Научная электронная библиотека

Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания

ШОШОНИТОВЫЕ ГРАНИТОИДЫ: ПЕТРОЛОГИЯ, ГЕОХИМИЯ, ФЛЮИДНЫЙ РЕЖИМ И ОРУДЕНЕНИЕ

Гусев А. И., Гусев А. А.,

Глава 1. ШОШОНИТОВЫЕ ГРАНИТОИДЫ И ИХ ПОЛОЖЕНИЕ СРЕДИ ДРУГИХ ПЕТРОГЕНЕТИЧЕСКИХ ТИПОВ ГРАНИТОВ

Гранитоиды имеют весьма широкие вариации составов. Предложено более 20 петрогенетических классификаций, из которых наибольшей популярностью пользуется, так называемая «алфавитная», включающая традиционные М, I, S, A типы гранитоидов [Chappell and White, 1974; Loiselle and Wones, 1979; Collins et al., 1982; Pitcher, 1983]. Позднее Дж. Эби [ Eby, 1990] предложил подразделять А- тип гранитоидов на 2 подтипа - А₁ и А₂. На основе геохимии редких и рассеянных элементов в изверженных кислых породах выделена была другая группа гранитоидов, характеризующаяся высокими концентрациями бария и стронция, которые отличали их от ранее выделявшихся М, I, S, A типов гранитоидов, имевших низкие концентрации Ba и Sr [Bonin, 1990; Tarney and Jones, 1994; Fowler and Henney (1996) and Eklund et al. (1998], Они были отнесены к высоко-Ba, Sr (HBaSr) типу гранитоидов, которые ассоциировали с шошонитовыми породами. Недавно Барбарин [Barbarin, 1999] осуществил обзор многих гранитоидных классификаций и подразделил все гранитоиды на 7 типов:
1 - мусковит-содержащие пералюминиевые гранитоиды (MPG), кордиерит-содержащие пералюминиевые гранитоиды (CPG), К-обогащённые известково-щелочные гранитоиды (KPG), амфибол-содержащие известково-щелочные гранитоиды (ACG), дуговые толеитовые гранитоиды (ATG), толеитовые гранитоиды срединно-океанических хребтов (RTG), и пералкалиновые и щелочные гранитоиды (PAG). В классификации специфицированы минеральные ассоциации гранитоидов, их геохимические характеристики, также как и геодинамические обстановки формирования. Однако в этом изучении не выделена шошонитовая серия гранитоидов.

В последнее время к ранее выделявшимся стандартным типам гранитоидов: M, I, S и А добавляют новый шошонитовый тип. Китайские исследователи, в дополнение к стандартным типам М, A, I и S типам, выделили шошонитовый тип гранитов (SH) при изучении ряда интрузий северо-западной части Китая [Jiang, Jiang, Ling, Zhou, Rui, Yang, 2006]. Породные типы шошонитовой группы гранитоидов включают ассоциации (кварцевый) монцодиорит - (кварцевый) монцонит - кварцевый сиенит (среднекаледонские интрузии), или монцонитовый гранит - гранит (позднекаледонские интрузии), или биотитовый (монцонитовый) гранит - диопсидовый гранит - диопсидовый сиенит (интрузии гималайского возраста). Биотит относится к железистому флогопиту с небольшой долей эстонита и высокими отношениями Mg/(Mg + Fet) и Fe³⁺/Fe²⁺. Амфибол относится к эденитовой роговой обманке и магнезиальному гастингситу с некоторой долей эденита и высокими отношениями Mg/(Mg + Fet) и Fe3+/Fe2+. Породы показывают содержание SiO₂ от 52,77 до 71,85 % и высокую сумму щелочей K₂O + Na₂O (более > 8 %, в среднем 9,14 %), K₂O/Na₂O (более > 1, в среднем 1,50) и Fe₂O₃/FeO (0,85-1,51, в среднем 1,01) и низкое содержание TiO₂ (0,15-1,12 %, в среднем 0,57 %). Содержания Al₂O₃ варьируют от 13,01 до 19,20 % и весьма вариабильны. Гранитоиды обогащены LILE, LREE и летучими компонентами, такими как F.

По сути шошонитовый тип гранитов - это тип высоко-Ba-Sr гранитоидов английских петрологов [Fowler, Henney, 1996; Fouler, Henney, Darbishire, 2001]. Важно то, что и те и другие исследователи относят новый тип гранитов к постколлизионной обстановке формирования, то есть привязывают к определённому геодинамическому режиму. Ранее Л.В. Таусон выделял отдельно латитовый геохимический тип гранитоидов [Таусон, 1977], который соответствует ныне выделяемому шошонитовому петрогенетическому типу. Средние составы петрогенетических типов гранитоидов (оксиды в масс. %, элементы - вг/т) приведены в табл. 1.

Таблица 1 Cредние составы петрогенетических типов гранитоидов с использованием данных [Whallen et all., 1987; Jiang et all., 2002] и авторских материалов

Указанные классификации гранитоидов базируются на минеральном и химическом составах. Однако соотношения и концентрации основных петрогенных компонентов в процеесе посткристаллизационного периода (изменения, связанные с автометасоматозом, выветриванием в дневных условиях) меняются и вносят значительные коррективы в первоначальный состав пород. В метаморфизме уже давно принято изучать основные минералы метаморфических пород, так как они отражают главнейшие генетические условия образования. Такую же генетическую нагрузку несут в себе и главные минералы изверженных пород и в том числе и гранитоидов [Гусев, 2007]. Наиболее часто используются для генетических построений и классификаций полевые шпаты, биотит, роговая обманка и другие минералы.

Нами на основе опубликованных составов биотитов и авторских данных по различным регионам Мира (2701 анализ) проведена оценка средних содержаний элементов в биотитах для основных петрогенетических типов гранитоидов, имеющих достоверную диагностику (табл. 2). Использовались комплексные критерии для отнесения гранитоидов к шести стандартным типам - M, AD, I, S, SH, A [Гусев, 2009, Гусев, 2010].

Таблица 2 Средние составы биотитов стандартных типов гранитоидов (масс. %)

Примечание: f - железистость (f = 100(Fe/Fe + Mg); l - глинозёмистость (l = 100Al/Al + Si + Fe + Mg); y - условный потенциал ионизации по В.А. Жарикову (1967); lg fO₂ - логарифм фугитивности кислорода; Т,  С - температура; lg fHF/fHCl - логарифм отношений фугитивностей плавиковой и соляной кислот; Al_IV и Al_VI - алюминий тетраэдрической и октаэдрической координации в структурной формуле биотита; n - объёмы выборок; Х - среднее содержание, %; S - стандартные отклонения.

Анализ данных табл. 1 показывает, что средние содержания элементов в слюдах закономерно меняются от M- к А-типу. На фоне уменьшения концентраций титана происходит снижение температуры кристаллизации. В этом же направлении происходит увеличение концентраций фтора (от 0,31 до 2,26 %), суммарного железа (от 18,79 % для М-типа до 24,66 % у А-типа) и общей железистости (от 39,9 до 75,4). Увеличение титанистости слюд с ростом температуры установлено экспериментально и подтверждено на многочисленных природных примерах [Forbes, 1974]. Известно, что вхождение в кристаллическую решётку триоктаэдрических слюд дополнительных многовалентных катионов, таких как титан, облегчается с повышением температуры [Коренбаум, 1987].

Заметные вариации составов биотитов позволили после пересчётов на кристаллохимические коэффициенты индивидуальных анализов построить трёхкомпонентную диаграмму, на которой уверенно дискриминируется принадлежность биотитов к конкретному петрогенетическому типу. Координаты диаграммы охватывают наиболее важные структурогенные компоненты биотита, участвующие в его тетраэдрических и октаэдрических позициях (железистость, глинозёмистость биотитов), а также F и OH, являющиеся первичными в анионном каркасе, и определяющими, в значительной степени, флюидный режим петрогенезиса пород. Петрогенетические типы гранитоидов отражают геодинамическую обстановку формирования.

На классификационной диаграмме (построенной в координатах Mg - (R³⁺, Ti_VI) - (Fe²⁺, Mn)) средние составы биотитов образуют устойчивый тренд от магнезиального (М-тип) к железистым (А- и SH-типам) биотитам.

 Рис. 1. Соотношения между основными компонентами триоктаэдрической координации биотитов. Поля составов отдельных разновидностей приведены по М. Фостеру (1960). M, I, S, SH - фигуративные точки средних составов биотитов стандартных типов гранитоидов

Слюды первого наиболее приближены к флогопитам, а последних - к сидерофиллитам и лепидомеланам. Биотиты I- и S-типов относятся к железистым разностям с различными соотношениями магния и железа. Наиболее железистые биотиты гранитов А- и SH-типов имеют самые низкие значения условного потенциала ионизации по В.А. Жарикову (у = 188,14 и 187,8) и, следовательно, характеризуется наименьшей кислотностью и наибольшей основностью сравнительно со слюдами других типов гранитоидов. В то же время это наиболее щёлочнометальные типы (в понимании Д.С. Коржинского) и обогащённые такими летучими компонентами как фтор, бор и другими. А-тип гранитоидов обогащён не только щёлочными металлами, но и часто содержит щелочные темноцветные минералы (эгирин, арфведсонит, рибекит, озанит и другие). Характеризуясь обогащённостью щелочными металлами, этот тип обладает высокой степенью окисленности, создающей благоприятную среду, необходимую для поддержания химической активности высокозарядных катионов (Fe³⁺, Nb, Ta, некоторых REE и других) на достаточно высоком уровне. В биотитах А-типа гранитоидов, в соответствии с выше сказанным, наблюдаются и максимальные концентрации триоксида железа, а также отношения Fe₂O₃/FeO. Слюды I-типа гранитоидов характеризуются максимальной величиной условного потенциала ионизации, отвечающего высокой кислотности минерала, сравнительно с другими типами (см. табл. 1).
Самые высокие концентрации хлора в составе летучих компонентов и довольно высокие значения водосодержаний в биотите этого типа гранитоидов, вероятно, создают благоприятные условия для генерирования такими магмами оруденения золота, меди, железа.

Группа М-типа содержит наименьшее число анализов и охватывает трондьемиты, комплексов Горного Алтая, плагиограниты офиолитовых комплексов Северного Кавказа, плагиограниты маинского комплекса Енисейского массива Западного Саяна. Зарубежные данные включают составы биотитов М-типов плагиогранитов Китая, Канады, Австралии.

Совокупность гранитоидов I-типа представлена наибольшим количеством анализов слюд и содержит большой спектр комплексов Алтае-Саянского региона, Забайкалья, Большого Кавказа, Урала, Средней Азии, Австралии, Северной и Южной Америки, Шотландии, Западной Европы.

Это мантийно-коровые гранитоиды. Инициальные магмы пород I-типа имеют разную степень контаминации корового материала. Геодинамические режимы их генерации отвечают островным дугам, континентальным окраинам, коллизионным обстановкам, внутриконтинентальным рифтам.

В S-типе гранитов, как правило, встречаются реститы метаосадочных пород, а плутоны, сложенные S-типом гранитов, сопровождаются мигматитами. Это гиперглинозёмистые граниты с нормативными и модальными высокоглинозёмистыми минералами: кордиеритом, андалузитом, силлиманитом, гранатом. S-тип гранитоидов характерен для коллизионных геодинамических обстановок. В выборку S-типа гранитоидов вошли составы биотитов анализируемых магматитов Алтае-Саянской складчатой области, Забайкалья, Большого Кавказа, Воронежского кристаллического массива, Карелии, Алдана, Австралии, Западной Европы и других регионов.

Анорогенные гранитоиды А-типа включают разнородные интрузивные образования кислого ряда: моношпатовые щелочные гиперсольвусные, рапакиви, двуполевошпатовые субсольвусные умеренно-щелочные и плюмазитовые редкометалльные. В выборку этого типа вошли биотиты гранитоидных комплексов Алтае-Саянского региона, Средней Азии, Монголии, Забайкалья, Большого Кавказа, Балтийского щита, рифта Рио-Гранде, грабена Осло, Восточно-Африканской рифтовой системы. Это мантийно-коровые и мантийные гранитоиды различных геодинамических обстановок: мантийных горячих точек, внутриконтинентальных рифтов, связанных с горячими точками.

Рис. 2. Диаграмма f- L- OH/F в биотитах гранитоидов: f - общая железистость биотитов (f = Fe + Mn/Fe + Mn + Mg); L - глинозёмистость биотитов (L = Al/Si + Al + Fe + Mg); OH/F - отношение гидроксильной группы к фтору в составе биотитов. Стандартные типы гранитоидов: М - мантийные СОХ, задуговых бассейнов (в составе офиолитовых комплексов); AD - слэб плавление метабазитовых пород нижней мантии и взаимодействие с плюмом; I - мантийно-коровые островных дуг, трансформных, активных континентальных окраин, коллизионных обстановок; S - коровые и мантийно-коровые коллизионных обстановок и комплексов метаморфических ядер; SH - шошонитовый тип гранитоидов постколлизионных обстановок, инициированных плюмтектоникой; А - мантийно-коровые и мантийные анорогенных обстановок (внутриконтинентальных рифтов, горячих точек, мантийных плюмажей)

Впервые шошонитовый тип гранитов (SH) выделили китайские исследователи при изучении ряда интрузий северо-западной части Китая. Шошонитовая группа гранитоидов включают ассоциации монцодиорит - монцонит - кварцевый сиенит, или монцонитовый гранит - гранит, или биотитовый (монцонитовый) гра-
нит - диопсидовый гранит - диопсидовый сиенит. Нами этот тип гранитоидов описан в Алтае-Саянской области и отнесён к постколлизионной обстановке, инициированной Сибирским суперплюмом. В состав выборки биотитов гранитоидов SH-типа, помимо гранитоидов Алтае-Саянского региона, включены аналогичные биотиты шошонитовых гранитоидов Китая, Шотландии, США, Австралии, Бразилии и других регионов.

К адакитовому типу гранитоидов (AD) относятся специфические кислые интрузивные породы, обнаруживающие сходство с эффузивными адакитами. К числу таких признаков относятся очень низкие концентрации иттрия (менее 18 г/т), иттербия (менее 1,8 г/т), повышенные содержания ванадия и хрома, высокие нормированные к хондриту отношения лантана к иттербию (более 8-10), указывающие на сильно дифференцированный тип распределения РЗЭ в породах. В выборку AD - типа гранитоидов вошли анализы биотитов Алтае-Саянской складчатой области, Китая, Монголии, Австралии. Геодинамическая обстановка формирования адакитовых гранитоидов определяется внутриконтинентальным положением, обусловленным плюмтектоникой. Петрогенетические модели формирования адакитовых гранитоидов Рудного Алтая могут быть связаны:

1) со слэб плавлением метабазальтоидов, локализованных на границе кора-мантия;

2) плавлением деламинированной гранат-содержащей нижней континентальной коры.

Таким образом, петрогенетические типы гранитоидов хорошо различимы по составам биотитов, а предложенная автором диаграмма разделения на главные группы гранитоидов в координатах OH/F - f (железистость биотита) - l (глинозёмистость биотита) показала применимость её для классификационных целей [Гусев, 2010]. Диаграмма, помимо классификационных задач, позволяет использовать её и для определения геодинамических обстановок формирования гранитоидов.