CC BY
84
Vestoik IG Komi SC UB RAS, July, 2014, No 7
УДК 552.54:550.42 (234.85)
Изотопный состав кислорода и углерода в магматических и осадочных карбонатных породах среднего тимана
О. В. Удоратина1, И. В. Смолева1, И. Л. Недосекова2, В. А. Капитанова1
:ИГ Коми НЦ УрО РАН, Сыктывкар; [email protected] 2ИГГ УрО РАН, Екатеринбург; [email protected]
Обобщены результаты изотопно-геохимических исследований магматических пород четласского комплекса (карбонатитов, пи-критов, лампрофиров) и осадочных карбонатных пород (доломитов и известняков) четласской и быстринской серий Среднего Тимана. Сделан вывод о том, что щелочные пикриты и связанные с ними карбонатиты являются, во-первых, по источнику вещества мантийными образованиями, а во-вторых, магматическими и частично постмагматическими (гидротермальными) продуктами единого подко-рового очага. Сравнительное исследование осадочно-терригенных пород, вмещающих магматиты четласского комплекса, показало, что образование карбонатитов не сопровождалось существенной ассимиляцией экзогенного вещества.
Ключевые слова: изотопы углерода и кислорода, карбонатиты, пикриты, доломиты, Средний Тиман.
THE OXYGEN AND CARBON ISOTOPIC COMPOSITION OF THE MAGMATIC AND SEDIMENTARY CARBONATE ROCKS (MIDDLE TIMAN)
O. V. Udoratina1, I. L. Nedosekova2, I. V. Smoleva1, V. A. Kapitanova1
1IG Komi Science Centre, Syktyvkar 2IGG UD RAS, Ekaterinburg
The results of isotopic-geochemical studies of igneous rocks of Chetlassky complex (carbonatites, picrites, lamprophyre) and sedimentary carbonate (dolomite and limestone) rocks of Middle Timan Chetlassky Bystrinskaya series have been summarized. It was concluded that alkaline picrites and associated carbonatites were, firstly, on the mantle source material entities, and secondly, magmatic and partly postmagmatic (hydrothermal) products from single mantle source. Comparative study of clastic sedimentary rocks enclosing magmatites of Chetlassky complex showed that the formation of carbonatites were not accompanied by a significant assimilation of exogenous substances.
Keywords: carbon and oxygen isotopes, sedimentary carbonates, Middle Timan.
На Среднем Тимане в юго-восточной части Четласского камня широко развиты щелочно-ультра-основные дайки (пикриты и лам-профиры) и тела карбонатов, объединенные в единый четласский комплекс. Дайки прорывают терри-генные и терригенно-карбонатные осадочные породы четласской (RF2) и быстринской (RF3) серий рифей-ского возраста. Число тел в закарти-рованных дайковых полях достигает нескольких тысяч. В пространственной и временной связи с дайками ультрабазитов находятся щелочные метасоматиты (фениты, флогопито-вые слюдиты, полевошпатовые ме-тасоматиты), карбонатные жилы с акцессорной редкометалльной минерализацией (пирохлором, колумбитом, ильменорутилом, монацитом и др.) и гидротермальные гётит-по-
левошпатовые и кварц-гетит-гема-титовые породы [1, 3, 7]. Изотопный состав углерода и кислорода в карбо-натитах четласского комплекса достаточно хорошо изучен [1—3, 6, 7, 9]. Но для ассоциированных с кар-бонатитами пикритов и вмещающих осадочных карбонатных пород Среднего Тимана имеются лишь спорадические и зачастую неполные данные [2, 4].
Магматические карбонатные породы четласского комплекса. Вариации изотопного состава углерода и кислорода в карбонатитах чет-ласского комплекса, по данным [1, 2, 7], невелики (%0): 813С = -4.6... -3.4; 5180 = 8.6.14.6. Для карбонатов из лампрофиров изотопные вариации более широки (%): 813С = -11.6.-4.3; 5180 = 7.2.20.7 % [2]. Т. Г. Шумиловой с соавторами [9]
для тиманских карбонатитов получены несколько более широкие пределы колебания изотопных коэффициентов (%с): 813С = -6.5.-3.6; 518О = 8.6.21.1 %. Проведенные нами новые измерения показывают, что в четласском комплексе вариации изотопного состава углерода и кислорода в карбонатитах, карбонатсодер-жащих лампрофирах и карбонатных прожилках, секущих фениты, можно ограничить примерно теми же пределами, а именно (%): 813С = -4.9. -3.14; 518О = 8.3.15.2. Таким образом, все полученные к настоящему времени данные по изотопному составу С и О характеризуют тиманские карбонатиты как преимущественно магматические образования [3].
Осадочные карбонатные породы. Четласскую серию формируют отложения светлинской, новобобровской
ВестШе ИГ Коми НЦ УрО РАН, июль, 2014 г., № 7
и визингской свит. Карбонатные отложения в ней развиты локально, будучи приуроченными к новобобров-ской свите, для которой известны лишь единичные данные по углероду [4]. Гораздо большей карбонатно-стью характеризуется быстринская серия, в состав которой входят ань-югская, рочугская, павьюгская и па-ундская свиты со значительной концентрацией карбонатолитов. По данным наших предшественников [4], изотопный состав углерода и кислорода в доломитах павьюгской свиты Цильменского Камня изменяется в узких пределах (%о): 813С = —2.5... -2.2; 5180 = 19.4.23.7. По данным [2], карбонаты в осадочных породах Четласского Камня демонстрируют
значительно больший разброс значений (%): 813С = -13.4.-0.4; 5180 = 8.6.24.7, что дает основание усомниться в безошибочности генетической трактовки исследованных объектов. Полученные нами данные для осад очных карбонатных пород в ро-чугской и павъюгской свитах бы-стринской серии [8] на Четласском Камне варьируются в типичных для нормальных морских осадочных пород пределах (%): 813С = -4.5.0.5; 5180 = 18.1.25.7.
Обобщение известных к настоящему времени изотопно-геохимических данных для карбонатных магматических и осадочных пород Среднего Тимана (см. таблицу) позволяет сделать следующие выводы.
По своим изотопно-геохимическим характеристикам среднетиман-ские эндогенные и экзогенные карбонатные породы статистически могут быть подразделены на несколько групп. 0ни выделяются обособленными полями изотопного состава углерода и кислорода на сводной изотопно-геохимической диаграмме (см. рисунок).
Первое поле (I) образуют кар-бонатиты, которые считаются магматическими по своим текстурно-структурным и минералого-геохи-мическим характеристикам. Вполне закономерно, что это поле четко комплементируется с данными для магматических карбонатитов (поле 2, см. рисунок, [5]).
Изотопный состав углерода и кислорода в карбонатах из магматических пород четласского комплекса и осадочных пород быстринской и четласской серий
n/n 813С, %о S18O, %о n/n 813С, %0 S18O, %0 n/n 813С, %0 S18O, %о n/n 813С, %о S18O, %о
Карбонатиты магматогенные
1 -3.4 11.8 15 -3.9 9.0 29 -3.4 15.2 43 -3.9 12.6
2 -3.4 13.9 16 -4.0 9.2 30 -3.5 11.3 44 -3.9 10.0
3 -3.5 11.8 17 -4.1 11.2 31 -3.6 12.8 45 -4.1 11.5
4 -3.5 14.6 18 -4.2 8.9 32 -3.6 10.2 46 -4.1 11.2
5 -3.5 10.7 19 -4.2 9.9 33 -3.7 9.9 47 -4.2 11.6
6 -3.6 11.0 20 -4.2 11.5 34 -4.1 8.3 48 -4.4 12.4
7 -3.6 9.9 21 -4.3 9.3 35 -4.9 10.8 49 -4.4 9.5
8 -3.8 11.3 22 -4.4 9.5 36 -3.6 14.1 50 -4.4 9.2
9 -3.8 8.9 23 -4.4 9.9 37 -3.6 13.2 51 -4.4 9.2
10 -3.8 11.1 24 -4.4 9.8 38 -3.6 10.4 52 -4.5 8.8
11 -3.8 9.6 25 -4.4 9.5 39 -3.6 10.2 53 -4.7 8.6
12 -3.8 13.8 26 -4.4 12.9 40 -3.7 13.1 54 -3.0 13.7
13 -3.8 10.2 27 -4.6 11.0 41 -3.7 10.9 Х -3.93 11.01
14 -3.9 9.0 28 -3.1 14.6 42 -3.7 11.9 Sx 0.42 1.77
Щелочные пикриты и лампрофиры
55 -5.4 13.8 59 -8.0 13.3 63 -8.7 7.2 67 -10.9 14.4
56 -5.4 11.6 60 -8.0 16.7 64 -9.2 13.2 68 -5.8 12.1
57 -7.3 8.6 61 -8.2 15.2 65 -9.2 11.0 Х -7.99 12.79
58 -7.8 13.8 62 -8.5 14.3 66 -9.5 13.8 Sx 1.6 2.53
Карбонатиты гидротермально -метасоматические
69 -8.0 16.7 73 -4.5 19.1 77 -5.0 18.8 81 -6.5 20.8
70 -3.7 18.2 74 -3.9 16.7 78 -5.8 17.1 82 -10.3 18.6
71 -3.8 18.1 75 -4.5 15.4 79 -6.1 18.4 Х -6.09 18.72
72 -4.4 19.1 76 -5.0 18.1 80 -6.2 21.1 Sx 2.27 2.14
Осадочные терригенно-карбонатные породы
83 -0.39 11.6 88 -1.8 23.3 93 -0.9 18.0 98 0.7 16.7
84 -0.4 16.4 89 -1.1 25.0 94 -0.8 19.4 99 1.2 23.7
85 -0.4 23.4 90 -0.5 23.8 95 -0.8 22.5 Х -0.57 21.05
86 -2.2 22.3 91 0.5 25.7 96 -0.22 19.4 Sx 0.94 3.76
87 -2.1 24.3 92 -0.9 22.7 97 0.4 19.7
Примечание. Все определения изотопного состава кислорода и углерода карбонатных пород проведены в ЦКП «Геонаука» ИГ Коми НЦ УрО РАН. Растворение карбонатов в ортофосфорной кислоте и измерение изотопного состава углерода и кислорода в режиме непрерывного потока гелия производились на аналитическом комплексе фирмы ThermoFisher Scientific (Бремен, Германия), включающем в себя систему подготовки и ввода проб GasBench II, соединенную с масс-спектрометром DELTA V Advantage. Значения изотопных коэффициентов рассчитывались относительно эталонов PDB (513С) и SMOW (518О). При калибровке использованы международные стандарты NBS 18 и NBS 19. Ошибка определения значений изотопных коэффициентов не превышает 0.1 % (1ст). Кроме собственных результатов, использованы литературные данные [1—4, 6, 8, 9]; 1—27, 83 [1, 6]; 28—35 [3]; 36—53, 68, 74—82 [9]; 54—67, 69, 84, 85 [2]; 70—73, 86—91 [8]; 92—99 [4]. Статистические параметры: Х — среднее арифметическое, Sx — стандартное отклонение.
Vestoik IG Komi SC UB RAS, July, 2014, No 7
Сводная диаграмма изотопного состава карбонатов в магматических и осадочных
породах:
1—4 — экспертные поля [5] изотопного состава углерода и кислорода: 1 — карбонаты мантийного происхождения, 2 — магматические карбонатиты, 3 — плутоногенные гидротермалиты, 4 — фанерозойские осадочные породы, 5 — поле карбонатитов из боливийской провинции Ayopaya [10]; I—IV — поля (среднее ± 2о) изотопного состава углерода и кислорода в карбонатах Среднего Тимана: I — магматические карбонатиты, II — щелочные пикриты и лампро-фиры, III — плутоногенные гидротермальные карбонатолиты, IV — осадочные карбонатные породы быстринской и четласской серий
Второе поле (II) на изотопной диаграмме отвечает карбонатам из тиманских щелочных пикритов и лампрофиров. Эти близодновремен-ные или более поздние по происхождению породы отличаются от собственно магматических карбона-титов более изотопно-легким углеродом и более изотопно-тяжелым кислородом. По последней изотопной характеристике постмагматические карбонатиты занимают промежуточное положение между магматическими карбонатитами и плу-тоногенными гидротермалитами. Показательно, что поле карбонатитов из боливийской щелочно-ультра-основной провинции (поле 5, см. рисунок, [10]) на изотопной диаграмме располагается в области перехода от магматических тиманских карбона-титов к магматическим тиманским пикритам и лампрофирам.
Третье поле (III) на изотопной диаграмме характеризует постмагматические тиманские карбонатиты, сменяющие в пространстве-времени магматическую фацию карбонатитов. Эти эндогенные карбонаты по изотопному составу углерода практиче-
ски тождественны гидротермальным карбонатитам, а в более широком смысле могут быть отнесены к плуто-ногенно-гидротермальным. А вот по кислороду эти карбонаты заметно более изотопно-тяжелые. Это могло бы свидетельствовать об ассимиляции экзогенного карбонатного материала. Однако такая ассимиляция обычно сказывается не только на кислороде, но и на углероде, чего мы в данном случае не наблюдаем.
Наконец, четвертое поле (IV) на диаграмме относится к данным изотопного состава карбонатов из быстринской и четласской серий. Очевидно, что эти данные тождественны изотопно-геохимическим свойствам морских осадочных горных пород.
Авторы выражают благодарность В. И Силаеву за конструктивные критические замечания.
Исследования проводятся в рамках программы РАН 12-П-5-1015 (Блок. 4).
Литература
1. Костюхин М. Н., Степаненко В. И. Байкальский магматизм Канино-
Тиманского региона. Л.: Наука, 1987. 232 с. 2. Макеев А. Б., Брянчанинова Н. И., Патова В. А. Минералогия ги-пабиссальных вулканитов и метасо-матитов Четласского Камня (Средний Тиман) // Спектроскопия, рентгенография и кристаллохимия минералов: Тез. докл. межд. конф. Казань, 2005. С. 158-161. 3. Недосекова И. Л., Владыкин Н. В., Удоратина О. В., Ронкин Ю. Л. Карбонатиты четласского комплекса (Средний Тиман): геохимические и изотопные данные // Ежегодник-2012: Тр. ИГГ УрО РАН. Вып. 160, 2013. С. 150—158. 4. Оловянишников В. Г., Штейнер В. Л.Изотопный состав углерода и кислорода протерозойских карбонатных пород Тимана и Приполярного Урала // ДАН СССР. 1993. Т. 329. № 3. С. 347—351. 5. Силаев В. И., Чайковский И. И., Митюшева Т. П., Хазов А. Ф. Современные карбонатные минерализации на испарительных и седимента-ционно-диагенетических изотопно-геохимических барьерах. Сыктывкар: Геопринт, 2008. 68 с. 6. Степаненко В. И. Суханов Н. В. Изотопный состав углерода и кислорода карбонатитов Среднего Тимана // ДАН СССР, 1980. Т. 251. № 3. С. 699—702. 7. Степаненко В. И. Особенности геологического строения и состава карбонатитового комплекса Среднего Тимана // Труды Ин-та геологии Коми фил. АН СССР, 1979. Вып. 29. С. 52—61. 8. Удоратина О. В., Недосекова И. Л., Смолева И. В. Изотопия кислорода и углерода осадочных карбонатных пород быстринской серии (Средний Тиман) // XX симпозиум по геохимии изотопов им. академика А. П. Виноградова: Тез. докл. ГЕОХИ РАН, М.: Акварель, 2013. С. 334—337.
9. Шумилова Т. Г., Ковальчук Н. С., Мингалев А. Н., Диваев Ф. К. Изотопный состав углерода и кислорода карбонатов и карбонатитов Косьюского массива (Средний Тиман) // Вестник ИГ Коми НЦ УрО РАН. 2012. № 4. С. 9—13.
10. Schultz F., Lehmann B., Tawackoli S. et al. Carbonatite diversity in the Central Andes: the Ayopaya alkaline province, Bolivia // Contrib. Mineral. Petrol. 2004. V. 148. P. 391—408.
Рецензент д. г.-м.н. В. И.Силаев
