1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Петрология
  4. T. 31, № 6, 2023

Петрология, 2023, T. 31, № 6, стр. 666-676

О применении прокси-минералов для оценки изотопного состава кислорода кислых расплавов

Е. О. Дубинина a, *, Л. Я. Аранович a

a Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН
Москва, Россия

* E-mail: elenadelta@inbox.ru

Поступила в редакцию 25.10.2022
После доработки 23.12.2022
Принята к публикации 18.02.2023

Аннотация

Рассмотрены проблемы, связанные с применением кварца и циркона в качестве прокси-минералов для реконструкции величины δ18О в кислых расплавах. Поправки Δ(Qz-R) и Δ(R-Zrn), которые необходимы для реконструкции, зависят от минерального состава породы и температуры закрытия изотопной системы кислорода прокси-минерала (Tq, Tz – температуры закрытия кварца и циркона соответственно). Оценка критериев применимости кварца проведена с помощью уравнения для расчета Δ(Qz-R), в котором учитывается Tq и минеральный состав породы. На примере лейкогранит-порфиров массива Раумид (Южный Памир) показано, что данная поправка может быть аппроксимирована постоянной величиной только при соблюдении ряда условий. Для оценки Δ(R-Zrn) предложен подход, состоящий в расчете средневзвешенного коэффициента фракционирования при Tz, независимо определяемой с помощью циркониевого термометра. На примере лейкогранитов Омсукчанского прогиба показано, что для одних и тех же пород данная поправка варьирует от 1.3 до 1.9‰, в отличие от величины Δ(R-Zrn) = 2.1‰, определяемой зависимостью от содержания SiO2 (Lackey et al., 2008). Проанализированы преимущества и ограничения применения кварца и циркона в качестве прокси-минералов.

Ключевые слова: прокси-минералы, изотопный состав кислорода, δ18О, кварц, циркон, ретроградный изотопный обмен, граниты, фенокристы, лавы, риолиты, диффузия, лейкограниты

Список литературы

  1. Акинин В.В., Биндеман И.Н. Вариации изотопного состава кислорода в магмах Охотско-Чукотского вулканогенного пояса // Докл. АН. 2021. Т. 499. № 1. С. 26–32.

  2. Банникова Л.А. Органическое вещество в гидротермальном рудообразовании. М.: Наука, 1990. 207 с.

  3. Волков В.Н., Негрей Е.В. Строение плутона Раумид и проблема становления гранитных интрузивов // Сов. геология. 1974. № 3. С. 46–59.

  4. Волков В.Н., Шатагин К.Н., Крамчанинов А.Ю. О роли процессов контаминации и гибридизма при формировании гранитов многофазного Раумидского массива (Памир) по данным изотопного Sm-Nd исследования // Докл. АН. 2016. Т. 470. № 3. С. 331–334.

  5. Дубинина Е.О., Носова А.А., Авдеенко А.С., Аранович Л.Я. Изотопная (Sr, Nd, O) систематика высоко-Sr-Ba гранитоидов позднемиоценовых интрузивов района Кавказских Минеральных Вод // Петрология. 2010. Т. 18. № 3. С. 227–256.

  6. Дубинина Е.О., Филимонова Л.Г., Коссова С.А. Изотопные (δ34S, δ13C, δ18O) характеристики вкрапленной минерализации магматических пород Дукатского рудного поля (Северо-Восток России) // Геология рудн. месторождений. 2019. Т. 61. № 1. С. 39–51.

  7. Дубинина Е.О., Андреева О.А., Авдеенко А.С. и др. Фракционирование изотопов кислорода в системе фенокрист–расплав: оценка равновесий в щелочных лавах вулкана Чанбайшань (Северо-Восточный Китай) // Петрология. 2020. Т. 28. № 5. С. 545–560.

  8. Дубинина Е.О., Авдеенко А.С., Волков В.Н. и др. Высоко фракционированные граниты массива Раумид (Южный Памир): изотопное (δ18О) и геохимическое изучение // Петрология. 2023а. Т. 31. № 4. С. 349–375.

  9. Дубинина Е.О., Филимонова Л.Г., Авдеенко А.С. и др. Изотопная система кислорода лейкогранитов Омсукчанского прогиба (СВ России): условия и механизмы взаимодействия флюид–порода // Докл. АН. 2023б, в печати.

  10. Константинов М.М., Наталенко В.Е., Калинин А.И., Стружков С.Ф. Золотосеребряное месторождение Дукат. М.: Недра, 1998. 202 с.

  11. Костицын Ю.А., Белоусова Е.А., Волков В.Н., Шатагин К.Н. Сравнительные исследования изотопного и элементного состава цирконов и материнских гранитов Раумидского массива // Материалы XVIII симпозиума по геохимии изотопов им. А.П. Виноградова, Москва, 14–16 ноября 2007 г. М.: ГЕОХИ РАН, 2007а. С. 51–52.

  12. Костицын Ю.А., Волков В.Н., Журавлев Д.З. Редкие элементы и эволюция гранитного расплава (на примере Раумидского массива, Ю. Памир) // Геохимия. 2007б. № 10. С. 1057–1069.

  13. Стружков С.Ф., Константинов М.М. Металлогения золота и серебра Охотско-Чукотского вулканогенного пояса. М.: Научный мир, 2005. 318 с.

  14. Филимонова Л.Г., Трубкин Н.В., Чугаев А.В. Минеральные типы зон гидротермальных изменений Дукатского рудного поля и их соотношения с лейкогранитами и эпитермальными золото-серебряными рудами (Северо-Восток России) // Геология рудн. месторождений. 2014. Т. 454. № 3. С. 195–221.

  15. Aranovich L.Y., Bortnikov N.S. New Zr–Hf geothermometer for magmatic zircons // Petrology. 2018. V. 26. P. 115–120.

  16. Bindeman I.N. Oxygen isotopes in mantle and crustal magmas as revealed by single crystal analysis // Rev. Mineral. Geochem. 2008. V. 69. P. 445–478.

  17. Bindeman I.N., Ponomareva V.V., Bailey J.C., Valley J.W. Volcanic arc of Kamchatka: a province with high-δ18O magma sources and large-scale 18O/16O depletion of the upper crust // Geochem. Cosmoch. Acta. 2004. V. 68. P. 841–865.

  18. Bindeman I.N., Gurenko A.A., Sigmarsson O., Chaussidon M. Oxygen isotope heterogeneity and disequilibria of olivine phenocrysts in large volume basalts from Iceland: Evidence for magmatic digestion and erosion of Pleistocene hyaloclastites // Geochim. Cosmoch. Acta. 2008. V. 72. P. 4397–4420.

  19. Boehnke P., Watson E.B., Trail D. et al. Zircon saturation re-revisited // Chem. Geol. 2013. V. 351. P. 324–334.

  20. Borisov A., Aranovich L. Zircon solubility in silicate melts: new experiments and probability of zircon crystallization in deeply evolved basic melts // Chem. Geol. 2019. V. 510. P. 103–112.

  21. Chacko T., Cole D.R., Horita J. Equilibrium oxygen, hydrogen and carbon isotope fractionation factors applicable to geological systems // Stable Isotope Geochemistry. Rev. Mineral. Geochem. 2001. V. 43. P. 1–81.

  22. Chen W.T., Zhou M.-F. Hydrothermal alteration of magmatic zircon related to NaCl-rich brines: diffusion-reaction and dissolution-precipitation processes // Amer. J. Sci. 2017. V. 317. P. 177–215.

  23. Colón D.P. Bindeman I.N., Wotzlaw J.‑F. et al. Origins and evolution of rhyolitic magmas in the central Snake River Plain: insights from coupled high-precision geochronology, oxygen isotope, and hafnium isotope analyses of zircon // Contrib. Mineral. Petrol. 2018. V. 173. https://doi.org/10.1007/s00410-017-1437-y

  24. Dennis P.F. Oxygen self-diffusion in quartz under hydrothermal conditions // J. Geoph. Res. 1984a. V. 89. P. 4047–4057.

  25. Dennis P.F. Oxygen self-diffusion in quartz // Prog. Exp. Petrol. NERC Publ. D. 1984b. V. 25. P. 260–265.

  26. Dodson M.I. Closure temperature in cooling geochronological and petrological systems // Contrib. Mineral. Petrol. 1973. V. 40. P. 259–274.

  27. Eiler J.M., Valley J.W., Stolper E.M. Oxygen isotope ratios in olivine from the Hawaii Scientific Drilling Project // J. Geophys. Res. 1996. V. 101. P. 11807–11813.

  28. Eiler J.M., Stolper E.M., McCanta M.C. Intra- and intercrystalline oxygen isotope variations in minerals from basalts and peridotites // J. Petrol. 2011. V. 52. № 7–8. P. 1393–1413.

  29. Farquhar J., Chacko T., Frost B.R. Strategies for high-temperature oxygen isotope thermometry: a worked example from the Laramie Anorthosite Complex, Wyoming, USA // Earth. Planet. Sci. Lett. 1993. V. 117. P. 407–422.

  30. Farver J.R. Oxygen and hydrogen diffusion in minerals // Rev. Mineral. Geochem. 2010. V. 72. P. 447–507.

  31. Fiebig J., Hoefs J. Hydrothermal alteration of biotite and plagioclase as inferred from intragranular oxygen isotope- and cation-distribution patterns // Eur. J. Mineral. 2002. V. 14. P. 49–60.

  32. Fu B., Cliff J., Zartman R.E. Zircon oxygen isotopic constraints from plutonic rocks on the magmatic and crustal evolution of the northern Appalachians in southern New England, USA // Can. J. Earth Sci. 2014. V. 51. https://doi.org/10.1139/cjes-2013-0189

  33. Harris C., Faure K., Diamond R.E., Scheepers R. Oxygen and hydrogen isotope geochemistry of S- and I-type grani-toids: the Cape Granite suite, South Africa // Chem. Geol. 1997. V. 143. P. 95–114.

  34. Giletti B.J. Diffusion effects on oxygen isotope temperatures of slowly cooled igneous and metamorphic rocks // Earth. Planet. Sci. Lett. 1986. V. 77. P. 218–228.

  35. Gurenko A.A., Chaussidon M. Oxygen isotope variations in primitive tholefites of Iceland: evidence from a SIMS study of glass inclusions, olivine phenocrysts and pillow rim glasses // Earth Planet. Sci. Lett. 2002. V. 205. P. 63–79.

  36. Jenkin G.R.T., Farrow C.M., Fallic A.E., Higgins D. Oxygen isotope exchange and closure temperatures in cooling rocks // J. Metamorph. Petrol. 1994. V. 12. P. 221–215.

  37. Kitajima K., Ushikubo T., Kita N.T. et al. Relative retention of trace element and oxygen isotope ratios in zircon from Archean rhyolite, Panorama Formation, North Pole Dome, Pilbara Craton, Western Australia // Chemical Geol. 2012. V. 332–333. P. 102–115.

  38. Kohn M.J., Valley J.W. Obtaining equilibrium oxygen isotope fractionations from rocks: theory and examples // Contrib. Mineral. Petrol. 1998. V. 132. P. 209–224.

  39. Lackey J.S., Valley J.W., Chen J.H., Stockli D.F. Dynamic magma systems, crustal recycling, and alteration in the Central Sierra Nevada Batholith: the oxygen isotope record // J. Petrol. 2008. V. 49. № 7. P. 1397–1426.

  40. O’Neil J.R., Taylor H.P.J. The oxygen isotope and cation exchange // Amer. Mineral. 1967. V. 52. P. 1414–1437.

  41. Pietranik A., Slodczyk E.S., Hawkesworth C.J. et al. Heterogeneous zircon cargo in voluminous late paleozoic rhyolites: Hf, O isotope and Zr/Hf records of plutonic to volcanic magma evolution // J. Petrol. 2013. V. 54. № 8. P. 1483–1501.

  42. Simon L., Lécuyer C. Continental recycling: the oxygen isotope point of view // Geochem. Geophys. Geosyst. 2005. V. 6. № 8. P. 1–10.

  43. Taylor H.P., Sheppard S.M.F. Igneous rocks: I. Processes of isotopic fractionation and isotope systematics // Ed. J.W. Valley. Temperature Geological Processes. Rev. Mineral. 1986. V. 16. P. 227–271.

  44. Trail D., Mojzsis S.J., Harrison T.M. et al. Constraints on Hadean zircon protoliths from oxygen isotopes, Ti-thermometry, and rare earth elements // Geochem. Geophys. Geosystems. 2007. V. 8. Iss. 6. Q06014. https://doi.org/10.1029/2006GC001449

  45. Valley J.W. Stable isotope thermometry at high temperatures // Stable Isotope Geochemistry. Rev. Mineral. Geochem. 2001. V. 43. P. 365–414.

  46. Valley J.W. Oxygen isotopes in zircon // Eds. J.M. Hanchar, P.W.O. Hoskin. Zircon. Rev. Mineral. Geochem. 2003. V. 53. P. 343–385.

  47. Valley J.W., Lackey J.S., Cavosie A.J. et al. 4.4 billion years of crustal maturation: oxygen isotope ratios of magmatic zircon // Contrib. Mineral. Petrol. 2005. V. 150. P. 561–580.

  48. Vho A., Lanari P., Rubatto D. An internally-consistent database for oxygen isotope fractionation between minerals // J. Petrol. 2020. V. 60. Is. 11. P. 2101–2129.

  49. Watson E.B., Cherniak D.J. Oxygen diffusion in zircon // Earth Planet. Sci. Lett. 1997. V. 148. P. 527–544.

  50. Watson E.B., Harrison M. Zircon saturation revisited: temperature and composition effects in a variety of crustal magma types // Earth Planet. Sci. Lett. 1983. V. 64. P. 295–304.

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Петрология

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал