Scientific journal
Advances in current natural sciences
ISSN 1681-7494
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,791

MANTLE-CRUST INTERACTION ON ISOTOPES STRONTIUM AND NEODIUM IN SHOSHONITIC GRANITOIDS

Gusev A.I. 1
1 Shukshin Altai State Academy of Education
Data on concentration and ratio isotopes stroncium, neodium and mantle-crust interaction in shoshonites granitoids Alnai-Sajan belt area, Greate Caucasus, Britanish Caledonides, Scotland, Western Kun-Lun, North China Craton, Brazilia lead. Four subtypes granitoids detached that its differ by degrees isotopes enriched and depletation. The wide variations meaning of ratios 87Sr/86Sr noted from 0,7022 (mantle meanings) to 0,712958 (component enriched mantle with contamination of crust materials). All subtypes of shoshonite granitoids weigh upon for components enriched mantle types EM I and EM II. These contected with admission about involving in subduction process of lower continental lithosphere, or with subductioning in mantle terrigenous deposits.
Shoshonitic granitoids
isotopes strontium and neodium
mantle component
mantle-crust interaction
subtypes of shoshonitic granitoids

Петрогенетические типы гранитоидов пользуются большой популярностью у петрологов, занимающихся генезисом и геодинамическими обстановками их формирования. В последние годы к стандартным типам гранитоидов M, I, S, A добавлены вновь выделяемые шошонитовый (SH) и адакитовый (AD) типы [1, 8, 10].

Концентрации и соотношения изотопов стронция и неодима играют важную роль в понимании петрогенезиса изверженных пород [13]. Логично вытекает актуальность проведенных исследований в анализе соотношений изотопии указанных элементов для шошонитового типа гранитоидов. Целью настоящего исследования является – на основе авторских анализов и опубликованных данных по изотопам стронция и неодима в шошонитовых гранитоидах выявить петрологические особенности и закономерности их вариаций, указывающих на мантийно-коровое взаимодействие. Породные типы шошонитовой группы гранитоидов включают ассоциации (кварцевый) монцодиорит – (кварцевый) монцонит – кварцевый сиенит, или монцонитовый гранит – гранит, или биотитовый (монцонитовый) гранит – диопсидовый гранит – диопсидовый сиенит. Биотит в шошонитовых гранитоидах относится к железистому флогопиту с небольшой долей эстонита и высокими отношениями Mg/(Mg + Fet) и Fe3+ /Fe2+. Амфибол относится к эденитовой роговой обманке и магнезиальному гастингситу с некоторой долей эденита и высокими отношениями Mg/(Mg + Fet) и Fe3+ /Fe2+. Породы показывают содержание SiO2 от 52.77 до 71.85 % и высокую сумму щелочей K2O+Na2O (более > 8 %, в среднем 9.14 %), K2O/Na2O (более >1, в среднем 1.50) и Fe2O3/FeO (0.85–1.51, в среднем 1.01) и низкое содержание TiO2 (0.15–1.12 %, в среднем 0.57 %). Содержания Al2O3 варьируют от 13.01 до 19.20 мас. % и весьма вариабильны. Гранитоиды обогащены LILE, LREE и летучими компонентами, такими как F, В [1, 2].

Результаты исследований. Нами на основе авторских анализов и литературных данных по изотопии стронция и неодима, представляющих различные регионы Мира, составлены табл. 1 и рис. 1.

Таблица 1

Изотопные составы стронция, неодима в шошонитовых гранитоидах

Плутон

Порода

143Nd/144Nd

εNd (t)

87Sr/86Sr

εSr(t)

Западный Датонг 7 (Зап. Куньлунь)

Кварцевый

монцонит

0,511879

-2,8

0,708318

62,1

Северный Куда7 (Зап. Куньлунь)

Гранит

0,512190

-1,4

0,711946

112,4

Северный Куда7 (Зап. Куньлунь)

Гранит

0,512179

-3,8

0,709687

80,3

Северный Куда7 (Зап. Куньлунь)

Гранит

0,511923

-3,8

0,709842

82,5

Карибашенг7

Битотитовый монцогранит

0,512250

-7,3

0,709132

65,9

Плутон Юквикапа (Западный Куньлунь)11

Двуслюдяные сиенограниты

-

(-4,4) – (-6,3)

0,7071-0,077

-

Плутоны Мустага и Таэр

(Западный Куньлунь)11

Монцограниты

-

(-3,6) – (-7,3)

0,7052 – 0,7104

-

Позднепермские аппинит-гранитовые комплексы (Северо -Китайский Кратон)12

Монцограниты

-

(-15,6) – (-16,3)

0,7063 – 0,7066

-

Луговской

(Салаир)1

Кварцевые монцодио-риты

-

1,95

-

31,3

Луговской

(Салаир)1

Кварцевые монцодио-риты

-

1,93

-

30,2

Луговской

(Салаир)1

Нордмаркит

-

2,11

-

29,71

Луговской

(Салаир)1

Граниты умеренно-щелочные

-

2,69

-

21,12

Луговской

(Салаир)1

Лейкограниты

-

2,93

0,7064

22,31

Айский

(Горный Алтай)1

Монцогаббро 1 фазы

-

1,96

-

31,3

Айский

(Горный Алтай)1

Монцонит 1 фазы

-

1,99

-

31,2

Айский

(Горный Алтай)1

Меланоси-енит 1 фазы

-

2,15

-

30,4

Айский

(Горный Алтай)1

Сиениты 2 фазы*

-

2,13

-

29,73

Айский

(Горный Алтай)1

Сиениты 2 фазы

-

2,12

-

28,27

Айский

(Горный Алтай)1

Граносиениты 2 фазы*

-

2,93

-

12,83

Айский

(Горный Алтай)1

Граносиениты 2 фазы*

-

2,93

-

20,94

Айский

(Горный Алтай)1

Умеренно-щелочные граниты 3 фазы*

-

2,90

0.7052

23,0,5

Айский

(Горный Алтай)1

Умеренно-щелочные граниты 3 фазы*

-

2,72

-

21,14

Айский

(Горный Алтай)1

Лейкограни-ты 4 фазы*

-

2,94

0.7068

20,37

Айский

(Горный Алтай)1

Лейкограниты 4 фазы

-

2,93

0.7069

22,34

Бык, Бештау

(Большой Кавказ)2

Граносиениты,

Граниты,

Лейкограни-ты

-

-2,1- (-4,2)

-

70,1

70,3

Клуни

(Британские каледониды)4

Сиениты, граниты

0,512383-

0,512587

2,6 – 3,2

0,705946-0,707118

23,1

22,1

Хэлмсдейл

(Британские каледниды)4

Сиениты, граниты

0,512036-

0,512058

-3,0 – (-11)

0,706808-0,712958

65,2

66,4

Стронциан

(Британские каледониды)4

Сиениты, граниты

0,512371-

0,512445

-0,1- (+1,3)

0,706530-0,709052

45,2

50,1

Глен Дезари

(Шотландия)5

Сиениты

-

-1,3 – (+2,5)

-

41,1

52,2

Рогарт

(Шоталндия)6

Граниты

0,51206-

0,51189

-4 –(-7)

0,7057-0,7063

 

Массивы провинции Борборема (Бразилия)8

Сиенограниты

0,511202

-10 –(-15)

0,706505

45

51

Массивы штата Бахиа (Бразилия)10

Сиениты, монцониты

-

-10,6

0,7022-

0,7042

45,5

Примечание. Данные заимствованы: 1- Гусев, Гусев, 2011 [1, 2]; 2 – Дубинина, Носова, 2010 [3]; 3 – Fowler et all., 2008 [7]; 5 – Fowler et all., 1992 [5]; 6- Jiang, Jiang, et all., 2002 [8]; 7- Guimaraes et all., 2005 [9]; 9 – Rios D.C, Conceicao H., Davis D.W. et all. , 2009 [11]; 4 – Fowler et all., 2001 [6]; 11 – Kuritani, Kimura et al., 2013 [12]; 12 – Zhang, Xue, Yuan et al., 2012 [14]. Прочерками в таблице отмечено отсутствие данных.

Вариации εNd (t) в различных породных группах шошонитовых гранитоидов колеблются в широком интервале значений от -15 до +3,2, а εSr(t) – от +12,83 до +112,4, указывающих на крайнюю разнородность изотопов неодима и стронция в породах (табл. 1). Соотношения изотопов 143Nd/144Nd имеются лишь для гранитов и биотитовых монцогранитов Западного Кунь-Луня, которые варьируют от 0,511879 до 0,512250. Отношения 87Sr/86Sr дают широкие вариации значений от 0,7022 (мантийные значения) до 0,712958 (компонент обогащённой мантии).

На диаграмме εNd (t) – εSr(t) все значения соотношений указанных изотопов распадаются на 4 кучных поля фигуративных точек (рисунок).

izotop1.wmf

Диаграмма εSr(t) – εNd(t) для шошонитовых гранитоидов

Типы мантии по Зиндлеру и Харту [16]: EM I и EM II – обогащённая мантия типов I и II; PREMA – примитивная мантия; HIMU – мантия с высоким изотопным уран-свинцовым отношением. Поля I, II, III, IV – подтипы шошонитовых гранитоидов по степени изотопной обогащённости и деплетированности. Породы Западного Куньлуня: 1 – кварцевые монцониты (Западный Датонг); 2 – граниты биотитовые (Северный Куда); 3 – биотитовый гранит (Карибашенг); массивы Алтае-Саянской складчатой области: 4- граниты и сиениты Луговского массива (Салаир), 5- граниты и сиениты Айского массива (Горный Алтай), 6 – граниты и сиениты Саввушинского массива (Рудный Алтай); массивы Кавказских Минеральных Вод: 7 – граниты и граносиениты массивов Бык, Бештау, Кинжал, Верблюдка и др.; массивы Британских каледонид: 8 – монцониты и сиениты массива Стронциан; 9 – монцониты и сиениты массива Глен Дезари; 10 – монцониты и сиениты массива Клуни.

Выделяются 3 крайних подтипа по степени деплетированности и обогащённости изотопами стронция и неодима и 1 промежуточный подтип шошонитовых гранитоидов по соотношению указанных изотопов. Первый из них (Айский массив Горного Алтая, Саввушинский Рудного Алтая, Луговской Салаира и массив Клуни Британский каледонид) характеризуется наибольшей изотопной «деплетированностью» со значениями εNd, варьирующими от 3,2 до 1,93 и соотношениями 87Sr/86Sr между 0,7052 и 0,70711. Содержание стабильного изотопа δ18О в этом типе Британских каледонид варьирует от 7,3 до 8,7 ‰ [4]. Второй крайний подтип – изотопно «обогащённый» (массивы Хэлмсдэйл, Стрэт Хеллэдэйл, Лоч Лойял, Роггарт Британских каледонид, а также массивы Карибашенг, Западный Датонг Кунь-Луня и массивы Бык, Бештау, Верблюд Большого Кавказа), характеризуется отрицательными значениями εNd (от -3,0 до -11), повышенными соотношениями 87Sr/86Sr, варьирующими от 0,7065 до 0,7094. Стабильный изотоп кислорода даёт более широкий разброс значений δ18О от +7,1 до 10,6 ‰. Для шошонитовых гранитоидов кавминводского комплекса Большого Кавказа установлена контаминация корового материала. Этим контаминантом считается осадочная карбонатная высокомагнезиальная порода, содержащая повышенные концентрации стронция и бария [3]. Для массива Карибашенг определены высокие значения δ18О, негативные аномалии Nb и Ti, указывающие на источник пород с большой долей участия метаосадков [8]. Этот источник для постколлизионных гималайских гранитоидов Кунь-Луня формировался на глубинах 55-60 км в условиях утолщённой нижней коры. Третий подтип – изотопно «деплетированный» по неодиму и стронцию с соотношениями εNd (от – 10 до – 15) (массивы штата Борборема и штата Бахиа в Бразилии). Для них характерны и самые низкие значения отношений 87Sr/86Sr, ранжирующихся от 0,7022 до 0,706505. Значения εSr(t) имеют промежуточные характеристики, варьирующие от 45 до 51. Самые низкие значения 87Sr/86Sr от 0,7022 до 0,7042 массивов штата Бахиа указывают на мантийный источник магм. Промежуточный четвёртый тип – шошонитовые гранитоиды плутонов Стронциан и Глен Дезари, в которых обнаруживаются как низкие положительные значения, так и слабо отрицательные значения εNd (от 1,3 до -0,1), а отношения 87Sr/86Sr ранжируются от 0,7052 до 0,7085. Для этого типа характерны самые низкие параметры стабильного изотопа кислорода (δ18О от +6,7 до +8,0).

На диаграмме первый и четвёртый подтипы тяготеют к источнику мантии EM II, характеризующимися высокими отношениями 87Sr/86Sr, низкими значениями εNd и относительно обогащёнными радиогенным свинцом, что связывается с субдуцированием в мантию терригенных осадков [4].

Третий подтип тяготеет к компоненту мантии EM I с умеренными изотопными отношениями 87Sr/86Sr, низкими значениями εNd и нерадиогенным свинцом, что связывается с допущением о вовлечении в субдукционный процесс нижней части континентальной литосферы [14].

Обсуждение результатов. Изотопы стронция и неодима в шошонитовых гранитоидах колеблются в широких пределах, что связано с различной степенью проявления контаминации корового материала, первичным источником плавления мантийного субстрата и насыщенностью флюидами. По мнению китайских исследователей разнообразие шошонитовых гранитоидов связано с субдукцией в мантию терригенных коровых компонентов [14]. По нашим данным некоторые шошонитовые гранитоиды обязаны своим происхождением в результате плюмтектоники и контаминацией коровых источников на путях движения и становления мантийных магм в глубинных очагах [1, 2]. Все подтипы шошонитовых гранитоидов тяготеют к компонентам обогащённой мантии типов EM I и EM II, связанных с вовлечением в сферу глубинных очагов терригенных компонентов нижней и верхней коры.

Выводы. Таким образом, по соотношениям изотопов стронция и неодима в шошонитовом типе гранитоидов можно выделить 4 подтипа с варьирующими характеристиками изотопов по степени изотопной деплетированности и обогащённости, обязанные разнообразным процессам мантийно-корового взаимодействия.