РЕДКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ В МИНЕРАЛАХ ЭКЛОГИТОВ АТБАШИНСКОГО ХРЕБТА, ЮЖНЫЙ ТЯНЬ-ШАНЬ Фото: Ж. Баслакунова Н.И. Волкова, С.В. Ковязин, В.А. Симонов, С.И. Ступаков, - презентация

1 РЕДКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ В МИНЕРАЛАХ ЭКЛОГИТОВ АТБАШИНСКОГО ХРЕБТА, ЮЖНЫЙ ТЯНЬ-ШАНЬ Фото: Ж. Баслакунова Н.И. Волкова, С.В. Ковязин, В.А. Симонов, С.И. Ступаков, К.С. Сакиев Институт геологии и минералогии СО РАН, Новосибирск Инcтитут геологии НАН КP, Бишкек

2 1.Провести сравнительный анализ эклогитов хр. Атбаши, Киргизия и Южного Тянь-Шаня, СЗ Китай (районы Кэкэсу, Акэяцзы, Чангаузцы). 2.Выявить геохимические особенности распределения редких (Rb, Sr, Ba, Cr, V, Zr, Hf, Nb, Ta, U, Th, Y) и редкоземельных (РЗЭ) элементов в зональных гранатах из эклогитов Атбаши и содержащихся в них минеральных включениях. -Зональность в распределении редких элементов в гранатах и минеральных включениях -Фракционирование редких элементов -Роль эпидота в консервации редких элементов. Цели и задачи:

3 Геологическая карта Южного Тянь-Шаня и соседних регионов (Gao et al., 2009)

4 Р-Т параметры метаморфизма Т, о СР, кбарИсточникТ, о СР, кбарИсточник КитайАтбаши Gao, Klemd, Симонов и др., Wei et al., Hegner et al., Lin, Enami, Tagiri et al., Lu et al., Бакиров и др., 1998

5 Природа протолита эклогитов Китай Gao, Klemd, 2003 Атбаши Петролого-геохимические данные по HP/LT метабазитам Китая, Киргизии, Таджикистана свидетельствуют о том, что их протолитами являлись океанические базальты типа N-MORB, E-MORB и OIB.

6 Возраст эклогитов Атбаши и китайского Южного Тянь-Шаня Возраст, млн лет Метод, минерал ИсточникВозраст, млн лет Метод, минерал Источник КитайАтбаши 226.3± ±6 233±4 U-Pb, циркон Zhang et al., ± 150Sm-Nd изохрона Шацкий и др., ±44 346±3 Sm-Nd изохрона Gao, Klemd, Rb-Sr изохрона Tagiri et al., ±1 345±1 331±2 Ar-Ar, фенгит, глаукофан Klemd et al., K-ArУдовкина, ±1, 316±2 323±1 Ar-Ar, фенгит, глаукофан Wang et al., ±1 325±5 324±10 Ar-Ar, фенгит, глаукофан Симонов и др., ± ±3.3 U-Pb, циркон Su et al., ± 4Sm-Nd изохрона Hegner et al., ± 7U-Pb, рутил Li et al., ± 3Ar-Ar, фенгит Hegner et al., 2010 Эклогитовые комплексы Тянь-Шаня, маркирующие сутуру закрытия Туркестанского океана, образовались за счет океанических базальтов в результате их погружения в зону субдукции и были выведены в составе тектонического меланжа в позднем карбоне.

7 Изображения в обратных электронах зональных кристаллов граната из эклогитов хр. Атбаши А – обр. G-15 Б – обр. G-16 В – обр. G -23 точки, проанализирован- ные на микрозонде и ионном зонде только на микрозонде

8 Спектры РЗЭ и спайдерграммы эклогитов Атбаши Эклогиты Атбашинского хребта характеризуются низкими содержаниями TiO 2 ( мас. %), P 2 O 5 ( мас. %), K 2 O ( мас. %). Содержания SiO 2 составляют мас. %. Породы обеднены легкими РЗЭ, La N /Yb N отношение варьирует от 0.58 до Спайдерграммы показывают небольшое (2-8 раза) обогащение эклогитов Атбаши редкими элементами по сравнению с примитивной мантией. В целом, редкоэлементные характеристики эклогитов отвечают N-MORB, что указывает на формирование их протолитов из деплетированного верхнемантийного источника.

9 Зональность кристаллов граната из эклогитов Атбаши

10 Составы пироксенов из эклогитов Атбаши

11 Оценки Р-Т параметров метаморфизма обр Используемые анализы для определения Р Используемые анализы для определения Т P, кбар* T,°С** G-16 Grt19 –Cpx7 – Phe23 Grt19 – Cpx724,2575 Grt17 – Cpx5586 Grt18 – Cpx5541 Grt16 – Cpx3538 Grt13 – Cpx11530 G-23 Grt17 – Cpx9 – Phe Grt17 – Cpx924,0578 Grt17 – Cpx19 – Phe Grt17 – Cpx1923,8573 Grt16 – Cpx7549 *Гранат-клинопироксен-фенгитовый барометр [Waters, Martin, 1993]; ** гранат-клинопироксеновый термометр [Ravna, 2000].

12 Спектры РЗЭ в гранатах из эклогитов хр. Атбаши Гранаты из эклогитов Атбашинского хребта характеризуются крайним деплетированием в отношении легких РЗЭ и обогащением тяжелыми РЗЭ, превышающим хондритовую норму Yb/La-отношения в Проанализированные три граната демонстрируют различный характер в отношении зональности в распределении тяжелых РЗЭ. : В образце G-15, хотя и отмечаются самые высокие содержания Er и Yb в центре кристалла, закономерного уменьшения этих элементов к краевым частям не наблюдается. В обр. G-16, наоборот, отмечается закономерное увеличение концентраций тяжелых РЗЭ и Y от центра к краю кристалла граната. Только для обр. G-23 отмечается закономерное снижение концентраций тяжелых РЗЭ (Er, Yb) и Y от центра граната до границы с обогащенной пироповым компонентом каймой, а затем следует всплеск содержаний этих элементов, обусловленный, по- видимому, разрушением минерала, содержащего редкие земли.

13 Зональность в распределении редких элементов в гранате из обр. G-23

14 Спектры РЗЭ в гранатах из эклогитов хр. Атбаши Наиболее существенные различия отмечаются в отношении содержаний средних РЗЭ. При этом максимальные их содержания, обусловившие выпуклый вверх вид спектра отмечаются в гранате из образца G-16, а минимальные содержания и вогнутый вниз вид спектра – в гранате G-15. Различия в спектрах обусловлены, по- видимому, тем, что гранат G-16 рос в равновесии с омфацитом, а два других граната – с эпидотом, который концентрировал большую часть средних РЗЭ.

15 Распределение РЗЭ во включениях омфацита и эпидота в гранате и матриксе Включения эпидота в гранатах характеризуются высокими содержаниями редких земель, плоскими спектрами распределения РЗЭ, иногда с небольшим обогащением легкими РЗЭ по сравнению с тяжелыми РЗЭ (Ce n /Yb n = ). Включения омфацита в центральных участках зерен граната демонстрируют спектры распределения РЗЭ, имеющие крутой положительный наклон и напоминающие таковые для минерала-хозяина. Спектры РЗЭ омфацитов из краевых участков граната и основной массы закономерно выполаживаются за счет снижения содержаний средних и тяжелых редких земель.

16 Коэффициенты концентрации C i Grt /C i rock в эклогитах хр. Атбаши. Гранаты демонстрируют устойчивые максимумы в отношении содержаний тяжелых РЗЭ (Er, Yb). Гранаты из обр. G-16 также характеризуются дополнительными максимумами по Gd, Dy и Y. В обр. G-16 наблюдается закономерное увеличение концентраций Dy, Er, Yb и Y от центра к краю кристалла граната. В гранатах из образцов G-15 и G-23 отмечаются также устойчивые Zr и Hf максимумы на кривых распределения, но концентрации этих элементов в гранате обычно не превышают их содержания в породе. Только один анализ граната из обр. G-15 показывает превышение содержаний Zr (в 3 раза) и Hf (в 1.5 раза) над породой. В образце G-16 таких максимумов не наблюдается, но также один анализ демонстрирует аномально высокие содержания Zr и Hf, которые в 2 раза выше концентраций этих элементов в породе. Последний случай можно объяснить предполагаемыми субмикронными включениями циркона в гранате. Центральные участки граната из обр. G-16 также характеризуются Ta и Nb максимумами, но они составляют лишь от их валовых содержаний в породе.

17 Коэффициенты концентрации C i Cpx /C i rock в эклогитах хр. Атбаши В омфацитах концентрации практически всех проанализированных редких элементов обычно значительно ниже их содержаний в породе: (Ci) омфацит /(Ci) порода < 1. Только во включениях омфацита в центральных частях граната из обр. G-16 отмечаются повышенные по сравнению с породой содержания Dy, Er, Yb, Y. При этом отмечается закономерное снижение концентраций этих элементов, а также Eu и Gd во включениях омфацита от центра к краю кристалла граната, а самые низкие их содержания имеет омфацит матрикса.

18 Коэффициенты концентрации C i Ep /C i rock в эклогитах хр. Атбаши 1)Эпидоты способны аккумулировать высокие содержания редких земель, при этом коэффициенты фракционирования уменьшаются в ряду легкие РЗЭ средние РЗЭ тяжелые РЗЭ. 2)Максимальные содержания РЗЭ, Sr, Th, U, Y (C La эпидот /C La порода = 19-30, C Ce эпидот /C Ce порода = 24-32, C Sr эпидот /C Sr порода = 5-17, C Th эпидот /C Th порода = 9-11, C U эпидот /C U порода = 2-11, C Y эпидот /C Y порода = 5-14) отмечаются во включениях эпидотах из обр. G-16, что, по-видимому, объясняется присутствием этого минерала в виде единичных зерен, а минимальные – в обр. G-15, где он широко распространен. 3)На примере обр. G-23 видно, что эпидоты из центральных частей граната в разы обогащены легкими и средними РЗЭ, Th и U по сравнению с эпидотами из краевых частей и матрикса. Эпидоты всех проанализированных образцов характеризуются высокими концентрациями РЗЭ, в разы-десятки раз превышающие их содержания в породе. В эпидотах отмечаются также и концентрирование Sr, Y, Th, реже U.

19 Роль эпидота в консервации редких элементов В ряде работ [Spandler et al., 2003; Usui et al., 2007; El Korh et al., 2009] было показано, что подвижность редких элементов при реакциях дегидратации в условиях эклогитовой фации существенным образом контролируется устойчивостью определенных фаз. Полученные нами результаты свидетельствуют о том, что эпидот способен аккумулировать значительные количества РЗЭ и Y (вместе с гранатом), Sr, U и Th. Поэтому, вследствие широкой области устойчивости эпидота (начиная от зеленосланцевого изменения океанических базальтов вплоть до эклогитовой фации), значительные количества несовместимых элементов консервируются в породах на прогрессивном и регрессивном этапах метаморфизма. Как следствие, метаморфизм пород базитовой океанической коры на уровне глаукофансланцевой и низов эклогитовой фаций в результате субдукции на глубину км не сопровождается высвобождением значительных количеств легких РЗЭ в перекрывающий мантийный клин. Благодаря стабильности эпидота в этих условиях субдукция базитовых пород является эффективным механизмом для привноса этих элементов на мантийные глубины. Сходство спектров распределения редких и редкоземельных элементов изученных эклогитов Атбашинского хребта с MORB указывает на то, что содержания редких несовместимых элементов в них были законсервированы при прогрессивном метаморфизме. Проведенные нами расчеты условий формирования исследованных эклогитов методами минералогической термобарометрии дали интервал температур в °С при давлениях кбар. Таким образом, Р-Т параметры метаморфизма эклогитов были недостаточно высоки, чтобы вызвать разрушение эпидота, что привело бы к высвобождению значительных количеств РЗЭ, Y, Sr, U и Th. Поэтому большая часть редких элементов остается в породе при субдукционном метаморфизме и рециклирует в различных метаморфических ассоциациях при изменении Р-Т условий, а низкотемпературные эклогиты сохраняют геохимические характеристики своих магматических протолитов. Такую же важную роль в определении бюджета крупноионных литофильных элементов (LILE) играет фенгит [El Korh et al., 2009].

20 Основные выводы 1. На основании результатов ионно-зондового анализа минералов из эклогитов Атбашинского хребта были выявлены геохимические особенности распределения редких (Rb, Sr, Ba, Cr, V, Zr, Hf, Nb, Ta, U, Th, Y) и редкоземельных (РЗЭ) элементов в зональных гранатах и содержащихся в них минеральных включениях. Гранаты изученных образцов демонстрируют прогрессивную зональность с увеличением содержаний Mg и уменьшением содержаний Са, Fe и Mn от центра к краю эвгедральных кристаллов. Спектры РЗЭ в гранатах характеризуются положительным наклоном с резким преобладанием тяжелых РЗЭ над легкими - Lan/Ybn < Включения эпидота в гранатах в целом характеризуются высокими содержаниями редких земель, плоскими спектрами распределения РЗЭ, иногда с небольшим обогащением легкими РЗЭ по сравнению с тяжелыми РЗЭ: Ce n /Yb n = Включения омфацита в центральных участках зерен граната демонстрируют спектры распределения РЗЭ, имеющие крутой положительный наклон и напоминающие таковые для минерала-хозяина. Спектры РЗЭ омфацитов из краевых участков граната и основной массы закономерно выполаживаются за счет снижения содержаний средних и тяжелых редких земель. 2. Гранаты из эклогитов Атбашинского хребта являются концентраторами тяжелых редкоземельных элементов, эпидоты концентрируют РЗЭ, Y, Sr, Th и U, а омфациты деплетированы практически всеми редкими элементами по сравнению с их валовыми содержаниями в породе. 3. Характерной особенностью кристаллов граната, включений эпидота и омфацита является закономерное снижение концентраций ряда редких элементов от центра к краю кристаллов граната, связанное с истощением матрикса породы этими элементами во время кристаллизации. Отклонения от этой закономерности, выраженные, в частности, в обогащении тяжелыми (средними) РЗЭ каемок гранатов по сравнению с центральными частями зерен или в виде резких перепадов содержаний редких элементов в гранатах и минеральных включениях на границе центрального ядра граната с внешней каймой, объясняются протеканием метаморфических реакций, связанных с разрушением РЗЭ- содержащих минералов (эпидота). 4. Полученные данные свидетельствуют о том, что подвижность редких элементов в условиях эклогитовой фации существенным образом контролируется устойчивостью определенных фаз. Проведенные исследования показали, что большая часть редких элементов остается в породе при субдукционном метаморфизме, а низкотемпературные эклогиты унаследуют геохимические характеристики своих магматических протолитов.

21