1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Доклады Российской академии наук. Науки о Земле
  4. T. 512, № 2, 2023

Доклады Российской академии наук. Науки о Земле, 2023, T. 512, № 2, стр. 207-211

Изотопный состав гелия в щелочных интрузиях Прихубсугулья, Северо-Западная Монголия

В. В. Врублевский 1, *, А. А. Петлина 1, А. В. Гудков 2, М. Ю. Сидоров 2, А. С. Семиряков 1, Р. А. Шелепаев 3, 4, А. В. Вишневский 3, 4, И. Ф. Гертнер 1, Е. Н. Фомина 2, Е. Н. Козлов 2, О. В. Удоратина 5

1 Национальный исследовательский Томский государственный университет
Томск, Россия

2 Геологический институт Кольского научного центра Российской академии наук
Апатиты, Россия

3 Институт геологии и минералогии Сибирского отделения Российской академии наук
Новосибирск, Россия

4 Национальный исследовательский Новосибирский государственный университет
Новосибирск, Россия

5 Институт геологии Коми научного центра Уральского отделения Российской академии наук
Сыктывкар, Россия

* E-mail: vasvr@yandex.ru

Поступила в редакцию 14.02.2023
После доработки 13.06.2023
Принята к публикации 20.06.2023

Полный текст (PDF)

Аннотация

Изучен изотопный состав гелия флюидных включений в магнетите щелочных и субщелочных интрузий Прихубсугулья в Северо-Западной Монголии. Измеренное содержание 4He варьирует в диапазоне от 6.6 × 10–7 до 114 × 10–7 см3/г. Изотопное отношение 3He/4He большинства образцов варьирует в интервале 0.23–0.59 Ra и может свидетельствовать о присутствии в магматогенном флюиде гелия из разных источников. Максимум мантийного He (2.51 Ra) наблюдается в магнетите субщелочного габбро. При генерации первичной магмы с вероятным участием вещества SCLM-типа или менее обогащенного 3He плюмоподобного резервуара мантийная компонента гелия составляла около 40–60%. В эволюции фойдовых и щелочно-сиенитовых расплавов ее доля не превышала ~10–15% из-за смешивания с радиогенным He корового происхождения. Предполагается взаимодействие интрузий с фрагментами докембрийских аккреционно-коллизионных комплексов Тувино-Монгольского террейна. Подобное смешение изотопов He в расплавах и флюидах может служить косвенным признаком развития мантийного магматизма на активной континентальной окраине.

Ключевые слова: щелочной и субщелочной магматизм, изотопы гелия, мантийно-коровое взаимодействие, Прихубсугульcкий прогиб, Северо-Западная Монголия

Как правило, ареалы континентального щелочного магматизма расположены в зонах активности сублитосферных мантийных плюмов [1]. В условиях рифтинга платформенных блоков производные первичных магм обычно сохраняют изотопно-геохимические отметки глубинной природы их вещества [2]. Однако в более подвижных орогенических структурах формирование щелочных интрузий нередко сопровождается мантийно-коровым взаимодействием, признаки которого неоднократно фиксируются в плутонических ассоциациях щелочных пород и карбонатитов западной части Центрально-Азиатского складчатого пояса (ЦАСП) ([3–6] и ссылки там). В некоторых случаях предполагается отсутствие плюмового компонента в составе первичной щелочной магмы [7].

Изотопный состав гелия из флюидных включений в минералах изверженных пород является одним из самых значимых индикаторов участия глубинной мантии в процессах магмогенерации. Предположительно, ее вещество, обогащенное изотопом 3He, транспортируется глубинными плюмами и преобладает в базальтах океанских островов (OIB). Подобные породы характеризуются максимально высокими значениями изотопного отношения 3He/4He (до ~50 Ra, где Ra – отношение 3He/4He = 1.39 × 10–6 в атмосферном воздухе ([8] и ссылки там). Для верхнемантийных производных отношения 3He/4He существенно меньше (~7–9 Ra для MORB и ~5–7 Ra для континентальной литосферной мантии SCLM) [9]. В изотопном составе гелия коровых образований отмечается резкое обогащение радиогенным 4He (0.01–0.05 Ra) [10]. Такая контрастность вещества главных земных резервуаров позволяет рассматривать изотопный состав гелия в качестве надежного индикатора разноглубинных источников первичных магм.

Нами проведено исследование пяти небольших (до ~30 км2) штокообразных интрузивов, сосредоточенных в юго-западной части Прихубсугульского прогиба СЗ-Монголии и прорывающих метаосадочные породы и гранитоиды Тувино-Монгольского докембрийского террейна ЦАСП. Изученные плутоны относятся к различным по составу и возрасту магматическим формациям (ассоциациям): щелочно-габброидной (массивы Бэлтэсин-Гол, Овермараат-Гол, ~430 млн лет), габбро-сиенитовой (массив Додтам-Гол, ~300–275 млн лет) и щелочно-сиенитовой (массивы Барунман-Хан, Бурэнхан-Обо, ~290–280 млн лет) [11, 12].

Для изотопного анализа гелий был извлечен из магнетита, образующего в изученных породах акцессорную вкрапленность изометричных (до 0.2–0.3 мм в поперечнике) зерен. Мономинеральные фракции отбирались под бинокулярной лупой. По данным сканирующей электронной микроскопии (комплекс TESCAN VEGA II LMU, НИ ТГУ, г. Томск) магнетит не содержит включений других минералов, кроме ильменита, возникшего при распаде твердого раствора. Содержание и изотопный состав He определены на статическом масс-спектрометре МИ–1201(ИГ) в Геологическом институте КНЦ РАН (г. Апатиты). Экстракция гелия проводилась в высоковакуумных условиях путем ступенчатого дробления с применением электромеханической дробилки [13], позволяющей измельчать образцы в ручном и автоматическом режиме непосредственно в системе напуска масс-спектрометра. Известно, что при длительном дроблении природного каменного материала в составе выделяющихся благородных газов увеличивается доля радиогенных изотопов за счет процессов радиоактивного распада in situ [14]. Для минимизации вклада 4He, образующегося при распаде U и Th, нами измерялся изотопный состав только первой порции гелия после 1000 ударов. Сопутствующие газы осаждались на криогенной ловушке (активированный уголь, охлажденный жидким азотом при 77°К), а гелий дополнительно очищался титановыми геттерами. Калибровка чувствительности прибора и масс-дискриминации контролировалась регулярным измерением эталона с воздушным изотопным составом гелия по схеме стандарт–образец–стандарт. Значения бланка для 4He не превышали 1 × × 10–9 см3/г. Ошибки измерения (±1σ) концентрации He (метод высоты пика) и отношения 3He/4He составили 5 и 5–20% соответственно. Результаты анализа приведены в табл. 1. Влияние радиогенного 4He in situ оценивалось по количеству U и Th (данные ICP–MS, см. табл. 1) в пудре, оставшейся после измельчения магнетита.

Таблица 1.

Результаты изотопного анализа гелия и ICP–MS (U, Th) в акцессорном магнетите магматических пород Юго-Западного Прихубсугулья

Плутон Порода 4He (×10–7), см3/г STP 3He/4He, ×10–8 (R) R/Ra U, мкг/г Th, мкг/г
Додтам-Гол Субщелочное габбро1* 71.9 ± 3.4 348 ± 18 2.51 0.20 ± 0.02 1.4 ± 0.2
Бэлтэсин-Гол Якупирангит2* 40.0 ± 1.9 56.4 ± 3.8 0.41 1.5 ± 0.4 2.2 ± 0.3
'' Ийолит-уртит2* 112 ± 5 31.9 ± 3.5 0.23 10 ± 2 14.1 ± 0.4
Овермараат-Гол Монцонит2* 6.60 ± 0.35 56.9 ± 5.0 0.41 0.32 ± 0.04 1.2 ± 0.2
Бурэнхан-Обо Щелочной сиенит3* 55.5 ± 3.4 44.3 ± 5.0 0.32 2.5 ± 0.5 12.5 ± 0.4
Барунман-Хан Нефелиновый сиенит3* 114 ± 6 82.5 ± 4.1 0.59 1.3 ± 0.3 3.2 ± 0.5
'' Щелочной сиенит3* 98.9 ± 5.1 47.4 ± 7.4 0.34 7.0 ± 1.0 22.5 ± 0.6

*Магматические формации (ассоциации): 1* – габбро-сиенитовая, 2* – щелочно-габброидная, 3* – щелочно-сиенитовая. Концентрации U и Th измерены методом ICP–MS на оборудовании ЦКП “Геоаналитик” (грант Минобрнауки РФ 075-15-2021-680) в Институте геологии и геохимии УрО РАН, Екатеринбург.

Измеренное содержание 4He в мономинеральных пробах магнетита варьирует в диапазоне от 6.6 × 10–7 до 1.1 × 10–5 см3/г. Его количество в интрузивных фазах одного плутона (массивы Бэлтэсин-Гол, Барунман-Хан) может отличаться на порядок, но изотопное отношение 3He/4He в большинстве образцов находится в относительно узком интервале значений 0.23–0.59 Ra. По сравнению с другими интрузиями, только флюид в магнетите из субщелочного габбро массива Додтам-Гол имеет значение 3He/4He выше атмосферного (2.51 Ra, см. табл. 1). Подобные изотопные метки могут свидетельствовать как о смешении мантийного и корового вещества, так и о вероятном обогащении изотопом 4He в результате радиоактивного распада U и Th. При относительно небольших количествах U (~1–10 мкг/г) и Th (до 22.5 мкг/г) в изученных образцах магнетита наблюдается тенденция одновременного роста содержаний He и величины (U+0.24Th), что косвенно указывает на образование существенной части 4He в результате радиоактивного распада in situ (рис. 1 а). На диаграмме отношений 4He/3He и (U+0.24Th)/3He (рис. 1 б) минеральные составы образуют линейные тренды, за исключением магнетита в субщелочном габбро массива Додтам-Гол. Их наличие показывает, что вклад радиогенного 4He действительно оказал влияние на изотопные параметры гелия. По-видимому, разный наклон линий регрессии, рассчитанных для магнетитов из интрузивов щелочно-габброидной и щелочно-сиенитовой формаций, отражает время, в течение которого накапливался радиогенный 4He. При этом для минералов более молодых магматических ассоциаций их наклон закономерно меньше, чем для древних. Значение ~1.15 × 106 на оси 4He/3He в точке пересечения линий регрессии эквивалентно отношению R/Ra ~0.63, которое могло быть у флюида, захваченного при кристаллизации магнетита. Если генерация первичной магмы при формировании этих интрузивных комплексов происходила с участием вещества SCLM-типа (~6 Ra) или менее обогащенного 3He (~4–5 Ra) плюмоподобного источника [9, 15] и верхнекоровых пород (0.01–0.05 Ra) [10], то расчетная доля мантийного гелия [16] во флюиде могла составлять только 10–15%. Согласно предложенной модели субщелочное габбро массива Додтам-Гол должно содержать ~40–60% мантийного компонента.

Рис. 1.

Концентрации гелия, урана и тория (а), отношения 4He/3He и (U+0.24Th)/3He (б) в магматическом флюиде из магнетита интрузивных массивов Прихубсугулья. 1–3 – магматическая формация (ассоциация), изверженная порода, массив: 1 – габбро-сиенитовая, субщелочное габбро, Додтам-Гол; 2 – щелочно-габброидная, якупирангит и ийолит-уртит, Бэлтэсин-Гол, монцонит, Овермараат-Гол; 3 – щелочно-сиенитовая, щелочной сиенит, Бурэнхан-Обо, щелочной и нефелиновый сиениты, Барунман-Хан (см. табл. 1). Коэффициент 0.24Th отражает степень продуктивности тория в отношении гелия по сравнению с ураном.

Таким образом, несмотря на разную формационную принадлежность интрузивных пород Прихубсугулья, выявленные особенности изотопного состава гелия в акцессорном магнетите свидетельствуют о возможной коровой контаминации их первичных глубинных расплавов. Это согласуется с представлениями о совместном участии вещества мантии и континентальной коры в развитии щелочного и субщелочного магматизма складчатых областей [3–6]. В соответствии с существующими геотектоническими реконструкциями Тувино-Монгольского докембрийского террейна и общей структуры каледонид ЦАСП [17, 18], мы предполагаем взаимодействие изученных интрузий с фрагментами древних аккреционно-коллизионных комплексов. Сходный характер смешения изотопов гелия в расплавах и флюидах может также служить косвенным признаком развития мантийного магматизма в обстановке активной транзитали.

Список литературы

  1. Ernst R.E. Large igneous provinces. Cambridge: Cambridge University Press, 2014. 630 p.

  2. Gwalani L.G., Moore K., Simonetti A. Carbonatites, alkaline rocks and the mantle: a special issue dedicated to Keith Bell // Mineralogy and Petrology. 2010. V. 98. P. 5–10.

  3. Nikiforov A.V., Yarmolyuk V.V. Late Mesozoic carbonatite provinces in Central Asia: Their compositions, sources and genetic settings // Gondwana Research. 2019. V. 69. P. 56–72.

  4. Vrublevskii V.V., Nikiforov A.V., Sugorakova A.M., Kozulina T.V. Petrogenesis and tectonic setting of the Cambrian Kharly alkaline–carbonatite complex (Sangilen Plateau, Southern Siberia): Implications for the Early Paleozoic evolution of magmatism in the western Central Asian Orogenic Belt // Journal of Asian Earth Sciences. 2020. V. 188. 104163.

  5. Врублевский В.В., Гертнер И.Ф. Палеозойские щелочно-мафитовые интрузии Кузнецкого Алатау, их источники и условия образования расплавов // Петрология. 2021. Т. 29. № 1. С. 31–63.

  6. Doroshkevich A.G., Ripp G.S., Izbrodin I.A., Savaten-kov V.M. Alkaline magmatism of the Vitim province, West Transbaikalia, Russia: Age, mineralogical, geochemical and isotope (O, C, D, Sr and Nd) data // Lithos. 2012. V. 152. P. 157–172.

  7. Izbrodin I., Doroshkevich A., Rampilov M., Lastochkin E., Savatenkov V., Posokhov V., Khubanov V., Redina A. Age and petrogenesis of scapolite gabbro from the Bambuy intrusion (Vitim plateau, Russia) and their tectonic significance // International Journal of Earth Sciences. 2022. V. 111. P. 1859–1883.

  8. Stuart F.M., Lass-Evans S., Fitton J. G., Ellam R.M. High 3He/4He ratios in picritic basalts from Baffin Island and the role of a mixed reservoir in mantle plumes // Nature. 2003. V. 424. N 6944. P. 57–59.

  9. Gautheron C., Moreira M. Helium signature of the subcontinental lithospheric mantle // Earth and Planetary Science Letters. 2002. V. 199. P. 39–47.

  10. Mamyrin B.A., Tolstikhin I.N. Helium isotopes in nature. Amsterdam, New York: Elsevier, 1984. 288 p.

  11. Яшина Р.М. Щелочной магматизм складчато-глыбовых областей (на примере южного обрамления Сибирской платформы). М.: Наука, 1982. 274 с.

  12. Vrublevskii V.V., Gertner I.F., Ernst R.E., Izokh A.E., Vishnevskii A.V. The Overmaraat-Gol alkaline pluton in Northern Mongolia: U–Pb age and preliminary implications for magma sources and tectonic setting // Minerals. 2019. V. 9 (3). Art. 170.

  13. Скиба В.И., Каменский И.Л., Ганнибал М.А., Пахомовский Я.А. Распределение изотопов гелия и аргона в амфиболе из кварц-полевошпатовой жилы контактовой зоны Понойского массива (Кольский полуостров) // Записки РМО. 2018. Т. 147. № 4. С. 96–107.

  14. Буйкин А.И., Камалеева А.И., Сорохтина Н.В. К вопросу об эффективности разделения захваченных и образованных in situ компонентов благородных газов при дроблении образцов в вакууме // Геохимия. 2018. № 6. С. 586–593.

  15. Moreira M., Doucelance R., Kurz M.D., Dupré B., Allègre C.J. Helium and lead isotope geochemistry of the Azores Archipelago // Earth and Planetary Science Letters. 1999. V. 169. P. 189–205.

  16. Kendrick M.A., Burgess R., Pattrick R.A.D., Turner G. Fluid inclusion noble gas and halogen evidence on the origin of Cu-porphyry mineralizing fluids // Geochimica et Cosmochimica Acta. 2001. V. 65. P. 2651–2668.

  17. Кузьмичев А.Б. Тектоническая история Тувино-Монгольского массива: раннебайкальский, позднебайкальский и раннекаледонский этапы. (Ред. Е.В. Скляров). Москва: ПРОБЕЛ-2000, 2004. 192 с.

  18. Ярмолюк В.В., Кузьмин М.И., Воронцов А.А. Конвергентные границы западно-тихоокеанского типа и их роль в формировании Центрально-Азиатского складчатого пояса // Геология и геофизика. 2013. Т. 54. № 12. С. 1831–1850.

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Доклады Российской академии наук. Науки о Земле

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал