ages by laser ablation–multicollector–inductively coupled plasma–mass spectrometry. Geochem. Geophys. Geosyst., 9, Q03017.

19. Harvey J., Baxter E.F. (2009). An improved method for TIMS high precision neodymium isotope analysis of very small aliquots (1–10 ng). Chem. Geol., 258(3-4), 251-257.

20. Ludwig K.R. (2008) ISOPLOT/Ex – a geochronological toolkit for Microsoft Excel, Version 3.6. Berkeley Geochronology Center, Spec. Publ., (4), 76 p.

21. Mundil R., Ludwig K.R., Metcalfe I., Renne P.R. (2004) Age and Timing of the Permian Mass Extinctions: U/Pb Dating of Closed-System Zircons. science, 305, 1760. doi: 10.1126/science.1101012

22. Ronkin Yu.L., Sindern S., Stepanov A.I., Korinevsky V.G., Maslov A.V. (2012) The oldest magmatism of the Urals. Geochronometric isotope systems, methods of their study, chronology of geological processes. Proc. 5sup>th</sup> Russ. Conf. on Isotope Geochronology. Moscow, VIMS, 18-20.

23. Schmitz M.D., Schoene B. (2007) Derivation of isotope ratios, errors, and error correlations for U-Pb geochronology using sup>205</sup>Pb-sup>235</sup>U-(sup>233</sup>U)-spiked isotope dilution thermal ionization mass spectrometric data. Geochem. Geophys. Geosyst., 8, Q08006.

24. Sindern S., Hetzel R., Schulte B.A., Kramm U., Ronkin Yu.L., Maslov A.V., Lepikhina O.P. (2005) Proterozoic magmatic and tectonometamorphic evolution of the Taratash complex, Central Urals, Russia. Int. J. Earth Sci., 94, 319-335. doi: 10.1007/s00531-005-0489-9

25. Tanaka T., Togashi S., Kamioka H., Amakawa H., Kagami H., Hamamoto T., Yuhara M., Orihashi Y., Yoneda S., Shimizu H., Kunimaru T., Takahashi K., Yanagi T., Nakano T., Fujimaki H., Shinjo R., Asahara Y., Tanimizu M., Dragusanu C. (2000) JNdi-1: a neodymium isotopic reference in consistency with LaJolla neodymium. Chem. Geol., 168(3-4), 279-281. doi: 10.1016/S0009-2541(00)00198-4

26. Tera F., Wasserburg G.J. (1972) U-Th-Pb systematics in three Apollo 14 basalts and the problem of initial Pb in lunar rocks. Earth Planet. Sci. Lett., 14, 281-304.

27. Thirlwall M.F. (1991) Long-term reproducibility of multicollector Sr and Nd isotope ratio analysis. Chem. Geol.: Isotope Geosci. Section, 94(2), 85-104.

28. Vervoort J.D., Blichert-Toft J. (1999) Evolution of the depleted mantle: Hf isotope evidence from juvenile rocks through time. Geochim. Cosmochim. Acta, 63(3/4), 533-556. doi: 10.1016/S0016-7037(98)00274-9

29. Wasserburg G.J., Jacobsen S.B., DePaolo D.J., McCulloch M.T., Wen T. (1981) Precise determination of Sm/Nd ratios, Sm and Nd isotopic abundances in standard solutions. Geochim. Cosmochim. Acta, 45(12), 2311-2323.

30. Weis D., Kieffer B., Maerschalk C., Barling J., de Jong J., Williams G.A., Hanano D., Pretorius W., Mattielli N., Scoates J.S., Goolaerts A., Friedman R.M., Mahoney J.B. (2006) High-precision isotopic characterization of USGS reference materials by TIMS and MC-ICP-MS. Geochem. Geophys. Geosyst., 7(8), Q08006. doi: 10.1029/2006GC001283

31. Wendt I., Carl C. (1991) The statistical distribution of the mean squared weighted deviation. Chem. Geol., 86(4), 275-285.

32. Wetherill G.W. (1956) Discordant uranium-lead ages, II. Transactions, Amer. Geophys. Union, 37(3), 328-330.

33. Williams I.S., Claesson S. (1987) Isotopic evidence for the Precambrian provenance and Caledonian metamorphism of high grade paragneisses from the Seve Nappes, Scandinavian Caledonides. II. Ion microprobe zircon U- Th-Pb. Contrib. Mineral. Petrol., 97, 205-217.

34. York D. (1969) Least-squares fitting of a straight line with correlated errors. Earth Planet. Sci. Lett., 5, 320-324.