Том 27, № 4 (2019)

Приводятся новые геохронологические, петрологические, геохимические и изотопно-геохимические данные для сиенитов и щелочных сиенитов массива Артюшки и монцонитов массива Гусиха. Массивы расположены на юго-востоке Восточно-Европейской платформы (ВЕП), в юго-западном и северо-восточном бортах Пачелмского авлакогена, соответственно. Массивы имеют близкие возрасты, соответствующие раннему кембрию: 524 ± 3 (Артюшки) и 514 ± 2 (Гусиха) млн лет (U-Pb по цирконам и ⁴⁰Ar/³⁹Ar по амфиболам и калиевому полевому шпату). Ранее это время рассматривалось в эволюции ВЕП как амагматичный этап.

Массив Артюшки сложен Amp-Cpx сиенит-порфирами и Grt-Cpx щелочными сиенит-порфирами и их фенитизированными разностями. Для Grt-Cpx пород по сравнению c Amp-Cpxразностями характерен сдвиг к агпаитовым составам (A/NK > 0.9) и наиболее высокие содержания LREE и HFSE, более фракционированные тяжелые REE. Метасоматизированные (фенитизированные) разности наиболее калиевые и имеют высокое Y/Ho отношение, значительные вариации содержания Zn и другие геохимические признаки, свидетельствующие о флюидном воздействии. Изотопный состав Sr валовых проб низкорадиогенный: (⁸⁷Sr/⁸⁶Sr)₅₂₀, находится в интервале 0.703066–0.703615. Величина ε_Nd(520) варьирует от –0.69 до 1.64, причем Grt-Cpx сиенит-порфиры характеризуются положительными значениями ε_Nd(520), а Amp-Cpx и фенитизированные сиенит-порфиры – отрицательными.

Массив Гусиха представлен биотит-амфиболовыми и биотитовыми монцонитами. По сравнению с сиенитами массива Артюшки монцониты при равных концентрациях SiO₂ более магнезиальные (0.22–0.54 и 0.34–0.71 для Артюшков и Гусихи соответственно).  Они характеризуются отрицательной Nb-Ta аномалией, Nb/Nb* = 0.5, высоким Ва/Sr отношением, высокорадиогенным (⁸⁷Sr/⁸⁶Sr)₅₂₀ = 0.705204 и 0.705320. Изотопный состав Nd монцонитов соответствует ε_Nd(520) = –6.7 и –7.0.

В образовании массива Артюшки принимали участие два расплава, один из которых (Amp-Cpx сиенит-порфиров) испытал значительную коровую контаминацию, в отличие от второго (Grt-Cpx сиенит-порфиров). Основной объем первичных расплавов массива Артюшки имел фонолитовый состав, генерированный при плавлении умеренно метасоматизированной (карбонат-, амфиболсодержащей) литосферной мантии на небольших глубинах. Наиболее ранние и более глубинные выплавки имели карбонатно-силикатный состав.

Геохимические, Sr и Nd изотопные характеристики монцонитов массива Гусиха указывают на преобладающий коровый вклад и на то, что литосферная мантия в юго-восточной части Волго-Уральского сегмента ВЕП могла испытывать интенсивный метасоматоз в ходе предшествующего мезопротерозойского магматического события.

Проявления посторогенного магматизма раннекембрийского возраста в пределах Восточно-Европейского кратона служит прямым указанием на то, что континент Балтика был вовлечен в коллизионные и/или аккреционные события в самом конце неопротерозоя–начале палеозоя, а также указывают на воздействие на литосферную мантию Восточно-Европейской платформы коллизии с тиманскими и восточно-авалонскими/кадомскими террейнами, в том числе Скифией.

Определены β-факторы циркона при замещениях ¹⁸O/¹⁶O и ³⁰Si/²⁸Si в зависимости от температуры. Вычисления выполнены на основе теории функционала плотности (DFT) методом «замороженных фононов». Полученные значения геометрических параметров кристаллической ячейки циркона и частот колебаний хорошо согласуются с экспериментальными данными. Результаты выражены в виде кубических полиномов в зависимости от x = 10⁶/T(K)²: 1000 lnβ_zrn(¹⁸O/¹⁶O) = 9.83055x – 0.19499x² + 0.00388x³;  1000 lnβ_zrn(³⁰Si/²⁸Si) = 7.89907x – 0.17978x² + 0.00377x³.

Полученные соотношения можно использовать для построения геотермометров в сочетании с β-факторами сосуществующих фаз. Приведены новые калибровки изотопных геотермометров кварц–циркон. Новые значения 1000 lnβ_zrn и полученные факторы изотопного фракционирования между кварцем и цирконом (1000 lnβ_qtz–1000 lnβ_zrn) существенно отклоняются от ранее использованных экспериментальных, эмпирических и полуэмпирических калибровок изотопных равновесий.

Для оценки направленности и масштаба фракционирования изотопов ²³⁸U и ²³⁵U при окислительном выветривании урановых минералов были изучены вариации изотопного состава урана в породах, минералах и трещинных водах, отобранных в карьере известного гидротермального уранового месторождения Тулукуевское (Стрельцовское рудное поле, Восточное Забайкалье). В изучавшемся блоке пород происходило выветривание содержащихся в этих породах тонковкрапленных урановых минералов под действием окислительных трещинных вод. Изотопный состав урана измерен в 22 пробах воды, 11 образцах минерализованных пород и 8 урановых минералах. Высокоточные (±0.07‰, 2SD) измерения изотопного отношения ²³⁸U/²³⁵U проводились методом MC-ICP-MS с использованием двойного изотопного трасера ²³³U–²³⁶U. Установлены особенности распределения величин изотопных отношений ²³⁸U/²³⁵U и ²³⁴U/²³⁸U, общий диапазон вариаций δ²³⁸U в изученных породах и в воде лежит в пределах от –0.13 до –1.0‰ и от –0.22 до –0.59‰ соответственно. Взаимодействие трещинных вод с породами, вызывающее окисление U(IV) → U(VI) и переход U(VI) в водную фазу, приводит к обогащению растворенного в воде урана изотопом ²³⁵U на 0.15–0.28‰. В процессе замещения настурана минералами U(VI) также происходит фракционирование изотопов ²³⁸U и ²³⁵U, выражающееся в обогащении (~0.3‰) легким изотопом ²³⁵U более поздних минеральных фаз U(VI). Установлена корреляция величин ²³⁸U/²³⁵U и ²³⁴U/²³⁸U. Она показывает, что фракционирование изотопов ²³⁸U и ²³⁵U и обогащение легким изотопом ²³⁵U водной фазы протекает параллельно с хорошо известным процессом сдвига равновесия в системе ²³⁸U–²³⁴U с образованием в воде избыточного содержания изотопа ²³⁴U. Процесс выщелачивания урана из урановых минералов, сопровождаемый образованием в воде избытка ²³⁴U, можно рассматривать как фактор, который контролирует фракционирование изотопов в системе ²³⁸U–²³⁵U и который необходимо в будущем учитывать при описании механизма фракционирования изотопов ²³⁸U и ²³⁵U в процессе окисления U(IV) → U(VI). Фракционирование изотопов ²³⁸U и ²³⁵U, приводившее к изотопному «облегчению» урана в воде, имело определяющее значение для формирования в изучавшемся карьере сложной картины распределения величины ²³⁸U/²³⁵U. В нем помимо изотопного фракционирования, по-видимому, участвовали процессы изотопного обмена между ураном, растворенным в воде, и ураном, содержащимся в тонкодисперсных минералах. Изотопно легкий уран в воде мог принимать участие в формировании вторичных минералов U(VI) на нижнем уровне карьера.