CC BY
23
ёД.С.Ашихмин, Ю.-С.Чен, С.Г.Скублов, А.Е.Мельник
Геохимия шпинели из ксенолитов мантийных лерцалитов.
Геология
УДК 550.42
ГЕОХИМИЯ ШПИНЕЛИ ИЗ КСЕНОЛИТОВ МАНТИЙНЫХ ЛЕРЦОЛИТОВ (ВУЛКАН СВЕРРЕ, АРХИПЕЛАГ ШПИЦБЕРГЕН)
Д.С.АШИХМИН \ Ю.-С.ЧЕН 2, С.Г.СКУБЛОВ 3, А.Е.МЕЛЬНИК 3
1 Всероссийский научно-исследовательский геологический институт им. А.П.Карпинского, Санкт-Петербург, Россия
2 Школа наук о Земле и Космосе Университета науки и технологий Китая, Хэфэй, Китай
3 Институт геологии и геохронологии докембрия РАН, Санкт-Петербург, Россия
В работе представлены результаты исследования (метод LA-ICP-MS) шпинели из коллекции мантийных ксенолитов лерцолитов (семь ксенолитов), отобранных в четвертичных щелочных базальтах вулкана Сверре, архипелаг Шпицберген. Исследование двух крупных (более 15 см в диаметре) ксенолитов позволило изучить изменения состава минералов в центральной, промежуточной и краевой части образцов хромдиопси-довых шпинелевых лерцолитов. Установлен синусоидальный характер распределения REE в шпинелях, свидетельствующий о проявлении мантийного метасоматоза.
Впервые полученные результаты по редкоэлементному составу для шпинелей из мантийных ксенолитов в щелочных базальтах архипелага Шпицберген дополняют опубликованные в мировой литературе данные по геохимии шпинелей мантийного происхождения.
Ключевые слова: шпинель, мантийные ксенолиты, мантийный метасоматоз, геохимия минералов, LA-ICP-MS, архипелаг Шпицберген
Как цитировать эту статью: Геохимия шпинели из ксенолитов мантийных лерцолитов (вулкан Сверре, архипелаг Шпицберген) / Д.С.Ашихмин, Ю.-С.Чен, С.Г.Скублов, А.Е.Мельник // Записки Горного института. 2017. Т. 227. С. 511-517. DOI: 10.25515/PMI.2017.5.511
Введение. Изучение мантийных ксенолитов - единственный источник информации о глубинном строении Земли. Ксенолиты являются свидетелями и участниками процессов, протекающих в мантии, и несут в себе информацию о минералогических и геохимических изменениях, связанных с миграцией и перераспределением вещества.
Выбор шпинели для детального минералого-геохимического исследования ксенолитов и реконструкции процессов, происходящих в мантии, не случаен. Шпинель является наиболее стабильным и устойчивым к вторичным изменениям минералом, который стремится сохранить свой первичный состав, что важно при изучении строения верхней мантии Земли [6].
В данной работе представлены результаты исследования шпинели из коллекции мантийных ксенолитов (семь ксенолитов), отобранных в четвертичных щелочных базальтах вулкана Сверре, архипелаг Шпицберген. В нашем распоряжении было два крупных (более 15 см в диаметре) ксенолита, что позволило изучить изменения состава минералов в центральной, промежуточной и краевой части образцов хромдиопсидовых шпинелевых лерцолитов.
Мантийные ксенолиты были извлечены на поверхность четвертичными щелочными базальтовыми расплавами. По уже существующим данным шпинелевые лерцолиты подверглись, как минимум, двум значительным процессам: деплетированию, вызванному частичным плавлением, а затем воздействию мантийного метасоматоза [3]. На минеральном уровне последний процесс характеризуется появлением новообразованных минералов, развивающихся по первичным минералам ксенолитов, в частности, следует отметить образование новой генерации шпинели (рис.1).
Аналитические методы. Химический состав минералов на уровне главных элементов определен методом SEM-EDS в ИГГД РАН на сканирующем электронном микроскопе JEOL JSM-6510LA с энергодисперсионной приставкой JED-2200. Тонкие полированные пластинки пород напылялись углеродом. Точечные определения состава минералов выполнялись с использованием электронного луча с ускоряющим напряжением в 20 кВ и током 1 нА, размер пятна пучка составлял 3 мкм. Время накопления каждого спектра 35 с, в качестве стандартов использовались природные минералы, чистые оксиды и металлы. Для коррекции матричного эффекта использовался алгоритм ZAF.
Редкоземельные и редкие элементы были измерены методом LA-ICP-MS в Лаборатории ко-рово-мантийного вещества и обстановок Университета науки и технологий Китая. Подробные
ёД.С.Ашихмин, Ю.-С.Чен, С.Г.Скублов, А.Е.Мельник
Геохимия шпинели из ксенолитов мантийных лерцалитов.
Рис. 1. Изображение в режиме BSE шпинелей из мантийных ксенолитов: а - шпинель первой генерации Sp1 обрастает кристаллами второй генерации Sp2; б - включение оливина Ol в зерне шпинели
условия работы системы лазерной абляции и инструмента ICP-MS и обработки данных приведены в работе [5]. Применялись лазер GeLAS 2005 193 нм ArF и масс-спектрометр Agilent 7900 ICP-MS. В качестве газа-носителя использовался гелий. Аргон использовался в качестве добавочного газа и смешивался с газом-носителем через Т-образный соединитель перед входом в ICP.
Каждый анализ состоял из замера фона (~20-30 с) и анализа собственно образца (50 с). Содержимое элементов было откалибровано по широко распространенным стандартам (BCR-2G, BIR-1G, BHVO-2G и GSE-1G), стандарт NIST 610 использовался для калибровки дрейфа сигнала во время анализа. Размер пятна анализа составлял 32-44 мкм. Обработка фоновых и аналитических сигналов, коррекция временного смещения и количественная калибровка выполнена с помощью программы ICPMSDataCal [4, 5]. Сигнал с временным разрешением для каждого анализа тщательно проверялся на скачки содержания каждого элемента, и в большинстве случаев была выбрана только «чистая» часть спектра с плавной интенсивностью сигнала. Точность и воспроизводимость анализа, основанная на повторном анализе стандартов, для большинства редких элементов не хуже ± 10 % (2о).
Результаты и обсуждение. По петрографическому составу ксенолиты представлены шпи-нелевыми лерцолитами следующего минерального состава, типичного для данных пород: оливин (80 %), клинопироксен (13 %), ортопироксен (5 %), шпинель (2 %). Шпинель делится на две генерации: первую - кристаллы, возникшие из первоначального расплава, и вторую, связанную с процессом мантийного метасоматоза (рис.1, а).
Шпинель первой генерации представлена ксеноморфными кристаллами, расположенными в межзерновом пространстве оливина и клинопироксена. Размер кристаллов шпинели варьирует от 50 мкм до первых миллиметров. По своему химическому составу первая генерация шпинели относится к герциниту, содержание Al2O3 составляет в среднем 53 %, Cr2O3 - 13 % по массе. Индивидуальные зерна шпинели в целом не зональны по составу, однако, при сравнении состава разных зерен шпинели даже в пределах одного образца наблюдается изменение содержания главных элементов.
Мелкие кристаллы второй генерации размером в среднем 5 мкм имеют более идиоморфный облик и обрастают в виде мелкой щетки зерна шпинели первой генерации (рис.1, а). По содержанию главных элементов шпинель второй генерации отличается от первой генерации пониженным содержанием глинозема (до 42 % по массе) и увеличением содержания Cr2O3 в среднем на 20 %. Мелкий размер кристаллов второй генерации не позволяет исследовать их методом лазерной абляции, поэтому ниже обсуждается редкоэлементный состав шпинели только первой генерации.
Представительные составы шпинелей первой генерации по данным LA-ICP-MS приведены в таблице. Содержание оксидов главных элементов по данным LA-ICP-MS хорошо согласуется с результатами анализа шпинелей на электронном микроанализаторе - среднее содержание глинозема по данным лазерной абляции также составляет 53,1 % по массе. Стоит отметить, что в круп-
ёД.С.Ашихмин, Ю.-С.Чен, С.Г.Скублов, А.Е.Мельник
Геохимия шпинели из ксенолитов мантийных лерцапитов.
ных ксенолитах SH-1 и SH-2 заметны достаточно сильные колебания в содержании глинозема в зависимости от области образца, из которой были отобраны шпинели. Так, в центральной, промежуточной и краевой зоне содержание глинозема в шпинелях имеет следующие средние значения - 55,5, 51,8 и 50,8 % по массе, соответственно. Для остальных ксенолитов характерно выдержанное содержание глинозема (в среднем 54 %), близкое к составу шпинели из центральной части крупных ксенолитов.
Состав шпинели по данным LA-ICP-MS
Образец MgO А!2ОЗ Сг203 FeO V Мп Со № Си Zn Бп Mg # Сг # Dmelt
% по массе РРт
21,7 53,3 11,6 11,5 533 399 803 286 3275 2,58 1236 1,11 38,0 40,8 18,94
21,3 53,5 12,1 11,4 434 405 781 270 3296 2,72 1242 0,98 39,1 42,0 19,43
22,0 53,0 11,8 11,5 440 397 843 278 3258 3,00 1220 1,04 38,5 41,3 19,14
БН-1Ь-1Ь-15 21,5 53,5 11,6 11,6 433 410 819 275 3297 3,71 1266 0,94 37,7 40,5 18,79
(центральная 21,7 53,3 11,8 11,5 438 407 804 281 3578 3,43 1307 1,16 38,4 41,2 19,11
часть ксенолита БН-1) 21,5 21,9 53,3 53,7 11,9 11,3 11,6 11,4 456 440 404 431 789 797 272 279 3225 3284 3,14 2,67 1184 1247 1,02 0,74 38,3 37,6 41,1 40,5 19,04 18,78
21,5 53,2 11,6 11,8 440 400 819 296 3214 3,50 1295 1,02 37,4 40,3 18,69
21,0 54,9 11,3 11,2 447 390 773 276 3063 3,10 1190 0,60 38,0 40,8 18,91
21,7 53,7 11,2 11,6 427 391 799 299 3375 2,90 1276 1,08 37,0 39,8 18,50
БН-1Ь-2Ь-15 (промежуточная часть ксенолита БН-1) 20,6 51,1 14,1 12,3 491 470 829 267 2950 2,48 1176 0,91 41,2 44,1 20,33
20,6 20,3 51,5 50,7 13,8 14,7 12,4 12,4 494 536 458 481 811 846 253 259 2829 2864 1,93 2,54 1080 1240 0,79 0,93 40,4 41,8 43,3 44,7 19,98 20,58
21,1 49,8 14,3 12,9 476 457 842 264 2967 2,38 1144 0,99 40,3 43,2 19,96
21,0 50,1 14,1 12,9 483 465 880 274 3015 2,60 1223 1,18 40,0 42,8 19,79
20,8 51,1 13,9 12,3 495 464 847 266 3063 2,04 1218 1,16 40,8 43,7 20,17
БН-1Ь-3Ь-15 20,4 51,6 14,0 12,1 507 511 841 266 2966 3,01 1151 0,98 41,2 44,1 20,31
(краевая часть 20,6 51,6 13,9 12,1 481 469 857 258 2994 2,89 1133 0,91 41,2 44,1 20,34
ксенолита БН-1) 20,4 51,9 13,8 12,1 495 467 831 261 2897 2,28 1183 0,95 41,0 43,9 20,24
20,8 51,1 13,9 12,2 486 461 834 261 2958 2,62 1192 1,22 40,8 43,7 20,16
21,4 55,0 10,1 11,2 390 360 790 276 3257 3,51 1309 1,10 35,5 38,2 17,83
21,2 56,0 10,1 11,1 401 363 798 280 3330 2,95 1290 1,14 35,7 38,5 17,92
21,5 55,6 10,0 11,4 352 359 804 285 3309 2,61 1384 0,90 34,9 37,7 17,59
БН-2Ь-1Ь-15 21,5 55,9 10,0 11,1 352 354 798 277 3258 2,61 1319 0,77 35,4 38,1 17,78
(центральная 21,1 56,4 10,3 10,8 439 367 766 264 3097 3,12 1210 0,91 36,6 39,3 18,30
часть ксенолита 21,9 55,2 10,4 11,1 417 371 791 278 3251 3,34 1278 0,85 36,3 39,0 18,17
БН-2) 21,5 55,6 10,4 11,1 423 369 786 279 3228 2,65 1263 0,78 36,2 38,9 18,13
21,6 55,0 10,4 11,4 440 371 813 288 3433 2,74 1302 1,09 35,8 38,6 17,99
21,5 55,2 10,3 11,5 445 368 800 281 3280 3,24 1248 0,90 35,3 38,1 17,75
21,7 54,8 10,7 11,3 440 364 811 286 3295 2,79 1241 1,02 36,5 39,3 18,27
20,7 52,0 14,3 11,6 442 443 762 248 2780 2,42 1073 0,41 42,7 45,7 20,99
21,1 51,3 14,4 11,9 440 442 776 250 2771 2,36 1075 0,25 42,3 45,3 20,82
21,0 51,1 14,7 11,8 453 448 780 257 2821 2,65 1068 0,45 43,1 46,0 21,15
21,3 50,4 15,2 11,8 482 455 796 261 2860 2,12 1111 0,44 43,9 46,8 21,47
21,0 51,5 14,6 11,5 468 441 791 260 2860 2,45 1096 0,44 43,5 46,4 21,31
БН-2Ь-2Ь-15 21,4 50,6 14,6 11,9 442 446 811 270 3012 2,04 1152 0,39 42,8 45,8 21,04
(промежуточная 21,1 50,9 14,7 11,9 441 442 807 269 3048 2,52 1140 0,24 42,7 45,6 20,98
часть ксенолита 21,0 50,9 15,0 11,7 424 437 811 267 2974 2,46 1120 0,59 43,8 46,7 21,44
БН-2) 21,1 51,1 14,5 11,9 454 444 805 267 3001 2,36 1131 0,38 42,5 45,4 20,89
21,0 51,4 14,4 11,8 446 444 808 271 3009 2,45 1117 0,31 42,5 45,5 20,90
20,8 50,1 15,6 12,1 480 455 847 266 2898 2,64 1116 0,28 43,8 46,7 21,44
20,7 50,0 15,6 12,2 482 460 822 268 2944 2,67 1116 0,51 43,7 46,7 21,42
20,9 51,0 14,6 12,1 428 445 809 265 2979 2,17 1112 0,42 42,3 45,3 20,82
20,4 50,4 15,3 12,4 445 456 824 266 2889 2,52 1151 0,45 42,9 45,9 21,07
ёД.С.Ашихмин, Ю.-С.Чен, С.Г.Скублов, А.Е.Мельник
Геохимия шпинели из ксенолитов мантийных лерцалитов.
Окончание таблицы
MgO А!203 Сг203 FeO П V Мп Со № Си Zn Бп
Образец Mg # Сг # Dmelt
% по массе РРт
20,4 51,8 14,5 11,9 453 453 794 259 2925 2,38 1138 0,55 42,5 45,5 20,90
БН-2Ь-3Ь-15 (краевая часть ксенолита БН-2) 21,3 21,1 21,0 50.5 50.6 51,0 14.3 14,7 14.4 12,3 12,1 12,2 444 455 450 439 452 451 792 787 798 259 259 257 2891 2816 2876 2,37 2,17 2,42 1103 1121 1075 0,56 0,42 0,48 41,4 42,4 41,6 44,3 45,3 44,5 20,43 20,85 20,52
21,3 51,1 14,2 12,0 442 459 779 257 2849 2,19 1084 0,33 41,9 44,8 20,64
21,0 50,9 14,9 11,8 465 450 809 254 2810 2,19 1057 0,53 43,5 46,4 21,31
22,0 54,4 11,7 10,4 432 384 730 255 3096 4,23 1124 0,38 40,5 43,3 20,00
22,1 54,6 11,4 10,5 428 380 718 250 3018 3,10 1083 0,34 39,8 42,7 19,74
22,2 54,5 11,5 10,3 491 394 719 254 3158 3,02 1072 0,40 40,4 43,3 19,99
22,0 54,9 11,4 10,3 461 394 733 255 3141 3,50 1116 0,46 40,2 43,1 19,89
22,6 55,0 11,1 9,9 461 411 694 245 3004 3,26 1084 0,43 40,4 43,3 19,98
21,8 55,4 11,5 9,9 484 406 701 250 2998 3,54 1079 0,38 41,3 44,2 20,39
22,2 55,1 11,5 9,8 488 392 705 251 3125 3,16 1079 0,46 41,7 44,6 20,55
БН-4-15 22,1 54,2 12,0 10,1 514 417 735 269 3167 2,85 1118 0,48 41,8 44,7 20,59
22,0 54,2 12,2 10,2 429 397 746 256 3182 3,21 1089 0,36 42,2 45,1 20,74
22,0 55,2 11,5 9,8 450 386 728 262 3180 3,32 1128 0,37 41,7 44,6 20,53
21,5 55,3 11,8 10,0 456 388 737 260 3218 3,57 1116 0,39 41,7 44,6 20,55
21,8 54,8 11,8 10,1 511 413 736 261 3142 3,28 1114 0,38 41,4 44,3 20,41
22,5 54,1 12,0 9,9 446 415 746 269 3141 3,15 1130 0,33 42,4 45,4 20,87
22,0 54,4 11,7 10,6 479 410 736 265 3151 3,44 1130 0,37 40,2 43,0 19,87
21,7 55,3 11,9 9,7 415 387 731 263 3052 3,16 1140 0,23 42,6 45,6 20,94
21,0 53,1 11,9 12,4 471 444 799 266 2846 1,48 1181 0,55 36,7 39,5 18,38
20,3 54,4 11,8 11,8 484 395 768 259 2972 2,10 1127 0,50 37,9 40,7 18,88
19,9 52,3 14,2 12,0 442 398 826 255 2707 1,52 1147 0,47 41,8 44,7 20,60
20,1 52,4 13,6 12,1 418 444 824 262 2770 2,54 1121 0,72 40,5 43,4 20,01
21,0 53,7 10,9 12,6 464 399 789 260 2886 3,99 1178 0,63 34,5 37,2 17,40
20,6 52,5 11,5 13,6 468 404 843 296 2973 2,10 1177 0,64 34,0 36,7 17,18
21,3 52,0 13,4 11,6 427 425 762 263 2761 1,79 1114 0,38 41,2 44,1 20,32
БН-5-15 20,7 53,6 11,8 12,3 409 404 821 266 2895 1,69 1181 0,62 36,8 39,6 18,42
20,5 53,5 11,9 12,4 415 408 831 266 2952 1,50 1186 0,44 36,9 39,7 18,46
22,5 52,5 11,5 11,9 433 396 794 269 2904 1,99 1181 0,55 36,9 39,8 18,47
20,8 52,8 13,2 11,6 458 409 748 249 2841 1,63 1179 0,47 40,8 43,7 20,14
20,9 54,3 10,6 12,4 479 403 776 258 3038 1,60 1156 0,55 34,2 36,9 17,27
20,9 53,6 11,8 12,0 429 422 829 268 2871 1,86 1224 0,55 37,4 40,2 18,68
20,4 52,5 13,7 11,8 494 392 751 243 2835 1,67 1116 0,36 41,3 44,2 20,36
20,7 54,0 11,0 12,6 471 401 805 259 2965 2,26 1239 0,47 34,8 37,5 17,52
22,3 54,0 11,6 10,7 519 395 738 252 3050 3,11 1054 0,37 39,9 42,8 19,75
22,0 54,9 11,1 10,5 454 383 706 249 2954 2,92 1085 0,29 39,1 41,9 19,40
БН-6-15 21,7 55,2 11,1 10,6 499 391 707 249 3069 3,13 1076 0,29 38,9 41,7 19,31
21,6 55,5 11,2 10,3 466 390 703 255 3041 3,14 1042 0,38 39,7 42,5 19,66
21,6 54,7 11,9 10,5 522 407 736 247 2929 2,97 1091 0,43 40,8 43,6 20,13
21,0 52,7 11,7 12,6 476 409 848 282 3143 1,92 1247 0,45 36,2 38,9 18,13
20,7 53,7 11,5 12,2 467 434 825 274 3024 1,80 1270 0,56 36,4 39,1 18,21
БН-7-15 20,6 53,8 11,3 11,9 431 404 803 255 2833 5,51 828 0,61 36,7 39,5 18,35
20,6 53,4 12,5 11,8 480 397 774 260 3048 2,48 1193 0,50 39,1 42,0 19,41
21,1 54,3 10,8 12,0 509 411 793 335 3122 2,51 1185 0,43 35,3 38,1 17,76
Магнезиальность Mg# = Mg/(MgxFetot)x100 % в изученных образцах шпинелей варьирует, наблюдается отличие по этому показателю даже в пределах одного образца (см. таблицу). В крупных ксенолитах магнезиальность шпинелей носит выдержанный характер, но только в своей зоне. Так, в ксенолитах SH-1 и SH-2 в центральной части среднее значение магнезиально-
Д.С.Ашихмин, Ю.-С.Чен, С.Г.Скублов, А.Е.Мельник
Геохимия шпинели из ксенолитов мантийныхлерцолитов...
сти равно 35,8, в промежуточной - 40,7, а в краевой зоне - 38,0. Такой характер зональности возможно объяснить, наличием в промежуточной части крупных ксенолитов микровключений оливина в шпинели по данным электронной микроскопии. Дальнейшее взаимодействие флюидов с микровключениями оливина приводит к перераспределению части магния во вмещающую оливин шпинель [3].
Хромистость Сг# = Сг/(Сг^еш)х100 % шпинели варьирует от 36,7 до 46,8 без определенных закономерностей. Так, в одном образце данный показатель может изменяться от 38,1 до 42,0 (см. таблицу). В крупных ксенолитах заметно увеличение хромистости от центра к краю. Вероятнее всего, это связано с мантийным метасоматозом, проявленном в виде процессов частичного плавления, которое испытали исследуемые ксенолиты [7]. Степень частичного плавления возможно оценить при помощи уравнения регрессии [1]:
Dmelt = 0,426 х Сг# + 1,538,
где Dmelt - степень частичного плавления, %; Сг# - показатель хромистости в шпинелидах, %.
Степень частичного плавления составляет в среднем около 20 %, не превышая 21,5 % (см. таблицу). Наиболее сильно степень частичного плавления представлена в промежуточной части крупных ксенолитов, а не в краевой. Такая закономерность, вероятней всего, связана с градиентом температуры в крупных ксенолитах при процессах мантийного метасоматоза, при котором флюид неравномерно воздействует на весь объем крупного ксенолита.
По соотношению главных элементов наблюдается закономерная обратная корреляция содержания в шпинелях М£0 и FeO (рис.2, а) и А1203 и Сг203 (рис.2, б), обусловленная изоморфными замещениями этих пар элементов. В отношении корреляции хрома с другими элементами стоит особо отметить зависимости, связанные с марганцем (рис.2, в). На графике четко вырисовываются два тренда, принципиально отличающиеся по характеру корреляции содержания в
о
<а
14 1
13
12
11
10
900
850
800
750
700
О* * Л
* ; м ^
о
■ БН-2Ь-1Ь-15
• БН-2Ь-2Ь-15 А БН-2Ь-3Ь-15 V БН-1Ь-1Ь-15
БН-1Ь-2Ь-15 ► БН-1Ь-3Ь-15
♦ БН-4-15
* БН-5-15
• БН-6-15
* БН-7-15
I ♦ ♦ 5 *
♦ ♦
20
20,5
21 21,5 МеО
22
22,5
■
*■»£ ▼л
►
>< < \
А- •
• •
♦ ♦
$
♦
10
11
12 13 Сг20э
14
15 16
О
и.
О
16 15 14 13 12 11 10
520 480 440 400 360
50
■к
Л V ♦
« * * • \ .
у
* ■
51
52
53 54 А12О3
55
56 57
г
а\
•• •
* 4 * ♦
Г/ ►
10
11
12
13 Сг203
14
15
16
Рис.2. Состав шпинелей из мантийных ксенолитов вулкана Сверре
б
а
9
в
г
Д.С.Ашихмин, Ю.-С.Чен, С.Г.Скублов, А.Е.Мельник
Геохимия шпинели из ксенолитов мантийныхлерцолитов...
0,1
0,01
0,001.
La Ce Pr Nd Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
0,1
0,01
0,001
11 шпинелях СггОз и Mn. Для крупных ксенолитов
в центральных и промежуточных частях, а также в ксенолитах меньшего размера (SH-4-15, SH-6-15) наблюдается положительная корреляция этих элементов, для краевых частей и ксенолитов меньшего размера (SH-5-15, SH-7-15) -менее значимая отрицательная корреляция. Столь неоднозначное распределение достаточно сложно интерпретировать. Отметим прямую зависимость для всех рассматриваемых образцов шпинелей между содержанием Cr2O3 и V (рис.2, г), что является типичным для ксенолитов верхней мантии.
Среднее содержание железа в рассматриваемых шпинелях составляет 11,5 %, при минимальном значении 9,8 % и максимальном 13,6 %. В крупных ксенолитах содержание FeO достаточно выдержанное в каждой зоне, в то время как в небольших ксенолитах вариации содержания железа довольно значительны (см. таблицу).
Распределение редкоземельных элементов (REE) в шпинелидах представляет собой достаточно сложный вопрос, так как до настоящего времени точно не установлено, какую позицию занимают ионы REE в кристаллической решетке минерала. Однако стоит отметить, что в работе Ф.П.Леснова [2] выдвигается предположение, что наиболее вероятными кандидатами, позицию которых в шпинелидах занимают трехвалентные ионы HREE, являются ионы VIIIFe2+ и VIIIMg2+. Данные по содержанию REE в шпинелях весьма лимитированы и затрагивают в основном хромшпинелиды (обзор в [2]).
Нами приводятся представительные анализы содержания REE в шпинелях. Среднее суммарное содержание редкоземельных элементов в изученных зернах не превышает 0,12 ppm, а спектры распределения REE имеют ярко выраженный синусоидальный облик с точками перегиба, соответствующих Dy и, в ряде случаев, Ho (рис.3). Такое распределение редкоземельных элементов является нетипичным для шпи-нелидов, так как при анализе литературы (обзор в [2]) было установлено, что типичные спектры распределения REE в шпинелях демонстрируют плавное понижение от легких к тяжелым REE. Ранее было установлено, что синусоидальный характер спектров распределения REE в минералах, в частности, в мантийных гранатах, наряду с другими особенностями состава является индикатором мантийного метасоматоза [8].
Нормированное содержание легких REE во всей представительной выборке шпинелей увеличивается от La до Eu и далее, до Gd. В некоторых шпинелях содержание La и Ce находится ниже порога чувствительности метода LA-ICP-MS. Eu-аномалия в ряде образцов имеет неявно
La Ce Pr Nd Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
0,1
0,01
0,001
La Ce Pr Nd Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
Рис.3. Спектры распределения, нормированные на состав
хондрита С1, редкоземельных элементов в шпинелях из ксенолита SH-1: а - центральная, б - промежуточная, в - краевая часть
ёД.С.Ашихмин, Ю.-С.Чен, С.Г.Скублов, А.Е.Мельник
Геохимия шпинели из ксенолитов мантийных лерцалитов.
выраженный положительный характер (рис.3). Содержание тяжелых REE носит резко дифференцированный характер, от Gd до Dy наблюдается уменьшение нормированных содержаний, а минимальное значение среди HREE имеет Ho, который является точкой перегиба с последующим увеличением нормированных содержаний элементов от Er до Lu.
Таким образом, впервые получены результаты (метод LA-ICP-MS) по редкоэлементному составу шпинелей из мантийных ксенолитов лерцолитов в щелочных базальтах архипелага Шпицберген, дополняющие опубликованные в мировой литературе данные по геохимии шпинелей мантийного происхождения.
Благодарности. Авторы благодарят д-ра геол.-минерал. наук А.Н.Сироткина (ПМГРЭ) за предоставленные образцы ксенолитов и канд. геол.-минерал. наук О.Л.Галанкину (ИГГДРАН) за проведение аналитических работ. Исследование выполнено при финансовой поддержке Минобр-науки России в рамках базовой и проектной части государственного задания в сфере научной деятельности № 5.9248.2017/ВУ на 2017-2019 гг.
ЛИТЕРАТУРА
1. Геохимия акцессорных хромшпинелидов из пород Эргаского хромитоносного гипербазитового массива и условия его формирования (Западный Саян) / Ф.П.Леснов, М.Ю.Подлипский, Г.В.Поляков, Г.В.Палесский // Доклады АН. 2008. Т. 422. № 5. С. 660-664.
2. Леснов Ф.П. Редкоземельные элементы в ультрамафитовых и мафитовых породах и минералах. Кн. 2. Второстепенные и акцессорные минералы. Новосибирск: Академическое изд-во «Гео», 2009. 190 с.
3. Carbonate-bearing mantle peridotite xenoliths from Spitsbergen: phase relationships, mineral compositions and trace-element residence / D.A.Ionov, S.Y.O'Reilli, Y.S.Genshaft, M.G.Kopylova // Contributions to Mineralogy and Petrology. 1997. Vol. 125. P. 375-392.
4. Continental and oceanic crust recycling-induced melt-peridotite interactions in the Trans-North China Orogen: U-Pb dating, Hf isotopes and trace elements in zircons from mantle xenoliths / Y.S.Liu, S.Gao, Z.Hu et al. // Journal of Petrology. 2010. Vol. 51. P. 537-571.
5. In situ analysis of major and trace elements of anhydrous minerals by LA-ICP-MS without applying an internal standard / Y.S.Liu, Z.Hu, S.Gao et al. // Chemical Geology. 2008. Vol. 257. P. 34-43.
6. Kamenetsky V.S. Factors controlling chemistry of magmatic spinel: an empirical study of associated olivine, Cr-spinel and melt inclusions from primitive rocks / V.S.Kamenetsky, A.J.Crawford, S.Meffre // Journal of Petrology. 2001. Vol. 42. P. 655-671.
7. Mechanisms and sources of mantle metasomatism: major and trace element compositions of peridotite xenoliths from Spitsbergen in the context of numerical modeling / D.A.Ionov, J.-L.Bodinier, S.B.Mukasa, A.Zanetti // Journal of Petrology. 2002. Vol. 43. P. 2219-2259.
8. Metasomatic processes in lherzolitic and harzburgitic domains of diamondiferous lithospheric mantle: REE in garnets from xenoliths and inclusions in diamonds / T.Stachel, K.S.Viljoen, G.Breya, J.W.Harris // Earth and Planetary Science Letters. 1998. Vol. 159. P. 1-12.
Авторы: Д.С.Ашихмин, геолог, [email protected] (Всероссийский научно-исследовательский геологический институт им. А.П.Карпинского, Санкт-Петербург, Россия), Ю.-С.Чен, д-р наук, доцент, [email protected] (Школа наук о Земле и Космосе Университета науки и технологий Китая, Хэфэй, Китай), С.Г.Скублов, д-р геол.-минерал. наук, главный научный сотрудник, [email protected] (Институт геологии и геохронологии докембрия РАН, Санкт-Петербург, Россия), АЕ.Мельник, канд. геол.-минерал. наук, младший научный сотрудник, [email protected] (Институт геологии и геохронологии докембрия РАН, Санкт-Петербург, Россия).
Статья принята к публикации 29.05.2017.
