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 = 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; 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.


Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074