Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Петрология и геохимия раннепротерозойских гранитов приморского комплекса

ВАК РФ 25.00.04, Петрология, вулканология

Автореферат диссертации по теме "Петрология и геохимия раннепротерозойских гранитов приморского комплекса"

На правах рукописи БАЗАРОВА Екатерина Петровна

ПЕТРОЛОГИЯ И ГЕОХИМИЯ РАННЕПРОТЕРОЗОЙСКИХ ГРАНИТОВ ПРИМОРСКОГО КОМПЛЕКСА

Специальность 25.00.04 - петрология, вулканология

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

1 3 ОКТ 2011

Иркутск-2011

4857122

Работа выполнена в Институте земной коры СО РАН

Научный руководитель: кандидат геолого-минералогических наук, старший научный сотрудник Савельева Валентина Борисовна

Официальные оппоненты: доктор геолого-минералогических наук Левицкий Валерий Иванович, Институт геохимии СО РАН

кандидат геолого-минералогических наук Донская Татьяна Владимировна, Институт земной коры СО РАН

Ведущая организация: Иркутский государственный университет

Защита диссертации состоится: _26__октября_ 2011 г. в _9.00_ часов

на заседании Диссертационного совета Д 003.022.02 в Институте земной коры СО РАН по адресу: 664033, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 128, в конференц-зале.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института земной коры СО РАН

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью учреждения, просим направлять по указанному адресу ученому секретарю совета к.г.-м.н. Юрию Витальевичу Меньшагину, men@crust.irk.ru

Автореферат разослан см^^^

Ученый секретарь диссертационного совета,

кандидат геолого-минералогических на ньшагин Ю.В.

Введение

Актуальность исследовании. Проблема связи рудообразования с гранитоидным магматизмом до настоящего времени остается одной из основных проблем магматической петрологии. При этом для оптимизации геолого-разведочных работ важное значение имеет оценка потенциальной рудоносности конкретных магматических комплексов.

Граниты рапакиви являются одними из наиболее ранних в истории Земли высококалисвых кислых пород, формирование которых происходило в субплатформенном режиме. Они известны практически на всех древних платформах, где слагают крупные батолиты в составе протяженных поясов кислого магматизма. Долгое время граниты ранакиви считались безрудными, однако в настоящее время установлена нередкая связь с поздними дифферекциатами комплексов гранитов рапакшш оловянной и сопутствующей бериллиевой, циркониевой, тантал-ниобиевой, редкоземельной, урановой, висмутовой, полиметаллической минерализации.

В Западном Прибайкалье граниты рапакиви входят в состав ра1шепротерозойского приморского комплекса, относящегося к постколлизионному Южно-Сибирскому магматическому поясу на границе Сибирского кратона и складчатого обрамления.

Несмотря на то, что еще в шестидесятых годах XX века в гранитах приморского комплекса были выявлены проявления Бп, 1%, V/, В1 и других редких металлов, проблеме металлогении комплекса до сих пор уделялось недостаточное внимание. Опубликованные геохимические данные получены преимущественно для гранитов юго-западной и центральной частей выходов комплекса и не дают полного представления о его составе; практически не изучен флюидный режим формирования гранитов; слабо изучены иостмагматические процессы; не рассматривались особенности состава акцессорной минерализации, позволяющие уточнить металлогеническую специализацию гранитов. Все это в совокупности послужило основанием для постановки выполненных исследований.

Цель и задачи исследований. Целью выполненной работы являлась пстролого-геохимическая характеристика приморского комплекса и, прежде всего, изучение проявления в нем дифференциации, поскольку, как известно из мировой практики, месторождения и рудопроявления Бп (с сопутствующими Ве, Ъл, Си, РЬ), РЗЭ, N1), Та, 7г в рапакивигранитных комплексах связаны именно с наиболее поздними дифференциатами. В связи с этим были поставлены следующие задачи:

1. Петро-геохимическая характеристика отдельных крупных массивов, слагаемых гранитами приморского комплекса.

2. Оценка условий кристаллизации, в первую очередь, флюидного режима кристаллизации гранитов.

3. Характеристика постмагматических процессов и связанной с ними акцессорной минерализации.

Защищаемые положения.

1. Образование главных разновидностей пород приморского комплекса связано с кристаллизационной дифференциацией исходных высококалиевых и высокожелезистых расплавов, общей направленностью которой являлось увеличение кремнекислотности гранитоидов при одновременных увеличении агнаитности, желсзистости и отношения K20/Na20 без существенного изменения общей щелочности. Обогащенность лейкогранитов массива Трехголового по сравнению с лейкогранитами других массивов Rb, обедненность Ва, Sr, Eu, резко пониженные отношения K/Rb, Ba/Rb, Sr/Rb, Eu/Eu* позволяют рассматривать их как продукты кристаллизации наиболее дифференцированного расплава.

2. Формирование гранитов приморского комплекса происходило при участии окисленной флюидной системы Н-типа (по терминологии Ф.А. Летникова). Особенности состава биотита позволяют отнести граниты к водному и хлорофилыюму флюидно-металлогеническим типам; лейкограниты Трехголового массива, по сравнению с лейкогранитами других массивов, кристаллизовались из расплава с повышенными концентрациями воды, фтора и бора.

3. Присутствие в Трехголовом массиве кварц-мусковит-топазовых грейзенов и фторфлогопита в составе альбитизированных гранитов второй фазы указывают на то, что постмагматические процессы в Трехголовом массиве протекали при участии флюидов, богатых фтором. Высокие концентрации в грейзенах Sn, Nb, Y, Th, U и РЗЭ и характерные для гранитов и грейзенов редкометальные акцессорные минералы являются показателем металлогепической специализации приморского комплекса на перечисленные элементы.

Фактический материал и методы исследований.

В основу работы положены даные, полученные при проведении полевых работ в период 2007-2009 гг. Изучено около 180 шлифов, петрохимические выводы основываются на 202 полных силикатных анализах. Исследования включали в себя геохимическое опробование трех крупных массивов, составляющих указанный комплекс: Бугульдейско-Ангинского, Улан-Ханского и Трехголового.

Анализы пород выполнены в лабораториях Аналитического центра Института земной коры СО РАН и Центра коллективного пользования Иркутского НЦ СО РАН. Содержания петрогенных компонентов и F определялись химическим методом; редких элементов - методами фотометрии пламени (Li, Cs), спектральным (Ва, Be, Sn, Со, Ni, Sc, V), рентгенофлуоресцентньм (Rb, Sr, Ва, Sn, Pb, Zn, Nb, Zr, Y, Th, Mo, W), методом ICP-MS (РЗЭ, Th, U, Nb, Та, Zr, Hf, Cs, Sn) (аналитики Г.В. Бондарева, M.M. Самойленко, H.H. Ухова, B.B. Щербань, JI.B. Воротынова, A.B. Наумова, Е.Г. Колтунова, П.Ю. Царева, Е.В. Худоногова, C.B. Пантеева, С.И. Штельмах). Анализы минералов выполнены в Геологическом институте

СО РАН на модернизированном микроанализаторс "МАР-3" и электронном сканирующем микроскопе "ЬЕО-МЗОУР" с энергодисперсионным анализатором "ШСАЕпе^у-ЗОО" (аналитики Н.С.Карманов и С.В.Канакин). и-РЬ датирование циркона осуществлялось на ионном микрозонде 81ШМР-II в центре изотопных исследований ВСЕГЕИ (аналитик А.И.Ларионов). Для датирования мусковита из грейзена применен 40Лг-иЛг метод; изотопный состав аргона измерялся на масс-спектромстре «5400» фирмы Микромасс (Англия) (анализ выполнен А.В.Травяным, ИГМ СО РАН, г. Новосибирск). Изучение главных флюидных компонентов (Н20, С02, СО, Н2) в породах проводилось методом газовой хроматарафии в Институте земной коры СО РАН (аналитик Л.В. Баранова) на лабораторном хроматографе ЛХМ-8МД; температура нагрева породы 850°С. Содержаши Р и С1 в слюдах определялись на модернизированном микроанализаторе "МАР-3" в Геологическом институте СО РАН. Нижний предел обнаружения для Р 0,037%, для С1 - 0,025%.

Научная новизна работы.

1. Впервые с использованием современных методов анализа (рентгенофлуоресцентый, 1СР-М8) получена геохимическая характеристика главных разновидностей пород, слагающих три крупных массива приморского комплекса и выполнено их геохимическое сопоставление, что позволило изучить дифференциацию в массивах грашпоидов и провести их геохимическую типизацию. 2. Впервые на микрозонде и электронном сканирующем микроскопе с энергодисперсионным анализатором изучен состав главных акцессорных минералов гранитов и грейзенов (касситерит, минералы 1%, ТЬ, РЗЭ, Ш, Мо), что позволило уточнить мсталлогеническую специализацию комплекса. 3. Впервые охарактеризован флюидный режим формирования гранитов приморского комплекса на основе изучения распределения главных флюидных компонентов (Н20, С02, СО, Н2) в породах методом газовой хроматографии и распределения галогенов (Р и С1) в породообразующих слюдах. 4. Впервые установлено, что характерными продуктами постмагматического этапа в Трехголовом массиве являются кварц-топазовые (+мусковит) грейзены с содержанием Р до 6 вес. %, что является показателем высокой концентрации НБ в постмагматическом флюиде. 5. Впервые в альбитизироваипых гранитах Трехголового массива выявлен редкий минерал фторфлогопит, также указывающий на повышенную концентрацию НР во флюиде. 6. Получены изотопио-геохронологические данные, свидетельствующие о том, что в приморский комплекс объединяются разновозрастные граниты раннего протерозоя, сходные по своим геохимическим характеристикам.

Практическая значимость работы.

Результаты работы могут быть использованы как научными, так и производственными организациями, занимающимися проблемами оценки

потенциальной рудоносности гранитоидов и осуществляющими поисковые работы на территории Западного Прибайкалья.

Апробация работы и основные публикации. По теме диссертации опубликованы 3 статьи и 9 тезисов докладов, 1 статья прошла рецензирование. Результаты работы докладывались на XI Всероссийском петрографическом совещании (Екатеринбург, 2010), Международном научном симпозиуме студентов, аспирантов и молодых ученых «Проблемы геологии и освоения недр» (Томск, 2010), конференции молодых ученых «Современные проблемы геохимии» (Иркутск, 2009), XXIII Всероссийской молодежной конференции «Строение литосферы и геодинамика» (Иркутск, 2009), XXIV Всероссийской молодежной конференции «Строение литосферы и геодинамика» (Иркутск, 2011), научном совещании «Геодинамическая эволюция литосферы ЦАЛП: от океана к континенту» (Иркутск, 2009).

Объем и структура работы. Диссертация состоит из 9 глав, введения, заключения и списка использованной литературы. Общий объем 247 страниц, включая 66 иллюстраций и 31 таблицу, в том числе 8 в приложении. Библиография включает 183 наименования.

Работа выполнена в Институте земной коры СО РАН (г. Иркутск) при финансовой поддержке фантов РФФИ 08-05-00182 и РФФИ 10-05-00289.

Автор выражает искреннюю благодарность своему научному руководителю к.г.-м.н. В.Б. Савельевой, чьи консультации и советы оказали неоценимую помощь при подготовке работы. Автор благодарит академика РАН Ф.А. Летникова за неоднократные плодотворные обсуждения работы. Автор признателен также к.г.-м.н. Т.В. Донской за ценные замечания и пожелания.

Глава 1. ГРАНИТЫ РАПАКИВИ И ИХ МИРОВОЕ РАСПРОСТРАНЕНИЕ

Существует несколько определений гранитов рапакиви, из числа которых мы придерживаемся определения (Наара1а е1 а1., 2005): граниты рапакиви - это граниты А-типа. характеризующиеся присутствием, по крайней мере в крупных батолитах, гранитных разновидностей со структурами рапакиви.

Граниты рапакиви известны практически на всех древних платформах, где слагают крупные, нередко многофазные батолиты в составе поясов кислого магматизма. По времени образования большинство интрузий относится к среднему протерозою (около 1,54 млрд. лет). Наибольшее число проявлений рапакивигранитного магматизма наблюдается на ВосточноЕвропейской платформе. Полный обзор проявлений рапакигранитного магматизма в мире, взгляды на проблему овоидов, особешюсти химического состава гранитов, модели источников их расплава приведены в диссертации.

В рапакивигранитных комплексах преобладают собственно граниты; в составе ранних фаз могут присутствовать адамеллиты, монцодиориты и

сиениты. Дифференциация осуществляется преимущественно по плгомазитовому тренду - с образованием на заключительной стадии топазовых гранитов с накоплением F, Li, Rb, Cs, Ga, Y, Sn, Nb, Ta, W, Th, U. В ряде комплексов поздняя фаза представлена альбитовыми гранитами, обогащенными F, Nb, Та, Zr, Hf, U, Th, Sn, Rb и в меньшей мере Ga, Cs, W.

Характерными постмагматичеекими процессами в гранитах являются альбитизация и грейзенизация. В связи с рапакивигранитными комплексами выделяются три основных типа оруденения: Sn-нолиметаллическое (W-Be-Zn-Cu-Pb), редкометально-редкоземельное и Fe-Cu (U-Au-Ag).

Глава 2. ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ПОЗИЦИЯ И ИСТОРИЯ ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ ИЗУЧЕННОСТ И ГРАНИТОИДОВ ПРИМОРСКОГО КОМПЛЕКСА

Граниты приморского комплекса в Западном Прибайкалье входят в состав Южно-Сибирского постколлизионного магматического пояса, протягивающегося вдоль края Сибирского кратона. Время формирования пояса 1,88 - 1,84 млрд. лет (Ларин и др., 2002, 2003). Входящие в его состав интрузивные комплексы подробно рассмотрены в диссертации.

Приморский комплекс слагает хребет Приморский и южную часть Байкальского хребта. Выходы пород комплекса наблюдаются в виде цепочки массивов на протяжении свыше 200 км вдоль западного берега оз. Байкал (рис. 1) и в тектоническом отношении приурочены к зоне Приморского глубинного разлома. На большей части территории граниты комплекса имеют тектонические и интрузивные контакты с породами сарминской серии раннего протерозоя; на юго-востоке граничат с раннепалеозойским ольхонским метаморфическим комплексом, а на северо-западе перекрыты осадочными отложениями байкальской серии верхнего рифея.

106°

Ш 1 Ж. 2 Eg 3 Ш 4 ш 5

I. Схема геологического строения западного берега оз. Байкал.

1,2- фундамент Сибирской платформы: 1 - сарминская серия протерозоя, 2 -граниты приморского комплекса (массивы: БЛ - Бугульдейско-Ангинский, УХ -Улан-Ханский, ГТ - гольца Трехголового (Трехголовый)); 3 - платформенный чехол; 4 - раннепалеозойская ольхонская коллизионная система; 5 - тектонические нарушения (а - разломы, б - надвиги).

Возраст комплекса в настоящее время принимается равным 1859±16 млн. лет, что соответствует возрасту циркона из рапакиви юго-западных выходов комплекса (бухта Песчаная) (Допекая и др., 2003). Однако по циркону из гранитов главной фазы Трехголового массива ранее и-РЬ методом был получен возраст 1910±30 млн. лет (Бибикова и др., 1981), т.е. проблема времени формирования комплекса остается окончательно не решенной.

По возрасту и геохимическим особенностям граниты приморского комплекса сходны с гранитами шумихинского комплекса Присаянского выступа фундамента Сибирской платформы, ирельского комплекса северозападного Прибайкалья, кодарского комплекса Алданского щита.

Из приведенного в диссертации обзора по изученности приморского комплекса видно, что современные геохимические данные полутень! преимущественно для гранитов юго-западной и центральной частей выходов комплекса и не дают полного представления о его составе. Наиболее хорошо изученным является Бугульдейско-Ангинский массив. Слабо изучены особенности распределения редких элементов в гранитах разного петрографического состава, разных фаз, разных массивов, поведение редких элементов при постмагматических процессах. Многими исследователями отмечалась обогащенность пород приморского комплекса фтором и бором, тем не менее, флюидный режим формирования комплекса практически не изучен, хотя общеизвестна ведущая роль летучих компонентов в процессах экстракции, переноса и отложения рудных элементов.

Глава 3. ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ И ПЕТРОГРАФИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА МАССИВОВ ГРАНИТОВ ПРИМОРСКОГО КОМПЛЕКСА

Породы всех массивов имеют практически одинаковый минералогический состав: главными породообразующими минералами являются кварц и калиевый полевой шпат, обычно микропертитовый, плагиоклаз присутствует в подчиненном количестве. Преобладают биотитовые граниты и значительно реже встречаются роговообманково-биотитовые граниты. Особенностью Трехголового массива является присутствие в гранитах кварц-турмалиновых шлиров.

В составе всех массивов выделяются кругшоовоидные граниты (рапакиви) и относительно равномернозернистые граниты. В вопросе выделения интрузивных фаз в составе комплекса нет единого мнения, но достоверно установлено прорывание крупнозернистых гранитов мелко-среднезернистыми, слагающими небольшие массивы, тела вытянутой формы

и жилы. Вслед за большинством геологов автор выделяет две фазы. Породы первой (главной) фазы представлены крупно- и среднсзсрнистыми гранитами, крупноовоидными и равномернозернистыми, биотит-роговообманковыми, биотитовыми, лейкократовьши, до аляскитов. Ко второй (заключительной) фазе относятся мелко-среднезернистые граниты, гранит-порфиры и аплиты. Пегматиты для приморского комплекса не характерны.

Разнообразие текстур и структур указывает на различные условия кристаллизации расплавов. В породах главной фазы Трехголового массива и аляскитах Бугульдейско-Ангинского массива обычна гранофировая структура, присущая малоглубинным гранитам. Для пород Улан-Ханского массива характерны директивная текстура и метасоматическая структура, что указывает на его кристаллизацию в зоне повышенной проницаемости для глубинных флюидов при нестабильном тектоническом режиме.

Постмагматические изменения представлены альбитизацией, мусковитизацией, грейзеиизацией, флзооритизацией. В грейзепизировапных гранитах проявлена зональность: биотитовый гранит —* альбитизированный и мусковитизировапный гранит —+ кварц-мусковиговый грейзен -> кварц-топазовый грейзен —> кварцевая порода. Апьбитизация характерна в основном для гранитов второй фазы. В Трехголовом массиве выявлены тела альбитовых метасоматитов мощностью до 1 м. Эти породы почти на 90% сложены альбитом и микроклином, прочие минералы представлены кварцем, бесцветной слюдой, кальцитом, магнетитом, гематитом.

Глава 4. МИНЕРАЛОГИЯ ПРИМОРСКОГО КОМПЛЕКСА

Главными породообразующими минералами гранитов являются кварц и калиевый полевой шпат, обычно микропертитовый. В фенокристаллах щелочного полевого шпата из грапит-порфиров Хма=0.16-0.34. Плагиоклаз представлен несколькими генерациями; аляскиты содержат единичные зерна плагиоклаза. Темноцветный минерал представлен биотитом, редкие зерна роговой обманки отмечены только в гнейсогранитах Улан-Ханского массива. По составу слюда близка к анниту. Для биотита характерны умеренные содержания ТЮ2 (до 3,1%); биотиты из пород Трехголового массива отличаются повышенными желсзистостью Г=100*Рс/(Рс+\%) (85%), содержанием А1(М) (0,47 на ф.е.) и низкими содержаниями ТЮ2 (1,65%) (средние значения для биотитов из гранитов главной фазы).

Турмалин в гранитах Трехголового массива представлен шерлом с железистостью 74-100%. Из вторичных минералов наиболее распространен мусковит, для которого характерны высокие содержания РсО - до 10%; ХКта=0,02-0,05. Топаз в грейзенах представлен призматическими кристаллами или радиально-лучистыми и сферолитонодобными агрегатами.

В альбитовых метасоматитах выявлена слюда, отвечающая по составу флогопиту. Анализ показал высокие содержания в ней (мае. %) MgO (до 21,7), 8Ю2 (до 50,5)и Р (5,5-8,9) при низких РеО (до 5,11) и А1203 (до 9,78).

Содержание фтора соответствует заполнению позиций ОН' фтором от 65 до 100%, что позволяет рассматривать слюду как фторфлогоцит.

Наиболее распространенными акцессорными минералами гранитов являются ильменит, рутил, титанит, эпидот, апатит, циркон и флюорит. В аляскитах Бугульдейско-Ангинского массива присутствует магнетит, в гранитах Улан-Ханского массива отмечается фанат. В гранитах второй фазы и грейзенах выявлены минералы 8п, №>, V/, ТЫ, Ъх, ТЬ.

Главным минералом 8п является касситерит 8п02. Среди минералов "ЫЬ и \У установлены рутил, ильменорутил, ферроколумбит (Мп/(Мп+Ре)=0.11-0.40, Та/(Та+1ЧЬ)=0.02-0.06), ферберит, пирохлор, минералы У, МЬ и 'П представлены самарскитом, фергусонитом, иттрокразитом Среди минералов У установлен ксенотим. Минералы легких РЗЭ представлены алланитом, монацитом, флюоцеритом, бастнезитом и минералами ТЪ. Наряду с торитом выявлены минералы, в которых проявлено замещение ТЬ либо У и тяжелыми РЗЭ, либо легкими РЗЭ, с одновременным замещением в! фосфором (церфосфорхаггонит). В гранитах присутствуют также циркон, циртолит (до 4.4% У203, до 6.1% ТЮ2, до 5% 1Ю2), молибденит, вульфенит, повеллит, а в грейзенах встречаются бисмутинит, бисмутит, арсеиопирит и пирит.

Глава 5. ПЕТРОХИМИЯ И ГЕОХИМИЯ ГРАНИТОВ

В целом породы комплекса представлены гранитоидами нормальной и несколько повышенной щелочности, высококалиевыми, железистыми (ре0общ/(ре0°вщ+1у^0)>0.8), образующими ряд от кварцевых сиенитов до ультракислых лейкогранитов (рис. 2).

Рис. 2. Состав 1ранитоидов приморского комплекса на

классификационной диаграмме (На20+К20) -5Ю2, мае. %.

1 - 3 - граниты первой фазы Бугульдейско-Ангинского (1), Улан-Ханского (2) и

Трехголевого (3) массивов; 4 - граниты второй фазы всех массивов.

\

1 II- V

| 10 !• 8 КщвлмыЬ сиетт ?- * •ст&г* ал,

» >" • * ♦ ♦ 4 4 А

7 " б - / ¡ктшНюрч Граньг" » »* * } * МШкртшп ^ £ . А

5 - ... 1 V .1 1 , > А А

64

мО,. мае. %

Наиболее разнообразен по составу Бугульдейско-Ангинский

массив, Улан-Ханский массив сложен гранитами и лейкогранитами, а Трехголовый массив преимущественно лейкогранитами. Породы второй фазы всех трех массивов представлены высокожелезистыми и высококалиевыми лейкогранитами преимущественно субщелочного состава. Граниты

варьируюг от метаглиноземистых или слабо пересыщенных глиноземом (А81<1.10) до псрглииоземистых; при этом глииоземистость возрастает в мусковитизированных породах.

В целом с ростом содержания 8Ю2 в породах первой интрузивной фазы снижаются содержания ТЮ2, А1203, РсО*, Ыа20, СаО, MgO, Р205, а также Ва, 8г, 7г. 7л1, Бс, V что характерно для продуктов фракционной кристаллизации, одновременно возрастают железистость, отношение К20/Ма20, агпаитность и содержания М>, и ТЬ. Наиболее основные крупноовоидные гранитоиды содержат повышенные, относительно кларков для бедных кальцием гранитов, концентрации Р, ЛЬ, Ва, 7х, НГ, ТЬ, Яп, РЬ, 7,п, Со, Ве.

Лейкограниты Трсхгового массива отличаются от лейкогранитов других массивов повышенными агпаитностью, содержаниями (г/т) ИЬ (до 650), 8п (до 20), и (до 80), Се (до 27), Р (до 6600), ТЬ (до ПО), и (до 20), У (до 100), низкими Ва, 8г, Ъх и пониженными К/ЛЬ, ВаУКЬ, ЪхШ, Nb/Ta.

Мелко-среднезернистые граниты второй фазы представлены плюмазитовыми лейкогранитами, отличающимися от лейкогранитов главной фазы пониженными содержаниями 8Ю2, повышенной общей щелочностью (преимущественно за счет Ыа) и железистостью и в целом имеют более высокие, но сравнению с гранитами главной фазы, содержания 8п, ТЬ, №. По редкоэлементному составу отдельные жилы и массивы различаются между собой: в Трехголовом массиве одни жилы и массивы гранитов второй фазы обогащены Р (до 0,46%), редкими щелочами (ЯЬ до 600 г/т, 1л до 75 г/т), Эп (до 39 г/т), ТЬ (до 140 г/т), ЗЧЬ (до 53 г/т), У (до 80 г/т), Мо (до 17 г/т) при низком Ва (12-80 г/т) и Ъх (130-190 г/т), другие обеднены Б, ЛЬ, У, но содержат больше Ва (до 1400 г/т) и 7л (до 340 г/т).

Рис. 3. Распределение РЗЭ в гранитах приморского комплекса. Нормирование выполнено по (Тейлор, Мак-Леннан, 1988). а - крупноовоидные и порфировидные биотитовые граниты; 6 - крупнозернистые ранномернозернисгые биотитовые и лейкократовые граниты; в - мелко-среднезернистые граниты заключительной фазы. Жирными линиями обозначены спектры для Бугульдсйско-Ангинского, пунктирными - Улан-Ханского, тонкими - Трехголового массива.

Для пород комплекса характерны высокие содержания РЗЭ при значительном преобладании легких лантаноидов над тяжелыми (1лы/УЬм 1655); для спектров РЗЭ характерно сильное фракционирование легких (Ьа.^гпм 4-11) и слабое или умеренное фракционирование тяжелых (вём/УЬм 1,1-2,5) лантаноидов. Для крупноовоидных гранитов характерцы спектры РЗЭ со слабо или умеренно выраженными отрицательными Еи-аномалиями (Еи/Еи*=0,36-0,88). В равномернозернистых гранитах возрастает «глубина» Еи-минимума, отражающая усиление фракционирования плагиоклаза, и происходит выполаживание спектров в области тяжелых РЗЭ (Еи/Еи*=0,03-0,53; Сс1^УЬн=066-1,9). Максимальное обеднение Ей характерно для лейкогранитов Трехголового массива: Еи/Еи*=0,03-0,14 (рис. 3). Спектры РЗЭ в гранитах второй фазы близки к таковым в равномернозернистых гранитах первой фазы.

Глава 6. ГЕОХИМИЯ ПОСТМАГМАТИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ Изучение геохимии постмагматических процессов выполнено путем сопоставления составов метасоматически измененных гранитов с вмещающими неизмененными породами. На ранней стадии грейзенизации (замещение биотита мусковитом, плагиоклаза серицитом, калиевого полевого шпата альбитом) отмечается небольшой рост содержания № и снижение К. Содержания 8Ю2, ТЮ2, А1203, МпО, СаО, Р205 меняются слабо, проявлен вынос РеО и менее Ре203. Содержание Р меняется незакономерно. Проявлены тенденции к росту содержаний У, Ш>, Ва при выносе Хп и Ве.

При образовании собствепно кварц-мусковитовых грейзеиов выносится Ка20, в некоторых случаях Ре203, РеО, А1203 и К20; возрастают содержания потерь при прокаливании, СаО и С02. В кварц-мусковитовых грейзенах проявлено обогащение относительно гранитов и, Бп, У, Щ ТЬ, и.

Для кварц-мусковит-топазовых грейзенов характерны повышенные, относительно гранитов, содержания Р и А1203. Наряду с выносом Ыа20 усиливается вынос К20. Кроме того, выносятся М§0, МпО, менее РеО и Ре203, тогда как содержание СаО в одних случаях в грейзенах понижено относительно гранитов, в других повышено. Происходит вынос 11Ь, Бг, Ва, РЬ, 2п, Ве, в меньшей мере У, ТЬ, У. При окварцевании выносятся практически все петрогенные компоненты, включая А1.

В целом в грейзенизированных породах возрастают средние содержания Р, Бп, П, и увеличивается разброс (в г/т) содержаний Р (70060000), и (11-205), Ю> (96-1100), Яп (13-310), Се (12-550), У (7-210), № (24-190), V/ (от <5 до 218. Кварц-мусковитовые грейзены по сравпению с кварц-мусковит-топазовыми содержат больше 1л, ЛЬ, 8п, N1), У, ТЬ, и, однако в последних установлены наиболее высокие содержания (до 218 г/т).

Альбитизация сопровождалась привносом в породы А1, Ре, Mg, С02 и Р. В альбитовых метасоматитах, по сравнению с гранитами, повышены

содержания Li, Be, Sc, V, Ga, Sr, в меньшей мере Y, Nb, Th, Zr, Hf и понижены Ni, Cu, Pb, Sn, U.

Глава 7. УСЛОВИЯ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ ГРАНИТОВ И ФОРМИРОВАНИЯ АПОГРАНИТНЫХ МЕТАСОМАТИТОВ

VII. 1 .Условия кристаллизации гранитов

К числу главных параметров, влияющих на рудоносность гранитных массивов, относятся глубинность их становления, температура расплава, из которого кристаллизовались граниты, кислотность-щелочность и поведение летучих компонентов при кристаллизации расплава.

Для рапакиви юго-западных выходов комплекса Т.В.Донской и др. (2005) на основе амфиболового геобарометра получены значения давления при кристаллизации 4-7 кбар. В изученных автором породах амфибола нет, поэтому при оценке глубинности можно опираться только на геологические данные. Граниты Трехголового массива прорывают породы шшкгшгекой свиты, метаморфизованные примерно при 2.2 кбар и 340 °С (Савельева, Зырянов, 2001), что позволяет считать глубину становления верхней кромки массива не более 6-7 км. Присутствие в Бугульдейско-Анпшском массиве порфировидных аляскитов с гранофировой структурой также указывает па относительно малоглубинные условия кристаллизации.

Для оценки температуры начальных стадий кристаллизации расплавов использовано уравнение цирконового термометра (Watson, Harrison, 1983). Для порфировидных и равномернозернистых биотиювых гранитов Бугульдейско-Ангинского массива получено среднее значение 860°С, для крупноовоидных гранитов Улан-Ханского массива 840°С, а ' для крупноовоидных гранитов Трехголового массива 830°С.

Для оценки кислотности-щелочности расплавов использовались диаграммы А.А.Маракушева и И.А.Тарарина (1965) и В.С.Иванова (1970). На первой точки составов слюд ложатся в основном в поле нормальной щелочности, за исключением биотитов Трехголового массива, которые попадают также в поле пониженной щелочности. В Улан-Ханском массиве рост железистости биотита практически не сопровождается изменением его глиноземистости, что свидетельствует о не меняющейся щелочности. В Трехголовом массиве рост железистости сопровождается ростом глиноземистости биотита, что указывает на снижение щелочности расплава. В Бугульдейско-Ангинском массиве отчетливой зависимости не наблюдается.

Общее представление о флюидном режиме кристаллизации расплавов дает диаграмма Q-Ab-Ort, где точки средних составов крупноовоидных гранитов - производных слабо дифференцированных расплавов располагаются вблизи расплава-мшшмум при РШ0=Т кбар с некоторым смещением к вершине ортоклаза. Кристаллизация лейкократовых гранитов всех массивов протекала при Ршо<1 кбар. С учетом данных по глубинности

это указывает на обедненностъ расплавов водой, что связано, вероятно, с высокой степенью метаморфизма нород, подвергавшихся плавлению.

Состав главных легучих компонентов изучен методом газовой хроматографии. Для гранитов характерно резкое преобладание во флюиде водорода над углеродом и высокая окисленность флюида: средние отношения Н/С (Н/С=2(Н20+Н2)/(С02+С0)) в гранитах разных типов первой фазы 18—54, в гранитах второй фазы 16-27; коэффициент восстановленности флюида (Кв=(С0+Н2)/(Ш2+Н20)) в гранитах первой фазы 0,04-0,16, в гранитах второй фазы 0,02-0,06. Отношение Н2/Н20 для большинства проб <0,1. Полученные данные показывают, что образование расплавов происходило под воздействием на исходную матрицу окисленной флюидной системы Н-типа (Летников и др., 1981).

Основные тенденции в поведении флюидных компонентов отражены на графиках зависимости их содержаний от отношения Ва/ЯЬ в гранитах. С уменьшением ВаЖЬ отношения содержания флюидных компонентов снижаются. Граниты Трехголового массива имеют повышенную флюидонасьпценность по сравнению с гранитами других массивов, а наиболее высокие содержания воды и водорода характерны для кварц-турмалиновых шлиров в этом массиве (рис. 4). Поведение С02 и СО менее закономерно.

д 2

«911»

Рис. 4. Корреляция содержаний флюидных компонентов в гранитах с отношением Ва/Мэ. 1 - 3 - линейные тренды для Бугульдейско-Ангинского (1), Улан-Ханского (2) и Трехголового (3) массивов. Тренд 1: биотитовые равномернозернистые граниты - лейкократовые граниты - аляскиты - мелкозернистые граниты и гранит-иорфиры; тренд 2: крупноовоидные граниты - равномернозернистые лейкократовые граниты; тренд 3: крупноовоидные граниты - равномернозернистые средне- и крупнозернистые 1раниты - жильные мелко- и среднезернистые 1-раииты. I и 2 -точки составов кругпюовоидных гранитов Бугульдейско-Ангинского (I) и мелко- и

среднезернистых гранитов второй фазы Трехголового (2) массивов, не учитывающиеся при построении трендов. Кружками обозначены точки средних содержаний флюидных компонентов в кварц-турмалиновых шлирах.

Наиболее важную роль в магматических и постмагматических процессах играют F и С1. Распределение галогенов в биотите дает информацию о поведении этих компонентов в магмах. Биотиты приморского комплекса содержат умеренные количества F (в среднем по разным группам пород от 0,27 до 1,07%) и С1 (0,07-0,36%). Наиболее высокие содержания галогенов характерны для биотитов из Трехголового массива. По соотношению Г и С1 в биотитах граниты относятся к водному и хлорофилъному типам по классификации (Бушляков, Холоднов, 1986).

Для оценки режима F и С1 во флюиде, равновесном с биотитом, использовались уравнения из работ (Muñoz, 1984; Muñoz, Swenson, 1981; Аксюк, 2002). Температура кристаллизации биотита оценивалась по экспериментальной кривой зависимости железистости слюды от температуры при окислительных услових, отвечающих буферу Ni-NiO (Wones, Eugster, 1965), При наиболее высоких концентрациях HF во флюиде кристаллизовался биотит в Трехголовом массиве, при наиболее низких в Бугульдейско-Алгинском массиве и при промежуточных в Улан-Ханском массиве (рис. 5). Поздние дифференциаты главной фазы во всех массивах кристаллизовались при пониженной летучести НС1 по сравнению с HF: lg(fHC1/fHF) снижается от 1,88-1,96 в крупноовоидных биотитовых гранитах до 1,25-1,46 в

Рис. 5. Концентрации HF во флюиде гранитов, определенные с помощью биогитового геофториметра (Аксюк, 2002). 1-3 - биотиты из гранитов Бугульдейско-

Ангинского (1), Улан-Ханского (2) и Трехголового (3) массивов. А/Нр - концетрация нейтральной частицы HF0 во флюиде, равновесном со слюдой, моль/дм3 (Аксюк, 2002).

Присутствие турмалина в породах Трехголового массива и особенно кварц-турмалиновых шлиров в гранитах отличает этот массив от других массивов и свидетельствует об обогащенности расплава бором (содержания В203 в кварц-турмалиновых шлирах достигает 3%).

VII.2.Условия протекания постмагматических процессов

лейкократовых гранитах.

Образование грейзснов, содержащих флюорит и топаз, свидетельствует о том, что процесс протекал под воздействием на породы кислых растворов, богатых №. В соответствии с экспериментами (Зарайский, 1999), температура образования грейзенов составляла от 400 до 600°С и происходила иод воздействием растворов, насыщенных глиноземом и бедных калием. Присутствие кальцита в грейзенах показывает, что наряду с фтором постмагматический флюид содержал в значительном количестве углекислоту.

Образование фторфлогопита связано с процессом альбитизации, проявившемся в апикальной части гипабиссального массива субщелочных гранитов. Аномально низкая глиноземистость флогопита и его парагенезис с гематитом и кальцитом показывают, что образование микроклин-альбитовых метаеоматитов происходило в условиях повышенной щелочности, высокого окислительного потенциала, при участии флюида, богатого углекислотой и при повышенных концентрациях НР во флюиде, однако недостаточных для образования флюорита.

Глава 8. НОВЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ИЗОТОПНО-ГЕОХРОНОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ

В предшествующих работах определение возраста приморского комплекса и-РЬ методом проводилось по цирконам из гранитов главной фазы (см. Главу 2). Нами была поставлена задача датирования гранитов второй фазы Трехголового массива, с которыми связаны проявления редкометаллыюй минерализации грейзенового типа. Датирование циркона выполнено локальным и-РЬ методом (БНММР-Н). Всего было выполнено 10 анализов в 9 кристаллах циркона, из которых один анализ дал конкордантный возраст 1932±13 млн. лет, а результаты, полученные по остальным цирконам,

группируются вблизи верхнего пересечения дискордии с конкордией, отвечающего возрасту 1932±21 млн. лет (рис. 6). Значение, получаемое по нижнему пересечению, не имеет геологического смысла.

Рис. 6. Диаграмма с конкордией для цирконов: дискордия: Т]=!932£21 млн. лет, Т2=259±640 млн. лет, СКВО 1,06 (через все точки). Размеры эллипсов соответствуют ±2а

Конкордантный возраст | ¡~Р®™Т П°РФИР Ул 1932+13 млн. лет (2а)

СКВО (юнкордвитноега) Ц)Л0\ -^гёУйЙ' Вероятность г—--->-:*'

5.4 5.6

шрь/235и

погрешностям по обеим осям координат.

Полученный возраст гранитов второй фазы Трехголового массива в пределах ошибки измерения близок к возрасту, установленному ранее по циркону из гранитов главной фазы этого же массива. Это, вслед за (Бибикова и др., 1987), позволяет предполагать, что в состав приморского комплекса объединяются разновозрастные граниты со сходными минералогическими и | геохимическими характеристиками. Датирование мусковита из кварц-мусковитовых грейзенов Трехголового массива Аг-Аг-методом дало возраст промежуточного плато в спектре 792±7 млн. лет и интегральный возраст I 868±8 млн. лет. По-видимому, эти значения отражают не время образования ! грейзенов, а термальное событие, имевшее место в Западном и Северном Прибайкалье в интервале 700-800 млн. лет (Гладкочуб и др., 2007).

Глава 9. ФЛЮИДНО-ГЕОХИМИЧЕСКАЯ ТИПИЗАЦИЯ ГРАНИТОВ ПРИМОРСКОГО КОМПЛЕКСА

Приморский комплекс в соответствии с (Изох, 1978) представлен полной и завершенной грапитоидной ассоциацией умеренной общей щелочности и повышенной калиевости. Исходными для комплекса являлись известково-щелочпые магмы, образовавшиеся при плавлении глубокометаморфизованных верхнеархейских пород кислого состава (Донская и др., 2005) и изначально обогащенные Г, Ва, 7л, ЛЬ, РЬ, ТИ, вп, что следует из геохимии наиболее основных разностей гранитов. Эволюция состава пород главной интрузивной фазы выражается в увеличении кремнекислотносги при одновременных снижении основности, росте железистости, отношения К20/ТЧа20 и агпаитности. Дифференциация расплава отвечала Ва-РЬ тренду. Для гранитов второй фазы проявлена тенденция к возрастанию общей щелочности в основном за счет Ыа.

Рис. 7. Соотношения (а) и Ва/КЬ 8Ю2 (б) в гранитах. Точки составов и

линейные тренды эволюции: 1 - гранитов бухты Песчаной по (Донская и др., 2005), 2

700

100

6

» 1 а 2 А 3 х 4

- Бугульдейско-Аягинского массива, 3 - Улан-Ханского массива, 4 - Трехголового массива.

Массивы разделяются на два типа по соотношению Rb и Sr (рис. 7 а). Первый тип представлен Бугульдейско-Ангинским массивом. Значительный диапазон содержаний Sr в породах этого массива указывает на проявление внутрикамерной дифференциации, которая не сопровождалась существенным накоплением Rb и снижением отношения Ba/Rb (рис. 7 б). Исключение составляют аляскиты, которые отличаются от лейкогранитов повышенными содержаниями Rb и пониженными - Ва. Относительно наиболее основных гранитов массива аляскиты обогащены Sn в 3 раза, Th в 2 раза и Rb в 1.4 раз. Вторую группу образуют граниты Улап-Хапского и Трехголового массивов, которые имеют пониженные концентрации Sr и повышенные Rb, причем концентрация Rb резко возрастает при относительно небольшом снижении Sr, что особенно выражено в Трехголовом массиве. Обогащешюсть лейкогранитов Трехголового массива Rb, обедненность Ва, Sr, Eu, резко пониженные отношения K/Rb, Ba/Rb, Sr/Rb, Eu/Eu*, Zr/1 [f, NbATa no сравнению с лейкогранитами других массивов (рис. 7) позволяют предполагать, что исходным для этого массива являлся лейкогранитный расплав, образовавшийся в процессе дифференциации известково-хцелочной магмы в глубинной магматической камере и затем отделившийся от нее и перемещенный в верхние горизонты коры. Этот расплав уже изначально содержал в повышенных количествах литофильные элементы: лейкограниты Трехголового массива по сравнению с лейкогранитами других массивов содержат в среднем примерно в 2 раза больше F, в 1.6—2.2 раза больше Li, Cs, Та, до 1.5 раз больше Sn, в 3 р. больше U. Повышенные содержания F и Cl в биотите, пониженные температуры кристаллизации, кварц-турмалиновые шлиры и проявления грейзенизации указывают на обогащеность расплава флюидными компонентами.

Граниты Трехголового массива по ряду геохимических особенностей близки к типу плюмазитовых редкометалльных гранитов, по Л.В.Таусону. Лейкогранитный состав интрузии и ее значительный объем являлись благоприятными факторами для накопления летучих компонентов и Sn в остаточных расплавах, от которых могли отделяться рудопосные растворы. Присутствие в гранитах второй фазы акцессорных редкометалльных минералов, связь с гранитами грейзенов, также содержащих минералы Sn, W, Nb, Y, TR, Th, повышенные концентрации Sn в гранитах и гидротермально измененных породах позволяют рассматривать массив Трехголовый как перспективный в отношении оловянного оруденения грейзенового типа. Неблагоприятным фактором для его обнаружения является значительный эрозионный срез. Повышенное содержание Cl в биотитах является показателем специализации комлекса на Au, Си, Pb, Zn и Mo.

Заключение

Полученный материал по геохимии, минералогии и условиям кристаллизации гранитоидов приморского комплекса, а также новые изотопно-геохронологические данные позволяют сделать следующие выводы.

Формирование комплекса связано с внедрением в породы раннего протерозоя порций расплава, отделявшихся от эволюционирующего глубинного очага высококалиевой и высокожелезистой известково-щелочной магмы, и их дальнейшей внутрикамерной дифференциации.

Наиболее контрастными по составу и условиям кристаллизации являются Бугульдейско-Ангинский и Трехголовый массивы. Исходным для первого являлся относительно слабо дифференцированный расплав, кристаллизация которого не сопровождалась накоплением фтора и существенным обогащением лейкогранитов гранитофильными элементами. Исходным для Трехголового массива служил лейкогранитный расплав, обогащенный Ся, 1л, ЛЬ, Бп, ТЬ, водой, фтором и бором.

Повышенная флюидонасыщенность гранитов Трехголового массива, присутствие акцессорных минералов 8п, Мо, ЫЬ, У, проявление грсйзенизации, повышенные концентрации Бп, ЛЬ, 1л, Р в гранитах и гидротермально изменешнлх породах позволяют рассматривать этот массив как перспективный в отношении обнаружения оловянного оруденения грейзенового типа, а повышенное содержание С1 в слюдах является показателем специализации комплекса на Аи, Си, РЬ, Ум, Мо. Тем не менее, дифферешщация расплава не привела к формированию редкометалльных гранитов, а выразилась лишь в повышении в 2-4 раза содержаний гранитофильных элементов. Причиной этого могут быть преимущественно глубинные условия кристаллизации и недосьиценность расплавов водой.

Полученный возраст кристаллизации гранитов второй фазы Трехголового массива, в пределах ошибки измерения близкий к возрасту гранитов главной фазы этого же массива (1,91 млрд. лет) и сильно отличающийся от значения, полученного по циркону из гранитов крайней юго-западной части массива (1,86 млрд. лет), позволяет считать, что в состав приморского комплекса объединяются разновозрастные граниты, сходные по петрографическому составу и геохимии.

Список опубликованных работ по теме диссертации

Статьи в рецензируемых журалах

1. Савельева В.Б., Базарова Е.П. Геохимическая типизация гранитов приморского комплекса Западного Прибайкалья // Доклады РАН, 2010. Т. 435, №2. С. 244-248.

2. Савельева В.Б., Базарова Е.Н., Карманов Н.С. Акцессорные минералы приморского комплекса гранитов рапакиви (Западное Прибайкалья) // Записки Российского минералогического общества, 2011. №2. С. 38-58.

3. Савельева В.Б., Базарова Е.П. Фторфлогопит из альбитизированных гранитов приморского комплекса (Западное Прибайкалье) // Записки Российского минералогического общества, 2011. №4. С. 119 - 128.

Тезисы докладов на российских и международных конференциях

4. Савельева В.Б., Базарова Е.П. Редкометалльная минерализация в раннепротерозойских постколлизионных гранитах Приморского комплекса (Западное Прибайкалье) // Граниты и эволюция Земли: геодинамическая позиция, петрогенезис и рудоносность ранитоидных батолитов: Материалы I международной конференции. - Улан-Удэ: Изд-во БНЦ СО РАН, 2008. С. 339 -342.

5. Базарова Е.П. Особенности состава слюд в гранитах приморского комплекса // Строение литосферы и геодинамика. Материалы XXIII Всероссийской молодежной конференции 21 - 26 апреля 2009 г., Иркутск. -Иркутск, Институт земной коры СО РАН, 2009. С. 129 - 130.

6. Базарова Е.П. Геохимия гранитов приморского комплекса (граниты массива г. Трехголовый) И Современные проблемы геохимии. Материалы конференции молодых ученых 5 - 10 октября 2009 г., Иркутск. Иркутск: Изд-во УРАН Институт географии им. В.Б. Сочавы СО РАН, 2009. С. 13-15.

7. Савельева В.Б., Базарова Е.П., Ларионов А.Н. Новые данные о возрасте гранитов приморского комплекса в Западном Прибайкалье // Геодинамическая эфолюция литосферы Центрально-Азиатского подвижного пояса (от океана к континенту). Материалы научного совещания по Программе фундаментальных исследований ОНЗ РАН 11 - 14 октября 2009 г., Иркутск. Иркутск: Институт земной коры СО РАН, 2009. -В 2-х томах. -Т. 2. С. 64-66.

8. Базарова Е.П. Геохимическая характеристика гранитов приморского комплекса // Проблемы геологии и освоения недр: труды XIV международного симпозиума студентов, аспирантов и молодых ученых имени академика М.А. Усова. Т. 1. ТПУ. - Томск, издательство ТПУ, 2010. С. 71-81.

9. Базарова Е.П., Савельева В.Б. Процессы грейзенизации в приморском комплексе гранитов рапакиви // Магматизм и метаморфизм в истории Земли. Тезисы докладов XI Всероссийского петрографического совещания. Екатеринбург, Институт геологии и геохимии УрО РАН, 2010. Т. КС. 70-71.

10. Савельева В.Б., Базарова Е.П. Флгоидно-геохимическая характеристика приморского комплекса гранитов рапакиви (Западное Прибайкалье) // Магматизм и метаморфизм в истории Земли. Тезисы докладов XI Всероссийского петрографического совещания. Екатеринбург, Институт геологии и геохимии УрО РАН, 2010. Т. 2. С. 199 - 200.

11. Базарова Е.П. Турмалинизация в гранитах Трехголового массива приморского комплекса (Западное Прибайкалье) // Строение литосферы и геодинамика: Материалы XXIV Всероссийской молодежной конференции

(Иркутск, 19-24 апреля 2011 г.). - Иркутск: Институт земной коры СО РАН, 2011. С. 62 - 63.

Подписано в печать 19.09.20!!. Формат 60x80 1\16. Бумага писчая белая. Печать RIZO. Усл.гтеч.л. i .6. Отпечатанно в типографии института Земной коры Иркугск,Лермонтова 128. Тираж 100 экз. Закаг№ 800.

Текст научной работыДиссертация по наукам о земле, кандидата геолого-минералогических наук, Базарова, Екатерина Петровна, Иркутск

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК СИБИРСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ ИНСТИТУТ ЗЕМНОЙ КОРЫ

042011 6702' На пРавахРУкописи

БАЗАРОВА Екатерина Петровна

ПЕТРОЛОГИЯ И ГЕОХИМИЯ РАННЕПРОТЕРОЗОЙСКИХ ГРАНИТОВ

ПРИМОРСКОГО КОМПЛЕКСА

Специальность 25.00.04 - петрология, вулканология

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Научный руководитель -кандидат геолого-минералогических наук

Савельева В.Б.

Иркутск - 2011

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ............................................................................................4

ГЛАВА I. ГРАНИТЫ РАПАКИВИ И ИХ МИРОВОЕ РАСПРОСТРАНЕНИЕ. .10 ГЛАВА И. ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ПОЗИЦИЯ И ИСТОРИЯ ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ ИЗУЧЕННОСТИ ГРАНИТОИДОВ ПРИМОРСКОГО КОМПЛЕКСА..... ..... .25

И. 1. Южно-Сибирский магматический пояс....................................................25

И. 2. Геолого-тектоническое положение приморского комплекса..........................33

II. 3. История геологической изученности приморского комплекса................'........37

ГЛАВА III. ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ И ПЕТРОГРАФИЧЕСКАЯ

ХАРАКТЕРИСТИКА MACCÍffiOB ГРАНИТОВ ПРИМОРСКОГО КОМПЛЕКСА... „45

III. 1. Бугульдейско-Ангинский массив.....;................................................... .45

IIL 2. Улан-Ханский массив...........................................................................50

III. 3. Трехголовый массив..........................................................................53

III. 4. Метасоматические преобразования в гранитах.................!.......................57

ГЛАВА IV. МИНЕРАЛОГИЯ ПРИМОРСКОГО КОМПЛЕКСА........ ... .........66

IV. 1. Породообразующие минералы приморского комплекса..............................66'

IV. 2. Акцессорные минералы....;:................................................................78 ;

ГЛАВА V. ПЕТРОХИМИЯ И ГЕОХИМИЯ ГРАНИТОВ:.............................106

V. 1. Бугульдейско-Ангинский массив..........................................................106

V. 2. Улан-Ханский массив:.......................................................................119

V. 3. Трехголовый массив.........................................................................128

ГЛАВА VI. ГЕОХИМИЯ ПОСТМАГМАТИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ .. .........139

VI. 1. Грейзенизация...................'i,.............................................................139

VI Л; Альбитизация.....................................................................................147

ГЛАВА VII. УСЛОВИЯ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ ГРАНИТОВ И

ФОРМИРОВАНИЯ АПОГРАНИТНЫХ МЕТАСОМАТИТОВ ............................. .154

VIL Г. Условия кристаллизации гранитов.........................................................154

VII.2. Условия протекания постмагматических процессов.................................170

ГЛАВА VIII. НОВЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ИЗОТОПНО-ГЕОХРОНОЛОГИЧЕСКИХ

ИССЛЕДОВАНИЙ..........................................................................................178

ГЛАВА IX. ФЛЮИДНО-ГЕОХИМИЧЕСКАЯ ТИПИЗАЦИЯ ГРАНИТОВ ПРИМОРСКОГО КОМПЛЕКСА.................................................................... .183

ЗАКЛЮЧЕНИЕ....................................................................................194

ПРИЛОЖЕНИЯ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность. Проблема связи рудообразования с гранитоидным магматизмом до настоящего времени остается одной из основных проблем магматической петрологии. При этом для оптимизации геолого-разведочных работ важное значение имеет оценка потенциальной рудоносности конкретных магматических комплексов.

Граниты рапакиви являются одними из наиболее ранних в истории Земли высококалиевых кислых пород, формирование которых происходило в субплатформенном режиме (Таусон и др., 1982). Они известны практически на всех древних платформах, где слагают крупные, нередко многофазные батолиты в составе протяженных поясов кислого магматизма. Долгое время граниты рапакиви считались безрудными, однако в настоящее время* установлена нередкая, связь с поздними дифференциатами комплексов гранитов рапакиви оловянной и сопутствующей- бериллиевой, циркониевой, тантал-ниобиевой, редкоземельной, урановой, висмутовой, полиметаллической* минерализации (Анортозит-рапакивигранитная..., 1978; Haapala, 1995; Недашковский и др., 2000; Lenharo etal., 2002 и др.). Выделяются три основных типа месторождений, и рудопроявлений- в связи с рапакивигранитными комплексами: Sn-полиметаллические (W-Be-Zn-Gu-Pb), редкометально-редкоземельные и Fe-Cu (U-Au-Ag) (Haapala, 1995; Недашковский и др., 2000). Наиболее ярким примером является- крупнейшее в Бразилии месторождение олова (+Та, Nb) Питинга (Lenharo et al., 2002, 2003). В то же время до сих пор-проблема' потенциальной рудоносности комплексов гранитов рапакиви и генетических соотношений оруденения и гранитов остается актуальной.

В Западном Прибайкалье граниты рапакиви входят в состав приморского комплекса, который образует выходы протяженностью свыше 200 км и шириной до 20 км вдоль западного берега оз. Байкал. U-Pb датировки, полученные по цирконам из гранитов, укладываются в интервал 1.86-1.91 млн. лет (Бибикова и др., 1981; Бухаров и др., 1992; Донская и др., 2003). По возрасту и геохимическим особенностям граниты приморского комплекса обнаруживают сходство с гранитами шумихинского комплекса Присаянского выступа фундамента Сибирской платформы, ирельского комплекса северо-западного Прибайкалья, кодарского комплекса Алданского щита (Бухаров, 1987; Петрова и др., 1997; Донская и др., 2003, 2005), вместе с которыми включаются в состав протяженного постколлизионного Южно-Сибирского магматического пояса, приуроченного к границе Сибирского кратона и разновозрастного складчатого обрамления (Ларин, 2003).

Проблеме металлогении приморского комплекса до сих пор уделялось

недостаточное внимание, хотя еще в 60-ых годах XX века при проведении геологосъемочных работ в гранитах были выявлены проявления Бп, N1), ЕН и других редких металлов (Рябых, Рябых, 1974; Собаченко и др., 1974). В то же время, имеющиеся в литературе современные геохимические данные получены преимущественно для гранитов юго-западной и центральной частей выходов комплекса и не дают полного представления о его составе. В связи с этим целью выполненной работы являлась петролого-геохимическая характеристика приморского комплекса и прежде всего, изучение проявления в нем дифференциации, поскольку, как известно из мировой практики, месторождения и рудопроявления Бп (с сопутствующими \У, Ве, Zn, Си, РЬ), РЗЭ, Мэ, Та, Zr в рапакивигранитных комплексах связаны- именно с наиболее поздними дифференциатами. В связи с этим были поставлены следующие задачи:

1. Петро-геохимическая* характеристика отдельных крупных массивов, слагаемых гранитами приморского комплекса.

2. Оценка условий кристаллизации, в первую очередь, флюидного режима кристаллизации гранитов.

3. Характеристика постмагматических процессов и связанной с ними акцессорной минерализации.

Научная новизна работы,

1. Впервые с использованием современных методов анализа (рентгенофлуоресцентый, ЮР-МБ) получена геохимическая характеристика главных типов пород, слагающих три* крупных массива приморского комплекса и выполнено их геохимическое сопоставление, что позволило изучить дифференциацию в массивах гранитоидов и провести их геохимическую типизацию.

2. Впервые на микрозонде и электронном сканирующем микроскопе с энергодисперсионным анализатором изучен состав главных акцессорных минералов гранитов и грейзенов (касситерит, минералы №>, ТЬ, РЗЭ, В1, Мо), что позволило охарактеризовать металлогеническую специализацию комплекса.

3. Впервые был изучен флюидный режим формирования гранитов приморского комплекса на основе изучения распределения главных флюидных компонентов (Н2О, СО2, СО, Н2) в породах методом газовой хроматографии и изучения распределения галогенов (Р и С1) в биотитах.

4. Впервые установлено, что характерными продуктами постмагматического этапа в Трехголовом массиве являются кварц-топазовые (+мусковит) грейзены с содержанием Р до б вес. %, что является показателем высокой концентрации НР в постмагматическом флюиде.

5. Впервые в альбитизированных гранитах Трехголового массива выявлен редкий минерал фторфлогопит, также указывающий на высокую концентрацию НБ во флюиде

6. Получены изотопно-геохронологические данные, свидетельствующие о том, что в приморский комплекс объединяются разновозрастные граниты раннего протерозоя, сходные по своим геохимическим характеристикам.

Практическая значимость работы

Результаты работы могут быть использованы как. научными, так и производственными организациями, занимающимися проблемами оценки потенциальной рудоносности гранитоидов и осуществляющими поисковые работы на территории Западного Прибайкалья.

Основные защищаемые положения

1. Образование главных разновидностей пород приморского комплекса связано с кристаллизационной дифференциацией исходных высококалиевых и высокожелезистых расплавов, общей направленностью которой являлось увеличение кремнекислотности гранитоидов при одновременных увеличении агпаитности,- железистости > и отношения КгО/ИагО без существенного- изменения общей щелочности. Обогащенность лейкогранитов массива Трехголового по сравнению с лейкогранитами других массивов Шэ, обедненность Ва, Эг, Ей, резко пониженные отношения К/Шэ, Ва/Шэ, Эг/ЯЬ, Еи/Еи* позволяют рассматривать ' их как продукты кристаллизации наиболее дифференцированного расплава.

2. Формирование гранитов приморского комплекса происходило при участии окисленной флюидной системы,Н-типа (по терминологии Ф.'А. Летникова). Особенности состава биотита позволяют отнести граниты к водному и хлорофильному флюидно-металлогеническим типам; лейкограниты Трехголового массива; по сравнению с лейкогранитами других массивов, кристаллизовались из расплава с повышенными концентрациями воды, фтора и бора.

3. Присутствие в Трехголовом массиве кварц-мусковит-топазовых грейзенов и фторфлогопита в составе альбитизированных гранитов второй фазы указывают на то, что постмагматические процессы в Трехголовом массиве протекали при участии флюидов, богатых фтором. Высокие концентрации в грейзенах Бп, ЫЬ, У, ТЬ, и и РЗЭ и характерные для гранитов и грейзенов редкометальные акцессорные минералы являются показателем металлогенической специализации приморского комплекса на перечисленные элементы.

Фактический материал и методика исследования

Геологической основой служили геологические карты фондов бывшего Иркутского геологического управления. Полевые работы строились так, чтобы изучить главные

петрографические разновидности каждого массива и по возможности проследить изменение состава гранитов от уровня повехности оз. Байкал (455 м) до максимальной отметки 1746 м. Работа основана на данных авторских анализов более 170 проб. Было изучено около 180 шлифов, петрохимические выводы основываются на 202 полных силикатных анализах. Основная часть материала была собрана в период полевых сезонов 2007 и 2009 гг., а также были использованы анализы проб Савельевой В.Б. Изучение приморского комплекса гранитоидов проводилось в рамках выполнения работ по грантам РФФИ 08-05-00182 и РФФИ 10-05-00289. Исследования включали в себя геохимическое опробование трех массивов, составляющих указанный комплекс. Наиболее детально охарактеризован Трехголовый массив, данные по геохимии которого в литературе отсутствуют. Нами не изучалась юго-западная часть выходов комплекса, поэтому в работе использованы 6 полных анализов гранитов рапакиви бухты Песчаной из работы (Донская и др., 2005), 3 анализа гранитов Бугульдейско-Ангинского массива из работы (Петрова и др., 1997).

Анализы пород выполнены в лабораториях Аналитического центра Института земной коры СО РАН и Центра коллективного пользования Иркутского НЦ СО РАН. Содержания петрогенных компонентов и F определялись химическим методом; редких элементов - методами фотометрии пламени (Li, Cs), спектральным (Ва, Be, Sn, Со, Ni, Sc, V), рентгенофлуоресцентным (Rb, Sr, Ba, Sn, Pb, Zn, Nb, Zr, Y, Th, Mo, W) (Ревенко, 1994), методом ICP-MS (РЗЭ, Th, U, Nb, Та, Zr, Hf, Cs, Sn).

Анализы минералов выполнены в лаборатории физических методов * анализа Геологического института СО РАН на модернизированном микроанализаторе "МАР-3" производства ОАО "Красногорский механический завод" и электронном сканирующем микроскопе "LEO-1430VP" (LEO Electron Microskopy Ltd.) с энергодисперсионным анализатором "INCAEnergy-300" (Oxford Instruments Analytical Ltd.) (аналитики Н.С.Карманов и С.В.Канакин). Условия анализа на микроанализаторе МАР-3: ускоряющее напряжение 20 кВ, ток зонда 45-50 нА, размер зонда <2 мкм, время измерения 20—40 сек.; на электронном сканирующем микроскопе: ускоряющее напряжение 20 кВ, ток зонда 0.3— 0.4 нА, размер зонда <0,1 мкм, время измерения 50 сек. При данных условиях анализа предел обнаружения примесей составляет 0.1-0.3%, для редкоземельных элементов из-за

I

взаимных наложений он может достигать 0.5% и более.

U-Pb датирование по циркону осуществлялось на ионном микрозонде SHRIMP-II в центре изотопных исследований ВСЕГЕИ по стандартной методике (Williams, 1998) (аналитик А.Н.Ларионов). Стандартный циркон 91500 (Wiedenbeck et al., 1995) использовался для нормализации Pb/U и определения концентрации. Интенсивность

первичного пучка ионов кислорода составляла 2 нА, при диаметре 35 мкм. Обработка данных вьгаолнена с использованием программ SQUID (Ludwig, 2000) и ISOPLOT/EX. Для'датирования мусковита из грейзена применен 40Ar-39Ar метод (анализ, выполнен А.В.Травиным, ИГМ СО РАН, г. Новосибирск). Образцы облучались в кадмированном канале реактора ВВР-К при Томском политехническом институте. Градиент нейтронного потока не: превышал 0.5% на размере образца. Эксперименты по ступенчатому прогреву проводились в кварцевом реакторе с печью внешнего прогрева. Холостой опыт по 40Аг, (20 мин; при 1200°С) не превышал n* 10"10 нем3. Очистка выделенного аргона выполнялась с помощью Ti- и SAES- геттеров. Изотопный состав аргона измерялся на масс-спектрометре «5400» фирмы Микромасс (Англия);

Изучение главных флюидных компонентов (НгО' GO2, GO, Н2) в породах проводилось методом газовойй хроматографии; в Институте земной коры- СО РАН аналитиком- Л.В. Барановой: на; лабораторном хроматографе ЛХМ-8МД. Была использована^фракция ,0,5 — 0,25 мм. В качестве газоносителя используется: гелий. Вода определяется из отдельной навески косвенным путем. Температура нагрева 850°С. (Летников, Шкарупа, 1977).. Контроль отсутствия низкотемпературных вторичных изменений осуществлялся в шлифах (отсутствие карбонатизации, хлоритизацииит.п.)

Содержания F и С1 в слюдах определялись/ на модернизированном микроанализаторе "МАР-3" в Геологическом!:институте СО РАН' (г. Улан-Удэ). Нижний-предел обнаружения для F составлял 0,037 %, для-Gl — 0,025%.

Апробация работы и публикации

Основные, результаты работы докладывались на XI Всероссийском-петрографическом совещании (Екатеринбург, 2010), Международном' научном симпозиуме студентов, аспирантов и молодых ученых «Проблемы геологии, и освоения-недр» (Томск, 2010), конференции;молодых ученых «Современные проблемы геохимии» (Иркутск, 2009), XXIII и XXIV Всероссийских молодежных конференциях «Строение литосферьги геодинамика» (Иркутск, 2009, 2011), научном совещании «Геодинамическая эволюция литосферы ЦАПП: от океана к континенту» (Иркутск, 2009);

По теме диссертации опубликовано 9 тезисов докладов, 3 статьи сданы в печать и 1 статья прошла рецензирование.

Объем работы

Диссертация состоит из 9 глав, введения, заключения и списка использованной; литературы. Общий объем 261 страниц, включая>66 иллюстраций и 31 таблицу, в том числе 8 в приложении. Библиография включает 183 наименования.

Автор выражает свою искреннюю благодарность своему научному руководителю к.г.-м.н. В.Б. Савельевой, чьи консультации и советы оказали неоценимую помощь при подготовке работы. Автор благодарит академика РАН Ф.А. Летникова за неоднократные плодотворные обсуждения работы. Автор признателен к.г.-м.н. Т.В. Донской за ценные замечания и пожелания. Автор благодарит сотрудников аналитических служб ИЗК СО РАН Г.В. Бондареву, М.М. Самойленко, H.H. Ухову, В.В. Щербань, Л.В. Воротынову, A.B. Наумову, Е.Г. Колтунову, Н.Ю. Цареву, Е.В. Худоногову, C.B. Пантееву, С.И. Штельмах, Л.В. Баранову за выполненные лабораторные исследования.

ГЛАВА I. ГРАНИТЫ РАПАКИВИ И ИХ МИРОВОЕ РАСПРОСТРАНЕНИЕ

Начало изучения гранитов рапакиви, по свидетельству П. Эскола, относится, к середине 18 в. (Ларин, 2009). Термин-«рапакиви», в переводе с финского означающий крошащийся, либо гнилой; камень, бьш; впервые введен в геологическую литературу Урбаном Хярне в 1694 г. (Ларин; 2009) и стал общеупотребительным после выхода, в. свет работы Дж. Седерхольма (Sederholm, 1891), в которой автором были описаны* ареал распространения, петрография:и химизм финских гранитов рапакиви.

В 1976 г. определение структуры рапакиви было дано А.Ворма (Vorma, 1976), как определяющаяся наличием овоидной? формы мегакрист щелочного полевого шпата, олигоклаз-андезиновых оболочек, обрамляющих овоиды (хотя • некоторые овоиды не имеют таких оболочек) и двух генераций щелочного полевого шпата и кварца, причем наиболее ранняя идиоморфная (бипирамидальная) генерация' кварца кристаллизировалась как высокий кварц. Иногда к структуре рапакиви относят и те случаи; когда плагиоклазовые оболочки присутствуют и на идиоморфных мегакристах щелочного полевого шпата.

Эталоном рапакиви; считаются? граниты второй интрузивной фазы Выборгского плутона, который является классическим массивом гранитов рапакиви: Характерная особенность этих гран