Научная электронная библиотека
Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания
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
|
Оксиды и элементы |
M N = 17 |
S N = 578 |
I N = 991 |
A N = 148 |
SH N = 123 |
|
SiO2 |
67,24 |
70,27 |
69,17 |
73,81 |
64,14 |
|
TiO2 |
0,49 |
0,48 |
0,43 |
0,26 |
0,51 |
|
Al2O3 |
15,18 |
14,10 |
14,33 |
12,40 |
15,41 |
|
Fe2O3 |
1,94 |
0,56 |
1,04 |
1,24 |
2,12 |
|
FeO |
2,35 |
2,87 |
2,29 |
1,58 |
2,11 |
|
MnO |
0,11 |
0,06 |
0,07 |
0,06 |
0,10 |
|
MgO |
1,73 |
1,42 |
1,42 |
0,20 |
1,57 |
|
CaO |
4,27 |
2,03 |
3,20 |
0,75 |
4,19 |
|
Na2O |
4,97 |
2,41 |
3,13 |
4,07 |
3,67 |
|
K2O |
1,26 |
3,96 |
3,40 |
4,65 |
5,50 |
|
P2O5 |
0,09 |
0,15 |
0,11 |
0,04 |
0,31 |
|
Na2O + K2O |
5,23 |
6,37 |
6,53 |
8,72 |
9,17 |
|
K2O/Na2O |
0,32 |
1,64 |
1,09 |
1,14 |
1,52 |
|
Fe2O3/FeO |
0,83 |
0,20 |
0,45 |
0,78 |
1,01 |
|
FeO/MgO |
2,37 |
2,38 |
2,27 |
13,48 |
2,56 |
|
A/CNK |
0,97 |
1,18 |
0,98 |
0,95 |
0,77 |
|
Rb |
17,5 |
217 |
151 |
169 |
241 |
|
Ba |
263 |
468 |
538 |
352 |
2567 |
|
Sr |
282 |
120 |
247 |
48 |
1015 |
|
Th |
1,0 |
18 |
18 |
23 |
54,1 |
|
U |
0,4 |
4 |
4 |
5 |
7,5 |
|
Nb |
1,3 |
12 |
11 |
37 |
23,5 |
|
Zr |
108 |
165 |
151 |
528 |
248 |
|
Y |
22 |
32 |
28 |
75 |
32 |
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. %)
|
Компоненты |
М-тип, n = 59 |
I-тип, n = 1043 |
S-тип, n = 267 |
А-тип, n = 941 |
SH-тип, n = 256 |
AD-тип, n = 135 |
||||||
|
X |
S |
X |
S |
X |
S |
X |
S |
X |
S |
X |
S |
|
|
SiO2 |
35,5 |
0,7 |
37,2 |
0,9 |
37,2 |
1,0 |
37,4 |
1,8 |
39,0 |
1,45 |
36,5 |
0,97 |
|
TiO2 |
3,29 |
1,3 |
3,19 |
0,7 |
2,80 |
0,5 |
2,29 |
1,0 |
2,24 |
0,97 |
2,89 |
0,78 |
|
Al2O3 |
11,9 |
1,6 |
15,1 |
1,3 |
17,7 |
1,9 |
15,1 |
3,8 |
13,9 |
1,78 |
16,56 |
1,06 |
|
Fe2O3 |
3,26 |
0,3 |
3,98 |
1,5 |
3,7 |
1,9 |
6,72 |
4,5 |
6,89 |
1,23 |
4,18 |
2,13 |
|
FeO |
15,5 |
3,3 |
16,2 |
2,6 |
18,9 |
2,5 |
17,9 |
6,1 |
10,5 |
1,77 |
14,53 |
1,98 |
|
MnO |
0,54 |
0,1 |
0,45 |
0,1 |
0,47 |
0,3 |
0,64 |
0,3 |
0,75 |
0,44 |
0,26 |
0,34 |
|
MgO |
18,7 |
5,3 |
10,5 |
2,4 |
6,89 |
2,4 |
5,61 |
4,7 |
12,5 |
2,23 |
13,11 |
2,43 |
|
CaO |
1,07 |
0,6 |
0,82 |
0,8 |
0,32 |
0,4 |
0,77 |
0,5 |
0,03 |
0,01 |
0,60 |
0,07 |
|
Na2O |
0,13 |
0,1 |
0,22 |
0,1 |
0,18 |
0,1 |
0,54 |
0,5 |
0,15 |
0,02 |
0,17 |
0,03 |
|
K2O |
6,93 |
0,6 |
8,1 |
0,9 |
8,56 |
1,0 |
7,87 |
0,8 |
9,45 |
1,11 |
8,44 |
1,34 |
|
P2O5 |
0,22 |
0,1 |
0,07 |
0,1 |
0,15 |
0,1 |
0,09 |
0,1 |
0,32 |
0,12 |
0,19 |
0,06 |
|
F |
0,31 |
0,1 |
0,54 |
0,2 |
0,88 |
0,3 |
2,26 |
1,8 |
1,67 |
1,22 |
0,45 |
0,14 |
|
H2O + |
2,81 |
0,5 |
3,06 |
0,4 |
3,27 |
0,8 |
2,35 |
0,9 |
2,21 |
0,89 |
1,92 |
1,32 |
|
Cl |
0,2 |
0,0 |
0,38 |
0,3 |
0,12 |
0,1 |
0,07 |
0,1 |
0,06 |
0,01 |
0,62 |
0,33 |
|
Li2O |
- |
- |
- |
- |
0,06 |
0,1 |
0,43 |
0,2 |
0,34 |
0,11 |
- |
- |
|
Rb2O |
- |
- |
- |
- |
0,07 |
0,1 |
0,82 |
0,3 |
0,77 |
0,21 |
- |
- |
|
Fe2O3/FeO |
0,21 |
|
0,24 |
|
0,19 |
|
0,37 |
|
0,65 |
|
0,29 |
|
|
f |
39,9 |
|
55,9 |
|
67,7 |
|
75,4 |
|
73,4 |
|
52,9 |
|
|
l |
25,6 |
|
33,0 |
|
38,5 |
|
33,4 |
|
31,5 |
|
36,9 |
|
|
У |
188 |
|
191 |
|
191 |
|
188 |
|
188 |
|
188,6 |
|
|
lg fO2 |
-8,1 |
|
-12,1 |
|
-14,2 |
|
-12,5 |
|
-12,9 |
|
-11,8 |
|
|
T, C |
915 |
|
710 |
|
625 |
|
565 |
|
585 |
|
910 |
|
|
lg fHF/fHCl |
-4,32 |
|
-2,71 |
|
-1,2 |
|
0,40 |
|
0,34 |
|
-3,12 |
|
|
AlIV |
1,71 |
|
1,82 |
|
1,94 |
|
1,77 |
|
1,72 |
|
1,82 |
|
|
AlVI |
-0,12 |
|
0,27 |
|
0,50 |
|
0,35 |
|
0,38 |
|
0,48 |
|
Примечание: f - железистость (f = 100(Fe/Fe + Mg); l - глинозёмистость (l = 100Al/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; AlIV и AlVI - 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+, TiVI) - (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.