Приложение;doc

ИЗОТОПНАЯ Lu-Hf СИСТЕМА В МЕТАМОРФОГЕННЫХ ЦИРКОНАХ
–
ИНДИКАТОР ГЕНЕЗИСА ВЫСОКОГЛИНОЗЕМИСТЫХ
МЕТАМОРФИЧЕСКИХ ПОРОД
К.И.Лохов,
В.А.Глебовицкий,
А.Б.Кольцов.
Данная работа выполнена на геологическом
факультете СПбГУ кафедрами Петрографии и
Изотопной геологии по грантам 3.37.81.2011 и
3.37.86.2011,
Однако ее цель, в том числе, – методическое
обеспечение работ Роснедра по обоснованию
внешней границы Арктического шельфа РФ.
Полевые работы и опробование – по грантам СПбГУ;
Аналитические работы – за счет средств грантов
СПбГУ в ЦИИ ВСЕГЕИ и Геологической службе
Финляндии (LA-MC-ICPMS).
Почему мы изучаем цирконы ZrSiO4 ?
В этом минерале цирконий может
изоморфно замещаться:
• Ураном  U-Pb геохронометр;
• Гафнием  генетическая метка, за
счет крайне низкого значения
176Lu/177Hf, циркон – хранитель
начального изотопного состава
гафния в момент кристаллизации.
Циркон исключительно устойчивый минерал, и
всегда присутствует в осадочных породах –
детритовые цирконы.
Геохронологическое и изотопно-геохимическое
изучение детритовых цирконов дает уникальную
информацию об эндогенных породах, которые
полностью эрродированы, или захоронены на
глубине или давно субдуцированы.
Изотопная Lu – Hf система:
176Lu
 176Hf + b, T ½ = 39 млрд.лет
Эта изотопная система в эндогенных процессах
ведет себя абсолютно аналогично Sm-Nd системе:
при магматической дифференциации Nd и Hf
коррелировано преимущественно переходят в
расплав.
величины отношений Lu/Hf и Sm/Nd:
в расплаве (обогащенный) всегда ниже,
а в рестите (обедненный) – всегда выше, чем в
исходной породе.
Обогащенные породы характеризуются
нерадиогенными изотопными составами
(пониженные 176Hf/177Hf и 143Nd/144Nd),
а обедненные – наоборот радиогенными
изотопными составами (повышенные 176Hf/177Hf и
143Nd/144Nd)
Величина отношения R= 176Lu/177Hf в различных
земных резервуарах
0.01 – 0.1*
0.02
0.01
DM = 0.0384
Lower mantle PM = CHUR= 0.02877
Эволюция изотопного состава
гафния в верхней мантии DM и
веществе коры различного
возраста
 176Hf
 177
 Hf

  176Hf
   177
  Hf
 
 176Lu 

   177   [exp(  t )  1]



0  Hf 
1.0 Ga
2.0 Ga
DM
Crust 3.0 Ga
Crust 4.55 Ga
T Ma
Эволюция изотопного состава гафния
Hf(T)
в относительных единицах  Hf(T) в
верхней мантии DM и веществе коры
различного возраста
1.0 Ga
2.0 Ga
Crust 3.0 Ga
T Ma

T
Hf
(176 Hf
  176
 ( Hf
177
Hf )TSample
177
Hf )TCHUR

 1  104

Время отделения корового вещества от DM (мантийный магматизм),
определяется модельным возрастом по Hf (TDM), а время переплавления
этого вещества в коре –
возрастом кристаллизации циркона по U-Pb (T UPb).
фигуративные точки U-Pb и Lu-Hf параметров цирконов
Hf(T)
Для цирконов, кристаллизованных при
образовании океанической коры T DM= T UPb
T Ma
U-Pb и Lu-Hf изотопные системы в цирконах глубоководных
илах хребта Ломоносова: значимое количество с избыточным
радиогенным гафнием, они не могут быть образованы при
последовательной магматической дифференциации
верхнемантийного резервуара.
С нашей точки зрения
этот эффект
необходимо либо
????
интерпретировать,
либо не показывать
DM 176Lu/177Hf=0,0384
Crust
176Lu/177Hf=
0,01 – 0.02
Цирконы из глубоководных илов у подножья хр. Ломносова с
избыточным радиогенным гафнием:
метаморфические
138 Ma
1850 Ma
255 Ma
магматические
1780 Ma
145 Ma
200 мкм
Belousova, Kostitsyn, Griffin, e.a. The growth of the continental crust:
Constrains from zircon Hf-isotope data, Lithos, 2010.
Обработаны данные по
???? Глубокоуважаемые авторы оставляют
это
более чем 12000
без комментариев…
детритовых цирконов со
всего Мира.
1. Этапы корового
магматизма на
различных континентах
не совпадают;
2. По-видимому,
интенсивность
дифференциации
вещества DM варьирует
во времени и в
различных частях Мира;
3. Присутствует
значимое количество
цирконов с
избыточным
радиогенным
гафнием.
при магматической дифференциации величина Lu/Hf
отношения последовательно уменьшается –
максимально возможная величина отношения – в DM
(0.0384).
Особенность Lu-Hf системы: в пелагических осадках
наблюдается исключительно высокая величина
176Lu/177Hf > DM.
Strong partition Lu and Hf
No partition
Lu and Hf
HREE
Lu
Zr, Hf
Геохимические параметры пелагических и
континентальных глинистых осадков
Красные
глины
Примесь цирконов незначительно
влияет на величину Lu/Hf отношения в
породе: в глине оно почти столь же
низкое, как и в цирконах
Породы аккреционнй призмы на активной
континентальной окраине представлены пелагическими
«красными глинами» (иллит-монтмориллонит) с высоким
Lu/Hf отношением и некоторым количеством терригенной
компоненты (цирконы с низким отношением Lu/Hf).
Возможный механизм формирования цирконов с избыточным
радиогенным гафнием за счет метаморфизма пелагических
глинистых осадков с величиной 176Lu/177Hf > 0.05
0,05
0,0384
0,15
OC 0,02-0,025
кристаллизация
метаморфических цирконов
в глинистой среде или
в ультраметаморфической
выплавке
Возраст седиментации
пелагических осадков
При метаморфизме непелагических глин, или при
образовании глиноземистых метасоматитов нет компоненты
вещества с аномально высокими Lu/Hf значениями
0,0384
СС 0,01-0,015
кристаллизация
метаморфических цирконов
в глинистой среде или
при образовании
метасоматитов
Возраст образования
Глинистого осадка
Мы изучили цирконы из трех типичных, и
принципиально различных по генезису,
высокоглиноземистых метаморфических пород:
• Глиноземистые НР-НТ метасоматиты по
вулканитам, Лапландские гранулиты,
Порьегубский блок - гранулитовая фация;
• Глиноземистые метаосадки, возможно реликт
палеопротерозойской аккреционной призмы,
Лапландские гранулиты, Умбинский блок
(существенная компонента пелагических
осадков) – гранулитовая фация;
• Глиноземистые метаосадки –кианитовые сланцы,
возможно терригенно-глинистая (флишоидная)
толща, Кейвская структура (континентальные
глины) – эпидот-амфиболитовая фация.
Колвицкий (метагаббоиды), Порьегубский
(метавулканиты) и Умбинский (высокоглиноземистые
метаосадки) тектонические покровы в восточном блоке
Лапландского гранулитового комплекса.
Высокоглиноземистые НР-НТ
метасоматиты по метавулканитам
Порьегубского покрова
Геодинамическая реконструкция
Палеопротерозойского океана. Закрытие –
около 1900 Ма (Терехов, 2010)
Умбинские
Глиноземистые
породы
Порьегубские
метатолеиты
Зона
сдвиговых
деформаций
с глиноземистыми
НР-НТ метасоматитами
Зона
сдвиговых
деформаций
с глиноземистыми
НР-НТ
по
основным вулканитам
метасоматитами
по(толеитовым
основнымбазальтам):
вулканитам
гиперстен-гранат-силлиманитовые
кристаллосланцы
(толеитовым базальтам):
(850 С, 11.5 кбар, - гранулиты повышенных давлений,
гиперстен-гранат-силлиманитовые кристаллосланцы
о. Паленый, 1900 Ма)
(850 С, 11.5 кбар, - гранулиты повышенных давлений,
о. Паленый, 1900 Ма)
Глиноземистые гранулиты,
метаосадки Умбинского блока
представлены мигматитами
Лейкосома:
Гиперстен гранатовые
плагиограниты
Слабо
мигматизированные
блоки палеосомы:
Гиперстен-гранатсиллиманитовые
кристаллосланцы
( 820 С, 6 кбар)
Геохимические параметры глиноземистых пород
Порьегубского и Умбинского блоков, Кейв в сравнении с
пелагическими и континентальнми глинистыми осадками
Цирконы из НТ-НР метасоматитов о.Паленый
Магматические ядра 1945-1965 Ма
С корками обрастания 1850-1920 Ма
в корках – микровключения Sill, Opx
200 мкм
Многоплоскостные
гранулитовые
слабозональные
кристаллы 1850-1920 Ма
Lu-Hf система в цирконах из НТ-НР метасоматитов:
метаморфогенные цирконы характеризуются гафнием,
неотличимым по изотопному составу от магматических
реликтовых ядер
176Yb/177Hf
< 0.02 ( corr <10%)
176Lu/177Hf=0,02
Модельный возраст:
TDM Nd=2100-2200 Ма и
TDM Hf(2)=2100-2200 Ma
Принадлежность DM
параметров
магматических ядер
цирконов –
дополнительное
свидетельство, что
метатолеиты
являются
фрагментами
океанической коры
Цирконы из
глиноземистых
метаосадков
Умбинского блока
Палеосома мигматитов:
Магматические ядра с возрастом
2300-2900 Ма
С корками обрастания 2100 -1850 Ма
200 мкм
Лейкосома мигматитов:
Удлиненные кристаллы
с магматической
зональностью с
возрастом 2000 -1850Ма
Lu-Hf система в цирконах из глиноземистых метаосадков Умбинского блока:
метаморфогенные цирконы характеризуются радиогенным гафнием.
176Yb/177Hf
< 0.03 ( corr <15%)
DM 176Lu/177Hf=0,0384
176Lu/177Hf=0,1
176Lu/177Hf=0,2
Модельный возраст:
TDM Nd=2500-2700 Ма и
TDM Hf(2)= 1600 – 4100 Ма
Hf-Nd систематика.
Параметры цирконов из НР-НТ метасоматитов принадлежат полосе
корреляции для магматических пород Terrestrial array.
Параметры цирконов Умбинских пород – закономерно нет, некоторые
магматические цирконы из лейкосомы демонстрируют избыточный
радиогенный гафний.
Для магматических ядер цирконов с возрастом
кристаллизации T Upb= 2750-2800 Ма получено расчетное
значение TDMHf(2)= 3900-4100 Ma.
Древние ядра цирконов
имеют характерную для
основных пород
осцилляторную
зональность и величину
Th/U=2,5-3,5, указывая на
их кристаллизацию в
габбро, что предполагает
ультраосновной протолит.
Для расчета двустадийного
модельного возраста по
гафнию принято
( 176Lu/177Hf)1=0,020-0,022
Цирконы из глиноземистых метаосадков Кейвской
структуры с конкордантным значением U-Pb
возраста
Магматические ядра
2632 Ма
200 мкм
Метаморфические
обрастания 1722 Ма
Lu-Hf система в цирконах из глиноземистых метаосадков Кейв:
метаморфогенные цирконы характеризуются низкорадиогенным
(коровым) гафнием, неотличимым по изотопному составу от такового
в магматических реликтовых ядрах
Модельный возраст:
TDM Nd=2700-2900 Ма и
TDM Hf(2)= 2700- 3300 Ма
CC 176Lu/177Hf = 0,01
Результаты:
1.Параметры Lu-Hf системы в метаморфогенных цирконах
являются индикатором их генезиса: возможно надежно
идентифицировать породы палео- акреционных призм
древних активных континентальных окраин.
2.Магматические горные породы, в источнике которых
присутствует компонента пелагических осадков,
унаследованно маркированы избыточным радиогенным
гафнием. Они могут быть образованы только в пределах
бывшей активной окраины континентальной коры.
3.Присутствие цирконов с избыточным радиогенным гафнием в
глубоководных осадках у подножья хр.Ломоносова указывает
на дискретные эпохи формирования активных
континентальных окраин в Арктическом регионе с 3000 до 300
Ма.
Благодарим за внимание!
Порья губа Белого моря, июль 2013, 3 часа ночи
Дальнейшие исследования:
Изучение глиноземистых
метаморфических пород и
связанных с ними гранитоидов, и
метаандезитов в свекофеннидах
Приладожья с целью
идентификации активных
континентальных окраин в
палеопротерозое: камней уже
наколотили, цирконы выделили,
……