петролого-геохимические особенности позднепротерозойской

ПЕТРОЛОГО-ГЕОХИМИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ПОЗДНЕПРОТЕРОЗОЙСКОЙ
РИФТОВОЙ МАГМАТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ КОППЕРМАЙН
РИВЕР-МАКЕНЗИ-МАСКОКС (КАНАДА)
Е. В. Бородина
Институт геологии и минералогии СО РАН, Новосибирск, [email protected]
Позднепротерозойская континентальная магматическая система Коппермайн Ривер-МакензиМаскокс (Округ Макензи, Канада) включает в себя массив Маскокс (1270 млн.лет) [Francis, 1994], одновозрастные толеитовые базальты Коппермайн Ривер (1200 млн.лет) [Baragar, 1972] и дайковый комплекс Маккензи. Массив Маскокс, площадью около 160 км2, известен как один из крупнейших расслоенных перидотит-габбровых массивов, с которым связано месторождение, характеризующееся высокими содержаниями Pd, Pt, Au, Cu, Ni. Рифтовый магматизм, давший начало формированию магматической системы Коппермайн Ривер-Макензи-Маскокс, обусловлен воздействием мантийного плюма,
располагавшегося на расстоянии около 400 км к северу от интрузива [Barnes & Francis, 1995].
Петрохимические особенности пород дайки Макензи и базальтов Коппермайн Ривер [Francis,
1994] свидетельствуют о том, что они могли образоваться за счёт кристаллизации остаточных расплавов, появившихся в результате фракционирования родоначальной магмы массива Маскокс. На диаграммах MgO – элемент составы этих пород находятся в диапазоне от 10 вес.% до 3 вес.% MgO (Mg# –
от 60 до 30) и имеют тренды дифференциации, сходные с трендами составов пород массива. Сходство
тренда составов пород интрузива с трендами составов пород дайки Макензи и базальтов Коппремайн
Ривер может свидетельствовать об образовании этих пород за счёт фракционирования единой родоначальной магмы. Эти данные подтверждают вывод Досталя [Dostal et al., 1983] о том, что интрузив
Маскокс, вдоль оси которого располагаются вулканические породы наибольшей мощности, является
источником многочисленных потоков фракционированных магм, представленных в настоящее время
базальтами свиты Коппермайн Ривер.
Геохимической особенностью всех пород массива Маскокс, как пород расслоенной серии, так и
краевой фации, является относительное обогащение лёгкими лантаноидами (La/Ybch = 1,5 – 9,4). Содержание РЗЭ в породах расслоенной серии и пикритах краевой фации составляет 4-113 и 5-21 хондритовых единиц, соответственно, и приблизительно в 1-40 и 0,3-10 раз, соответственно, превышает
содержание РЗЭ в N-MORB и примитивной мантии. Общее содержание РЗЭ в породах расслоенной
серии составляет 11-204 ppm, а в пикритах краевой фации – 33 ppm. Породы массива обогащены относительно примитивной мантии и N-MORB крупноионными литофильными элементами (LILE), а также лёгкими лантаноидами (LREE). На N-MORB – нормализованной диаграмме распределения редкоземельных элементов в породах массива наблюдается обеднение тяжёлыми РЗЭ ((Tb/Yb)ch=1,1-1,8) и
обогащение элементами с высокой силой поля (HFSE), такими как Ta, Nb, Hf, Ti. Однако, в некоторых
случаях породы расслоенной серии не обнаруживают обогащения элементами с высокой силой поля,
либо имеют положительную HFSE аномалию. Положительная Ta, Nb аномалия в породах расслоенной
серии массива согласуется с предположением об образовании родоначального расплава массива Маскокс в результате воздействия мантийного плюма [Barnes & Francis, 1995]. Отсутствие положительной
Ta, Nb аномалии и отрицательная Ta, Nb аномалия, вероятно, свидетельствует, как и для базальтов
Коппермайн Ривер [Griselin et al., 1997], о контаминации корового материала родоначальным расплавом массива Маскокс в процессе прохождения этого расплава через нижнюю и верхнюю кору к поверхности. N-MORB- и PM – нормализованное распределение элементов с высокой силой поля свидетельствует об образовании его родоначальной магмы из обогащённого относительно N-MORB [Kerrich
& Wyman, 1997] мантийного источника.
По своим геохимическим особенностям базальты Коппермайн Ривер и породы дайки Макензи
сходны с породами массива Маскокс. Хондрит–нормализованная диаграмма распределения редкоземельных элементов в породах массива свидетельствует о незначительном обогащении вулканитов и
дайковых пород лёгкими РЗЭ и обеднении тяжёлыми РЗЭ. На хондрит-нормализованной диаграмме
распределения РЗЭ графики распределения РЗЭ в вулканитах и дайковых породах субпараллельны
графикам распределения РЗЭ в породах массива. Пикриты краевой фации массива представляют
наиболее примитивные, некумулятивные породы. Вероятно, графики распределения РЗЭ в этих породах отражают распределение РЗЭ в родоначальном расплаве массива Маскокс. Таким образом, общее
содержание РЗЭ в базальтах Коппермайн Ривер и породах дайки Макензи, по-видимому, выше, чем в
родоначальном расплаве массива. По сравнению с родоначальным расплавом массива, представленным пикритами краевой фации (общее содержание РЗЭ от 30 до140 ppm), базальты Коппермайн Ривер
и породы дайки Макензи являются более фракционированными. Содержание РЗЭ в базальтах Коппермайн Ривер составляет от 10 до 110 хондритовых единиц, а в породах дайки Макензи – от 10 до 90
хондритовых единиц [Francis, 1994]. Геохимическими особенностями вулканитов и дайковых пород
являются проявленные на PM- и N-MORB-нормализованных диаграммах распределения РЗЭ отрицательные Ta, Nb, Ti и Zr аномалии, которые, вероятно, отражают процессы коровой контаминации.
Наиболее фракционированные лавы имеют выраженные отрицательные HFSE аномалии, в то время
как наиболее примитивные породы не имеют HFSE аномалии и деплетированы крупноионными литофилами (LILE). Хондрит-нормализованные графики распределения РЗЭ в вулканитах отражают
субпараллельное обогащение редкоземельными элементами с возрастанием в породах MgO, но более
выраженное для лёгких лантаноидов, чем для тяжёлых. Сходство геохимических особенностей базальтов Коппермайн Ривер и пород дайки Макензи с породами массива Маскокс может быть связано с их
образованием из единого обогащённого мантийного источника.
Применение современных компьютерных программ КОМАГМАТ 3.5 [Ariskin et al., 1993] и
MELTS [Ghiorso et al., 1994] дало возможность оценить состав мантийного источника массива Маскокс, а также уточнить состав его родоначального расплава как исходного для всей магматической
системы Коппермайн Ривер-Макензи-Маскокс. Согласно проведённым ранее оценкам Френсиса
[Francis, 1994], родоначальный расплав массива соответствует составу MORB (13,4-16,5 вес.% MgO,
9,3-11,5 вес.% FeO). Однако, моделирование по программе КОМАГМАТ 3.5 показало, что петрохимические особенности пород массива Маскокс согласуются с фракционной кристаллизацией родоначального расплава пикритового состава (30 вес.% MgO, 8,5 вес.% FeO, Mg# =86,3). Этот состав близок
к валовому составу пород краевой фации (29,2-31,0 вес.% MgO, 11,1-11,3 вес.% FeO, Mg# =82,2-83,0).
Моделирование проводилось с помощью программы КОМАГМАТ 3.5 в режиме формирования расслоенного массива при давлении 1-2 кбар, содержании воды в расплаве 0,5 вес.%, буфере QFM. Полученные модельные кумуляты образуют тренд составов (42,2 – 4,4 вес.% MgO; Mg# =92,1 – 38,7), совпадающий на диаграммах MgO – элемент с трендом составов пород расслоенной серии (44,0 –1,9
вес.% MgO; Mg# =86,9 – 27,5).
Наименее фракционированные породы краевой фации имеют высокие содержания Ni и Cr, 1692
и 5093 ppm, соответственно, и могут находиться в равновесии с оливином состава Fo-92,3-94,2. Модельному родоначальному расплаву массива Маскокс соответствует ликвидусный оливин состава Fo95,6. Такие характеристики могут иметь расплавы первично-мантийного происхождения. Состав родоначального расплава массива Маскокс соответствует составу первично-мантийного расплава (11,3
вес.% FeO, 25,0 вес.% MgO, Mg# =79,8), полученного в результате моделирования по программе
MELTS частичного плавления мантийного источника Fo-89,1 (8,5 вес.% FeO, 39,0 вес.% MgO) при
температуре 1700оС, давлении 30 кбар и степени плавления около 40 %. Расчётный состав предполагаемого мантийного источника родоначального расплава массива Маскокс сходен с составом лерцолита
KLB-1 (8,1 вес.% FeO, 39,4 вес.% MgO, Mg# =89,6). Сравнение результатов расчётов по программе
MELTS с экспериментальными данными по плавлению перидотита KLB-1, полученными при тех же
термодинамических условиях плавления [Taura et al., 1998], свидетельствует о соответствии, с учётом
систематической ошибки, модельных составов первично-мантийных расплавов экспериментальным.
Деплетированность тяжёлыми лантаноидами родоначального расплава массива Маскокс не может свидетельствовать о присутствии граната в системе на момент отделения расплава от мантийного
субстрата, так как при давлении 30 кбар поле устойчивости граната в безводных условиях ограничено
температурой 1500оС [Herzberg & Zhang, 1996], что ниже температуры родоначального расплава массива Маскокс (1700оС). Деплетированность тяжёлыми лантаноидами родоначального расплава массива Маскокс, вероятно, связана или со смешением расплавов, образовавшихся в результате частичного
плавления единого мантийного источника, но на разных глубинах, или с образованием родоначально-
го расплава массива Маскокс в результате сегрегации первично-мантийных расплавов в процессе
подъёма мантийного плюма из области давлений более 50 кбар до области отделения родоначального
расплава массива Маскокс от мантийного субстрата (30 кбар).
Содержание редкоземельных элементов в мантийном источнике массива Маскокс (Со) было
рассчитано по формуле Co=Cl*(Dio+F*(1-Pi)) [Shaw, 1970]), где Cl – содержание РЗЭ в родоначальном
расплаве массива Маскокс, Dio – общий комбинированный коэффициент распределения между твёрдой фазой и жидкостью для i-элемента, F- степень частичного плавления источника при образовании
этого расплава, вычисленная по программе MELTS (F=0,4), Pi – общий комбинированный коэффициент распределения i-элемента в расплаве. За предполагаемый мантийный источник родоначального
расплава массива Маскокс был принят гранатовый перидотит с содержанием граната 3 вес.%. Мантийный источник родоначального расплава массива Маскокс по своим геохимическим характеристикам является обогащённым относительно примитивно-мантийного резервуара, поскольку, согласно
расчетам, содержание РЗЭ в этом мантийном источнике в 1,1-3,8 (1,8 для Nd) раза превышает содержание РЗЭ в примитивной мантии и в 1,3-9,0 (2,6 для Nd) раза – в источнике N-MORB.
Работа выполнена при финансовой поддержке НШ-4933-2006, ОНЗ РАН 7.10.2.
Список литературы
Ariskin A. A., Frenkel M. Ya., Barmina G. S., Nielsen R. L. COMAGMAT: a Fortran program to model
magma differentiation processer. // Computers and Geosciences; 1993, 19. P.1155-1170.
Baragar W. R. A. Coppermine River basalts: geological setting and interpretation. In Rubidium – strontium
isochron age studies. Report 1. Edited by R.K.Wanless and W.D.Loveridge. Geological Survey of Canada; 1972, 72-23.
P.21-24.
Barnes, S. J., Francis, D. The distribution of platinum-group elements, nickel, copper, and gold in the Muskox
layered intrusion, Northwest Territories, Canada. Economical Geology; 1995, 90. N1. P. 135-154.
Dostal J., Baragar W.R.A., Dupuy C. Geochemistry and petrogenesis of basaltic rocks from Coppermine River
area, Northwest Territories. // Can. J. Earth Sci.; 1983, 20. P.684-698.
Francis D. Chemical interaction between picritic magmas and upper crust along the margins of the Muskox
intrusion, Northwest territories, Canada. // Geological Survey of Canada; 1994, 92-12. P.1-94.
Ghiorso M. S., Hirschmann M. M. & Sack R. O. MELTS: software for thermodynamic modeling of magmatic
systems. // EOS Transactions, American Geophysical Union; 1994, 75. P.571-576.
Griselin M., Arndt N. T., Baragar W. R. A. Plume-lithosphere interaction and crustal contamination during
formation of Coppermine River Basalts, Northwest Territories, Canada. // Canadian Journal of Earth Science; 1997, 34.
N7. P. 958-975.
Herzberg C., Zhang J. Melting experiments on anhydrous peridotite KLB-1: Compositions of magmas in the
upper mantle and transition zone. // Journal of Geophysical Research; 1996, 101. B4. P.8271-8295.
Kerrich R. & Wyman, D. A. Review of developments in trace-element fingerprinting of geodynamic settings
and their implications for mineral exploration. // Australian Journal of Earth Sciences; 1997, 44. P. 465-487.
Shaw D. M. Trace element fractionation during anatexis. // Geochimica et Cosmochimica Acta; 1970, 34. P.237243.
Taura H., Yurimoto H., Kurita K., Sueno S. Pressure dependence on partition coefficients for trace elements
between olivine and the coexisting melts. // Phys. Chem. Minerals; 1998, 25. P. 469-484.