Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Петрология и геохимия тоналит-гранодиоритовых массивов из разных структурных зон Среднего Урала

ВАК РФ 04.00.08, Петрография, вулканология

Автореферат диссертации по теме "Петрология и геохимия тоналит-гранодиоритовых массивов из разных структурных зон Среднего Урала"

о а

^ ' \}><^РосШйская Академия наук

Уральское отделение Институт геологии и геохимии им. А.Н. Заварицкого

На правах рукописи

Шардакова Галина Юрьевна

ПЕТРОЛОГИЯ И ГЕОХИМИЯ ТОНАЛИТ-ГРАНОДИОРИТОВЫХ МАССИВОВ ИЗ РАЗНЫХ СТРУКТУРНЫХ ЗОН СРЕДНЕГО УРАЛА

004. 00. 08 - петрология, вулканология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Екатеринбург 1997

Работа выполнена в Институте геологии и геохимии им. А.Н.Заварицкого УрО РАН

Научный руководитель: доктор геолого-минералогических наук, профессор Г.Б.Ферштатер

Официальные оппоненты: доктор геолого-минералогических наук

М.С.Рапопорт (Уралгеолком) доктор геолого-минералогических наук В. В. Холод нов (ИГГ УрО РАН)

Ведущая организация: Среднеуральская геологоразведочная экспедиция, г. Верхняя Пышма

Защита диссертации состоится 5" нюня 1997 г. в 9 час. на заседании Специализированного Совета Д 002. 81. 01 по защите диссертаций на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук по специальности "Петрология, вулканология" при Институте геологии и геохимии УрО РАН по адресу: Екатеринбург, пер. Почтовый, 7.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института геологии и геохимии им. А.Н.Заварицкого УрО РАН.

Автореферат разослан мая 1997 г.

Ученый секретарь ^/У///^

Специализированного Совета X

кандидат геолого-минералогических наук И. С. Чащу хин

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность исследований. Геохимические различия магматитов, локализованных в пределах разных геодинамических обстановок, широко описаны в литературе. Для Урала еще в 70-е годы Д.С.Штейнбергом было отмечено увеличение в гранитах содержаний К2О в направлении с запада на восток с максимумом в породах Восточно-Уральского поднятия. Дальнейшими исследованиями были выявлены основные закономерности латеральных рядов эффузивных и интрузивных пород в разных структурно-формационных зонах Урала (Коротеев, Дианова, Кабанова, 1979, Фролова, Бурикова, 1977, Бушляков, Холоднов, 1983, Ферштатер, Бородина, 1987, Язева, Пупсов, Бочкарев, 1989 и др.). В частности, геохимическая зональность в пределах тоналит-гранодиоритовых серий, помимо роста содержаний калия, выражается в росте концентраций ряда редких элементов (Шэ, Сз, Ва, №>, Ш, и, ТЬ, легких РЗЭ) по мере удаления массивов от шовной зоны Уральского подвижного пояса. Чтобы выяснить границы распространения массивов, входящих в систему латеральной зональности и установить более тонкие геохимические различия на уровне механизма фракционирования, предпринята попытка сравнить петрографические особенности, химический состав и геохимические параметры тоналит-гранодиоритовых серий из массивов, локализованных в разных геотектонических зонах Урала.

В работе рассмотрены типичные массивы, расположенные в пределах наиболее крупных поясов развития тоналит-граподиоритового магматизма: Верхотурско-Верхисетского и Челябипско-Кочкарского, характеризующие основные

петрологические и геохимические особенности этих поясов. Согласно схеме современного тектоно-магматического районирования Урала, разработанной Г.Б. Ферштатером и приведенной на рис. 1, изучаемые массивы Верхотурско-Верхисетского пояса: Чусовской и Шабровский - приурочены к окраинно-континентальной зоне С-3 мегаблока, Смолинский (юго-восточная часть Челябинского массива) - к континентальной зоне Ю-В мегаблока; в работе описан также Каменский массив, расположенный в пределах Мурзинско-Адуйского сиалического блока и являющийся представителем континентальной зоны С-3 мегаблока. Таким образом, изученные массивы локализованы в пределах структур с разной геологической историей и являют

Н.Тагил

Екатеринбу]

ktAJi.

II-a

]ll-b

II-c

III-a Ill-b

III-c

ilV

"O :v

60 К!Ц

Рис. 1. Схема тектоно-магмати-ческого районирования Среднего и Южного Урала (по Г.Б. Ферштатеру, 1994) и размещение тоналит-грано-диоритовых массивов.

6(Р 6?

I-III - мегаблоки: I - общеуральский шовный с фрагментами океанической коры; II и III - Северо-Западный (II) и Юго-Восточный (III) островодужно-континентальные: состоят из трех однотипных зон: а - островодужной, b - окраинно-континентальной, с - континентальной; IV - пассивная окраина, палеоконтинентальный сектор; V - Зауралье, зона перехода к казахстанидам. Жирные штриховые линии - тектонические зоны, разделяющие крупные структуры Урала: А - Главный Уральский глубинный разлом; В - Серовско-Маукская; С - Алапаевская; D - Челябинская зоны разломов. Массивы: 1 - Чу-совской, 2 - Краснопольский, 3 - Осиновский, 4 - Шабровский, 5 -Верхисетский, 6 - Каменский, 7 - Смолинский.

собой хороший материал для сравнения химического состава и геохимических параметров тоналит-гранодиоритовых серий, представляющих разные геологические ситуации.

Цель и задачи работы. Целью работы явилось сравнительное изучение близких по возрасту массивов тоналит-гранодиоритового формационного типа, расположенных в разных структурных зонах на различном расстоянии от палеосубдукционной зоны, контролировавшей раннекаменноугольный магматизм и представленной сейчас Главным Уральским глубинным разломом и сопряженной с ним Серовско-Маукской сутурой. Планировалось изучить информативные геохимические особенности пород и минералов, установить границы распространения латеральной зональности на восток, выполнить геохимическое моделирование петрогенетических процессов.

Научная новизна. 1) Впервые на современном аналитическом уровне получены данные о концентрациях редких элементов в породообразующих и акцессорных минералах гранодиоритов и на этой основе рассчитаны модели кристаллизации, частичного плавления и балансы редких элементов.

2) Установлено, что массивы окраинно-континентальной зоны С-3 мегаблока образуют единый ряд латеральной зональности, который ограничен этой зоной и не прослеживается в палеоконтинентальном секторе.

3) Латеральная геохимическая зональность в гранодиори-тах выявлена на уровне минералов; она выражается в понгокении (по мере удаления массива от Серовско-Маукской сутуры на восток) в одноименных породообразующих минералах содержаний РЗЭ; для акцессориев характерна обратная тенденция. Расчеты баланса редких элементов в породах близкой основности из четырех тоналит-гранодиоритовых масивов -Чусовского, Шабровского, Верхисетского, Смолинского показали, что в восточном направлении в балансе редких элементов гранодиоритов доля акцессорных минералов возрастает, а породообразующих - понижается.

4) Установлены черты сходства и различия тоналит-гранодиоритовых серий в каждой из рассматриваемых зон, отражающие особенности их тектонической позиции и условий образования.

Практическое значение. состоит в том, что минералогические и геохимические параметры тоналит-гранодиоритовых массивов из разных структурных зон Урала могут быть использованы при геологическом картировании

разного масштаба для типизации гранитоидов, фациального, формационного и геодинамического анализа.

Основные защищаемые положения.

1. Тоналит-гранодиоритовые серии, локализованные в пределах окраинно-континентальной и палеоконтинентальной зон Урала, наряду с общими признаками, отражающими принадлежность к единой ассоциации, имеют явные различия минерального и химического состава, в зависимости от тектонической позиции, состава субстрата и условий формирования.

2. Гранодиориты палеоконтинентальной зоны С-3 и Ю-В мегаблоков резко отличаются друг от друга по химическому составу и геохимическим характеристикам: первые по концентрациям калия и большинства редких элементов близки к тоналит-гранодиоритовым сериям окраинно-континентальной зоны С-3 мегаблока, вторые характеризуются значительно более высокими концентрациями этих элементов, а также наличием отрицательной аномалии Ей, не свойственной гранодиоритам С-3 мегаблока. Эти различия обусловлены, по-видимому, составом субстрата и уровнем эрозионного среза.

3. В пределах окраинно-континентальной зоны С-3 мегаблока имеет место латеральная геохимическая зональность гранодиоритового магматизма, сходная с зональностью надсубдукционных магматитов современных островных дуг. Она заключается в том, что в восточном направлении в гранодиоритах главной фазы Чусовского, Краснопольского, Шабровского, Верхисетского и других массивов возрастают содержания калия " и большинства редких элементов. Зональность в восточном направлении прослеживается и на минеральном уровне: в одноименных породообразующих минералах концентрации редких элементов падают, а в акцессорных - возрастают. Соответственно повышается роль акцессорных минералов в балансе РЗЭ гранодиоритов.

Фактический материал, положенный в основу работы, был собран в течение полевых сезонов 1988-1995 г.г. Отобрано около 300 проб, изучено более 250 шлифов, обработано около 150 химических анализов пород и 25 - породообразующих минералов. Спектральные химические анализы пород и минералов были сделаны в лаборатории ИГГ УрО РАН рентгенфлюоресцентным методом на СРМ-18, анализы на ИагО, FeO, П.П.П. - методом "мокрой" химии. Микрозондовые определения химического состава около 50 темноцветных минералов и анализы апатитов-

"узников" на фтор и хлор были выполнены на приборе (аналитики В.Г.Гмыра, В.А.Вилисов). Более 30 анализов пород и 30 - минералов на 40 редких элементов были сделаны методом плазменной спектрометрии в Университете Гранада, Испания, под рук.проф.Ф.Беа. и П. Монтеро.

Апробация работы. Материалы, связанные с темой диссертации, докладывались на Конференции студентов и преподавателей горного института (1988 г.), IV Конференции молодых геологов и геофизиков (Свердловск, 1991), на сипмозиумах по международному проекту "Европроба" (1994-96 г.г.), симпозиуме "Эволюция минерального мира" (Сыктывкар, 1997), геохимических семинарах лаборатории петрологии.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 работ, 4 находятся в печати.

Объем и структура работы. Текст диссертации состоит из введения, 7 глав и списка цитируемой литературы (103 названия), включает 55 рисунков и 55 таблиц аналитических данных.

Работа выполнена в лаборатории петрологии магматических формаций Института геологии и геохимии УрО РАН под руководством доктора геолого-минералогических наук, профессора Г.Б. Ферштатера, которому автор глубоко благодарен за постоянное внимание и неоценимую помощь в работе. Огромную роль для данного исследования сыграли научные консультации, а также аналитическая и финансовая поддержка проф. Ф.Беа (Университет Гранада, Испания). Автор

выражает искреннюю признательность членам коллектива лаборатории петрологии магматических формаций: Н.С.Бородиной, Е.В.Пушкареву, В.Н.Смирнову,

Е.А.Зпньковой, В.Г.Крживицкой, Я.Б. Менчинской, постоянной помощи и дружескому участию которых данная работа обязана своим существованием. Автор считает своим долгом выразить благодарность в.н.с. лаборатории геологии рудных месторождений А.И.Грабежеву и с.н.с. лаборатории геохимии И.Н.Бушлякову за ценные советы в ходе обсуждения и предоставление дополнительной аналитической информации.

ЧУСОВСКОЙ МАССИВ

Чусовской массив, общей площадью около 30 кв. км, расположен в 75 км юго-западнее г. Екатеринбурга, на территории нос. Чусовской; он приурочен к западной границе

окраинно-континентальной зоны С-3 мегаблока. Гранитоиды секут вулканогенные и осадочные породы (Б^), а также гипербазиты Серовско-Маукского пояса. По сходству

геотектонической позиции, структурно-текстурным

особенностям, вещественному составу чусовские гранитоиды, вероятно, могут считаться аналогами раннекарбоновых гранитоидов тоналит-гранодиоритовой формации Урала, имеющих возраст около 320 млн.лет.

Массив представляет собой изометричное, слабо вытянутое в меридиональном направлении тело, в ядре которого расположены кварцевые диориты, занимающие около 2/3 площади массива; периферия сложена гранодиоритами. Контакты разностей друг с другом преимущественно нечеткие, субвертикальные. В тоналитах и гранодиоритах распространены различные типы включений - авто литы и ксенолиты.

Кварцевые диориты и гранодиориты - это светло-серые, слабо гнейсовидные, порфировидные породы, состоящие из плагиоклаза N 22-36-18 (44-54%), кварца (22-34%), роговой обманки (£=0,34-0,37; 9-16%), по химическому составу соответствующей эденитовому ряду, биотита ({=0,37-0,53; 8-25%), акцессорных минералов - апатита, циркона, магнетита, сфена (0,6-2%); вторичная ассоциация представлена серицитом и эпидотом. Породы практически не содержат калишпата, что отличает их от большинства гранитоидных массивов, расположенных к востоку от сутуры. Для роговой обманки характерна зональность оптических свойств и химического состава: от центра к краю зерен повышается железистость, а содержания Mg и Са падают.

Гранитоиды Чусовского массива характеризуются достаточно выдержанным химическим составом. По сравнению трендом стандартной раннеорогенной тоналит-гранодиоритовой серии [(Эрогенные.., 1994] (рис. 2), они имеют несколько повышенные концентрации А^Оз, MgO, СаО, N320; последний существенно преобладает над К2О. Относятся к известково-щелочному ряду; металюминиевому типу серий ( АБ1=мол. А1203/ Са0+№20+К20= 1-1,19); коэффициент

агпаитности 0,8-0,9; известковистость 0,5-0,6. Общее давление, определенное по плагиоклаз-роговообманковому геобарометру, составляет около 3 кбар.

Тренд распределения РЗЭ в тоналитах и гранодиоритах характеризуется преобладанием легких элементов над тяжелыми, подобно известным тоналит-трондьемитовым, тоналит-гранодиоритовым (рис. 3) сериям и вулканитам близкой

1.8 ТЮ2 -1-1-

1.4

1 о ..

0,6

< --

0,2 о

70 72

70 72

СаО 1 .8 РгОб.

„о, - .6 ч\

.4 .2 '■ч"0

5 ---,---- т

МагО К20 .....-......... о

4

3 ___________ О ............

2 О -""'"

ЭЮ2 1 вЮг

55

60

65

70 72

55

60

65

70 72

1

о 5

Рис. 2. Сравнительные петрохимические диаграммы для гранитоидов тоналит-гранодиоритовых массивов: 1 -Чусовского, 2 - Шабровского, 3 - Каменского, 4 - Смо-линского. 5 - средние составы тоналита, гранодиорита и гранита тоналит-гранодиоритовой серии.

основности, без ясно выраженной аномалии Ей, что наряду с повышенным отношением Ва/Ьа является отличительной чертой гранитоидов окраинно-континентальной зоны Урала. Наблюдаемое распределение РЗЭ, по-видимому, отражает специфические окислительно-восстановительные условия генерации исходного расплава, при которых коэффициент распределения Ей практически не отличается от других РЗЭ, поэтому порода в целом не имеет аномалии Ей. С ростом кремнекислотности пород содержания РЗЭ слабо понижаются.

Геохимия редких элементов в гранодиоритах была изучена на уровне минералов. Плагиоклаз характеризуется низким содержанием РЗЭ и не имеет аномалии Ей, что позволяет предполагать высокую фугитивность кислорода при становлении пород массива. Роговая обманка имеет более высокий, чем порода, уровень концентраций, несет отрицательную аномалию Ей. Биотит содержит минимальные концентрации РЗЭ, имеет слабую положительную аномалию Ей.

Чтобы оценить роль минералов в распределении РЗЭ породы, рассчитан их баланс и построены графики распределения минерал/порода и элемент-доля в балансе, % (рис. 4), из которых видно, что большая часть РЗЭ приходится на роговую обманку и плагиоклаз. На акцессорные минералы остается в среднем около 12 % от общего содержания РЗЭ породы. Большая часть других редких элементов (1л, ИЬ, РЬ, С5, Ва, Бс, V, Си, 2п, Ъх, Ш, ТЬ) также сосредоточена в породообразующих минералах.

Расчет модели кристаллизационной дифференциации по уравнению Сц=Со(1-Р)°",(где Со, С^ - концентрации элементов в исходном расплаве и продукте; Е - количество жидкой фракции, О - комбинированный коэффициент распределения) показал, что достаточно использовать только коэффициенты распределения роговой обманки и плагиоклаза, чтобы реальные и модельные концентрации редких элементов совпали достаточно хорошо. Это также подтверждает факт, что при отсутствии ранних акцессорных фаз в тоналитах-гранодиоритах возрастает роль породообразующих минералов как концентраторов и носителей РЗЭ.

ШАБРОВСКИЙ МАССИВ

Шабровский гранодиоритовый массив расположен примерно в 20 км южнее Екатеринбурга. Он локализован в

пределах окраинно-континентальной зоны С-3 мегаблока в 30-35 км от сутуры. Массив прорывает рифейские и среднедевонские осадочно-метаморфические и вулканогенно-осадочные породы, а также южную часть Уктусского гипербазит-габбрового комплекса. Шабровский массив в плане представляет собой тело подковообразной формы общей площадью около 35 км. В нем выделяются 3 разновозрастные серии: I - гипербазит-габбровая, II - монцонитоидная, III - гранитоидная; породы последней занимают большую часть площади массива.

Породы гипербазит-габбровой серии представлены амфиболовыми клинопироксенитами и пироксеновымн горнблендитами (клинопироксен, амфибол 80-20%:20-80%), которые образуют полосу мелких тел, вытянутую конформно южному и восточному контактам массива с осадочно-метаморфическими толщами вмещающих пород. Сравнительное изучение показало, что эти породы не являются ксенолитами гнпербазитов Уктусского массива, отличаясь от них по минеральному и химическому составу. Небольшие тела среди гранитоидов образованы также амфнболовым габбро различной степени зернистости.

Породы II серии, монцогаббро и монцодиориты, образуют изометричные тела размером от нескольких десятков до 250 м2 среди гранодиоритов центральной части массива. Монцонитоиды разного минерального состава (пироксен-амфиболовые,

амфиболовые, бнотит-амфиболовые разности) имеют между собой интрузивные соотношения. Они характеризуются лампрофировой структурой - фемические минералы образуют идиоморфные выделения, мелкие же их зерна заключены в ксеноморфную лейкократовую матрицу кварц-плагиоклазового состава, часто микропегматитовую. Минеральный состав: олигоклаз (35-40%), роговая обманка ферроэденитового ряда (f=0,2-0,3; 18-20%), биотит (f=0,49-0,52%; 3-10%), микроклин (19-25%), кварц (3-12%), реликты клинопироксена, с фен, циркон, апатит, эпидот, ортит.

Внутри монцодиоритовых тел распространены округлые обособления кислого материала, размером до нескольких десятков сантиметров. По составу это гранодиориты, амфнбол-бнотитовые, слегка порфировидные, иногда содержащие пироксен. Порой в пределах одного включения имеется дифференциация по меланократовости, напоминающая расслоенность. Эти обособления по внешнему облику и структурно напоминают включения в гранитоидных массивах

М

Приморья, но, в отличие от последних, включены не в кислые, а в более основные породы.

Монцонитоиды отчетливо секутся гранитоидами главной серии, которая образована последовательностью пород тоналит-гранодиорит-адамеллит-гранит. Максимальным

распространением пользуются гранодиориты, состоящие из плагиоклаза N 18-30 (39-42%), кварца (18-20%), микроклин-пертита (17-22%), биотита (f = 0,38; 9-14%), роговой обманки эденитового ряда (f = 0,50; до 8%) и акцессориев (апатит, ортит, сфен, первичный эпидот). Породы главной разновидности секутся аплитовидными биотитовыми гранитами, с которыми ассоциируют мусковитовые пегматиты. В гранитоидах отмечаются округлые меланократовые включения, варьирующие по составу от диоритов до гранодиоритов, размером от первых сантиметров до нескольких метров. Включения обладают сходным с вмещающими гранитоидами набором минералов, но содержат значительно больше акцессориев и роговой обманки.

Исходя из измеренных содержаний F в апатите-"узнике" из различных минералов гранодиоритов, установлен порядок кристаллизации: амфибол, плагиоклаз, биотит, КПШ, кварц. Водное давление, определенное по содержанию кварца в графических зонах гранитных пегматитов, составило 3 кбар, общее (по амфибол-плагиоклазовому геобарометру)- 3-4,5 кбар.

Радиологический K-Ar возраст монцодиоритов - 330 млн. лет; гранитоидов - 306 млн. лет [Калугина, 1973] и 272 млн. лет [Южаков, 1971].

Породы всех трех серий резко различны по химическому составу, даже в частях трендов с близкой кремнекислотностью. В частности, монцонитоиды отличаются от соответствующих гранитоидов массива повышенными содержаниями MgO, СаО, пониженными - AI2O3, ТЮ2, ИагО, Р2О5. Эти различия, очевидно, свидетельствуют о том, что монцонитоиды являются продуктами кристаллизации магмы, отличной по составу от той, что произвела серию гранитоидов.

Тренды гранитоидной серии Шабровского массива достаточно близки к тренду стандартной раннеорогенной тоналит-гранодиоритовой серии по большинству элементов, кроме щелочей, поскольку породы массива несколько обеднены последними за счет пониженного количества калишпата. Железистость пород 0,50-0,57; ASI=1,04-1,20 (серия металюминиевого типа). По гранодиоритовому индексу Q/(Q+Ab+Or) [Ферштатер, 1987] шабровские гранитоиды

укладываются в интервал 0,25-0,45, то есть относятся к нормально-известковистому ряду. Это серия с угнетенным развитием гранитов, в которой и гранодиориты, и граниты имеют близкое к предельному (гранитному) соотношение легкоплавких компонентов (ф, АЬ, Ог). Меланократовые включения, как типичные автолиты, обеднены кремнеземом и щелочами, обогащены всеми остальными компонентами.

Распределение РЗЭ в монцонитоидах, гранитоидах и включениях разного типа имеет черты сходства. Тренды гранитоидов и монцонитоидов образуют практически единое поле, перекрываясь по породам близкой кремнекислотности. В породах повышенной основности обеих серий отсутствует аномалия Ей, она появляется только после 71% 51С>2 и далее увеличивается с ростом кремнекислотности. Автолиты характеризуются содержаниями РЗЭ, в 2-3 раза превышающими вмещающие породы, несут слабую отрицательную аномалию Ей. Поведение других редких элементов в породах обеих серий изменяется закономерно, отражая вариации в составе расплава в ходе фракционирования.

В типичном для массива гранодиорите проанализированы на редкие элементы породобразующие минералы (амфибол, биотит, плагиоклаз, кпш); и рассчитан баланс РЗЭ (см. рис. 4), из которого видно, что в среднем около 70 % РЗЭ сосредоточено в акцессорных минералах, в отличии от чусовских гранодиоритов, где на акцессорные остается около 12 % содержаний РЗЭ породы.

Исходя из вышеизложенного, можно сделать заключение о Шабровском массиве как о сложном полнгенном и полихронном образовании, в формировании которого, возможно, участвовали несколько магматических источников, давших гипербазит-габбровую, монцонитоидную и гранитоидную серии.

КАМЕНСКИЙ МАССИВ

Каменский массив расположен в краевой восточной части палеоконтинентальной зоны С-3 мегаблока, близ ее сочленения с окраинно-континентальной зоной. Массив является составной частью Мурзинско-Адуйской антпклинорной структуры, на западе ограниченной Мурзинским разломом, по которому метаморфические образования приведены в соприкосновение с зеленокаменными породами среднего девона. Географически это район г. Заречный и прилегающего водохранилища.

Общая площадь массива около 170 км2; он имеет изометричную вытянутую в плане форму, субмеридиональное простирание. В возрастном положении занимает место между среднедевонскими массивами аверинско-рефтинского пояса и более молодым адуйским (290-275 млн. лег) комплексом. С запада вмещающими массив породами являются рифейские плагиогнейсы, амфиболиты, кварциты, с востока преимущественно вулканогенно-осадочные породы 52-В(, в южном экзоконтакте распространенны туфопорфнриты и вулканиты основного состава Б^п-уу, среди которых залегают тела ультрабазптов, габброидов, плагиогранитоидов. Отмечено зональное строение массива с широким развитием во внутреннем ореоле ксенолитов амфиболитов, роговиков, плагиогнейсов. Гранитоиды представлены породами двух фаз, по

М.С.Рапопорту): I (синкинематическая) - тоналиты, гранодиориты, адамеллиты; II (посткинематическая) адамеллиты, граниты. Они четко дифференцируются по структурно-текстурным особенностям: породы I фазы

гнейсовидные до шлировополосчатых; II - массивные, редко -порфировидные, деформированные слабо. Жильная ассоциация включает лейкограниты, аплиты, пегматиты.

Наиболее распространены на территории массива породы I фазы, имеющие близкий минеральный состав, различия лишь в количественных соотношениях. Породы порфировидные (ПВ -плагиоклаз, реже - калишпат), гнейсовидные, в ряде обнажений имеют мигматоидный облик, выражающийся в разделении породы на лейко- и меланосому, состав и оптические свойства минералов в пределах которых идентичны. Состоят из кварца (18-22%), плагиоклаза N 32-22-12 (56-60%), биотита (£=0,48-0,52; 7-13%), роговой обманки (£=0,52-0,57), калишпата (2-9%); акцессорные минералы представлены сфеном, апатитом, магнетитом; ортит и циркон редки. В гранодиоритах и адамеллитах встречаются линзы и неправильной формы тела резко обогащенных сфеном диоритов, генезис которых не вполне ясен.

Адамеллиты и граниты II фазы варьируют от мезо- до лейкократовых разностей, отличаясь от пород I фазы повышенным количеством калишпата (до 10-15%), преобладанием среди фемических минералов биотита, а также наличием мусковита в гранитах.

Химический состав каменских гранитоидов очень близок к типичным тоналит-гранодиорнтовым сериям окраинно-

континентальной зоны С-3 мегаблока, например, верхисетской, шабровской (рис. 2). Породы I и II фаз лежат на единой вариационной линии, как бы соответствующей

дифференциационному тренду. По степени насыщения алюминием (ASI) породы I фазы относятся к металюминиевому, II - к пералюминиевому типу; на диаграмме Q-Ab-Or располагаются в поле трондьемитов. По содержанию Rb и Sr попадают в поле производных андезитоидной магмы. Давление, при котором происходило становление массива, rio амфибол-плагиоклазовому геобарометру оценивается автором в 5,5 кбар; температурный режим - 640-660° С [Григорьев и др., 1976].

С ростом SIO2 понижаются концентрации Y и РЗЭ. Тренд распределения РЗЭ в каменских гранитоидах имеет вид плавной пологонаклонной кривой с преобладанием элементов легкой части спектра; отношение La/Yb относительно устойчиво от средних до кислых членов (23-30); породы обеих фаз образуют единое поле. Для каменских гранитоидов, как и для других гранодиоритовых массивов С-3 мегаблока, характерно отсутствие аномалии Ей во всем ряду пород, в том числе и в гранитах, что может быть свидетельством в пользу их происхождения in situ.

Геохимическое моделирование процесса частичного плавления (уравнение Рэлея в форме C,/C0=l/D. (1-F)(,/EM)) каменских мигматитов тоналит-адамеллитового состава показало, что они могли служить субстратом для гранитоидов Мурзинско-Адуйской зоны. По содержаниям ряда редких элементов модельные точки анатектического гранита, образованного при 30%-плавлении каменского мигматита, близки к мурзинским гранитам; тогда как собственно каменские граниты имеют иные концентрации редких элементов. Этот факт, вероятно, свидетельствует в пользу того, что каменские и мурзпнские граниты сформировались, скорее всего, при различной степени частичного плавления мигматитов I фазы, причем субстрат первых и вторых мог иметь разный уровень кремнекислотности.

Тренды распределения редких элементов в гранодиоритах Каменского массива близки к трендам других тоналит-гранодиоритовых серий С-3 мегаблока (Верхисетской, Шабровской и т.п.), хотя для Каменского массива, расположенного в палеконтинентальной зоне, на удалении от сутуры, следовало бы ожидать повышенных концентраций этих элементов. Каменский массив выпадает из латеральной зональности надсубдукционных окраинно-континентальных

гранодиоритовых массивов, что согласуется с его геологической позицией. Формирование гранитоидов этого массива связано, вероятно, с начальной стадией

позднепалеозойской коллизии.

СМОЛИНСКИЙ МАССИВ

Смолинский тоналит-гранодиоритовый массив является составной частью полиформационного Челябинского батолита (ю-в окраина г.Челябинска), входящего в Челябинско-Суундукскую СФЗ. Приурочен к западной части континентальной зоны Ю-В мегаблока.

Смолинский массив представляет собой тело подковообразной в плане формы общей площадью около 35 км2. На юге массив прорывает вулканиты и зеленые сланцы Sjln и габброиды Синеглазовского массива (D2?). Гранитоиды представлены серией пород тоналит-гранодиорит-адамеллитгранит, сопровождаемой жильной ассоциацией (аплит, пегматит).

Определения K-Ar возраста гранитоидов Смолинского массива дают неоднозначные результаты: по роговым обманкам -340 млн. лет, по биотитам - 250 млн лет. Вторая цифра объясняется рядом исследователей [Грабежев, Боровиков, 1990] "омоложением" возраста биотитов при воздействии внедрившихся впоследствии больших масс гранитного материала; тогда как в роговых обманках Ar сохраняется лучше. Таким образом, 340 млн. лет считается возрастом становления гранитоидов повышенной основности, а 250 млн. лет - возрастом окончания наложенных процессов.

Породы главной фазы, тоналнты - это светло-серые породы порфировидной структуры, для них характерны элементы гнейсовидности - ориентировка мегакристаллов калишпата и лейст фемнческнх минералов; встречаются участки катакластической структуры. Породы состоят из зонального плагиоклаза N 40-2212 (40-43%), микроклин-пертита (14-20%), кварца (18-19%), роговой обманки ферроэденитового ряда (f=0,47-0,49; 5-8%), биотита (f=0,47-0,50); акцессорные минералы - сфен, ортит, апатит, циркон, магнетит, эпидот (до 4%). В тоналитах содержатся небольшого размера ксенолиты мелкозернистых меланократовых пород двух типов: роговиков, являющихся переработанными включениями пород рамы и существенно амфиболовых, обогащенных сфеном пород, по составу

соответствующих диоритам и кварцсодержащим диоритам. Исходя из особенностей их минерального, химического состава и геохимических особенностей, можно сделать вывод, что они являются фрагментами ранних фаз становления массива. Породы главной серии масива отчетливо секутся с нарушением гомодромности маломощными телами темно-серых плагиогранодиоритов и плагиоадамеллитов.

Порядок кристаллизации тоналитов и гранодиоритов главной серии, установленный на основании содержаний фтора в апатитовых включениях, двухэтапный: I - плагиоклаз+роговая обманка+сфен; II - кварц+калишпат. Водное давление, определенное по содержанию кварца в микропегматите, для гранитоидов Смолинского массива составляет 2-3 кбар, общее давление (по плагиоклаз-роговообманковому геобарометру) - 3 кбар.

По химическому составу смолинские гранитонды главной серии, оставаясь в рамках известково-щелочного ряда, приближаются к шошонит-латитовым сериям ШагО+К^О около 6%). По величине А81=1,04-1,21 они относятся к металюминиевому типу; коэффициент агпаитности около 0,8; отношение К/Иа стабильно в тоналитах (0,43-0,50), варьирует в гранодиоритах (0,43-0,63), возрастает в гранитах (0,91-1,10). На диаграмме ИЬ-5г смолинские гранитонды тяготеют к полю производных латитовой магмы.

В смолинских гранитоидах главной серии концентрации рассеянных элементов и РЗЭ, преимущественнно легких, достаточно высоки, по сравнению с массивами, описанными выше. При этом не фиксируется четкой зависимости между содержаниями БЮг и РЗЭ; к гранитам растет отрицательная аномалия Ей (важный признак дифференциационной природы гранитов). Сложное поведение РЗЭ в пределах серии напрямую связано с акцессорными минералами, максимум кристаллизации каждого из которых приходится на разные фазы.

На редкие элементы проанализированы минералы из тоналита, рассчитаны отношения минерал/ порода и доля минералов в балансе РЗЭ породы. В отличие от чусовских и шабровских гранитоидов, большая часть (>95%) РЗЭ и других редких элементов здесь сосредоточена в акцессорных минералах. Моделирование процесса дифференциации с учетом реальных коэффициентов распределения дало удовлетворительные результаты и подтвердило преимущественную роль акцессорных фаз в процессе фракционирования редких элементов.

СРАВНИТЕЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА КАМЕНСКОГО И СМОЛИНСКОГО МАССИВОВ КАК ПРЕДСТАВИТЕЛЕЙ ПАЛЕОКОНТИНЕНТАЛЬНЫХ ЗОН

С-3 И Ю-В МЕГАБЛОКОВ

На примере Каменского и Смолинского массивов были выявлены различия тоналитов-гранодиоритов из

палеоконтинентального сектора С-3 и Ю-В мегаблоков.

1. Текстурно-структурные особености их резко отличны: породы Каменского массива в своей значительной части представлены мигматитами, тогда как смолинские - образуют серию интрузивных тел.

2. По сравнению со смолинскими, каменские гранитонды, обеднены калишпатом, а также акцессорными минералами.

3. Образование гранитоидов этих массивов происходило на разных глубинах: по плагиоклаз-роговообманковому геобарометру, каменские гранитоиды сформировались при общем давлении 5-6 кбар, Смолцнскне - 2-3 кбар.

4. По химическому составу каменские гранитоиды близки к породам среднекалиевых серий, а по сумме щелочей к тоналит-трондьемнтовому типу, смолинские же высококалиевые, приближаются к породам латитового ряда (сумма щелочей около 6%) (рис. 2).

5. Каменские гранитоиды имеют содержания редких элементов на уровне пород средней части окраинно-континентальной зоны, тогда как смолинские резко обогащены рядом некогерентных элементов (Ы, ЫЬ, Сб, Ва, Ве, ЫЬ, Zr, и, ТЬ).

6. Смолинские гранитоиды характеризуются значительно более высокой величиной суммы РЗЭ и Ьа/УЬ-отпошения (рнс.З). Кроме того, поведение РЗЭ с ростом кремнекислотности пород Смолинского и Каменского массивов различно: в первых нет явной зависимости содержаний РЗЭ от БЮ2 и во всех членах серии наблюдается отрицательная аномалия Ей; во вторых фиксируется монотонное снижение концентраций РЗЭ с ростом кремнекислотности пород и отсутствует Еи-аномалия, как в типичных надсубдукционных образованиях.

По большинству описанных параметров отличия между гранитондами С-3 и Ю-В мегаблоков фиксируются и для пород, входящих в состав других серии серий. Они, вероятно, отражают различия в составе земной коры и истории ее

Таблица 1. Содержания редких элементов (г/т) в типовых пробах пород главной фазы тоналит-гранодиоритовых массивов

компонент 1* 2 3 4 5

5с 8 9 21 5 26

РЬ 4 19 20 14 26

1п 69 73 85 55 167

ИЬ 16 44 81 45 211

Бг 803 851 1125 466 757

ва 21 28 33 19 41

1л 10,47 13,23 33,01 30,64 87,61

ЫЬ 4,9 5,6 9,4 7,4 18,5

Ш 0,09 1,01 0,99 2,32 3,07

У 10 9 16 9 30

и 0,26 1,63 4,18 1,22 14,27

Ьа 14,59 19,35 19,41 19,18 47,79

Се 30,44 48,69 39,48 39,52 100,10

Рг 3,75 5,46 4,98 4,37 11,43

N(1 15,12 20,41 21,90 15,86 44,49

Бш 2,76 4,06 4,46 2,90 8,93

Ей 0,84 1,17 1,43 0,83 2,24

с а 2,37 2,69 3,41 2,21 7,13

ть 0,33 0,31 0,45 0,31 1,06

Оу 1,74 1,62 2,72 1,60 6,05

Но 0,36 0,00 0,49 0,32 1,11

Ег 0,84 0,00 1,46 0,83 3,08

Тш 0,12 0,00 0,19 0,13 0,49

УЬ 0,77 0,59 1,41 0,76 2,87

Ьи 0,13 0,06 0,26 0,11 0,59

* Пробы гранодиоритов из массивов: 1 - Чусовского,

2 - Шабровского, 3 - Верхисетского, 4 - Каменского, 5 -

Смолинского,

формирования для С-3 и Ю-В мегаблоков. Можно предполагать, что преимущественно палеозойские осадочные и вулканогенные породы в фундаменте палеоконтинентальной зоны Ю-В мегаблока в процессе скучивания и метаморфизма в большей мере могли быть источником молекулярной воды, продуцируя более водную и низкотемпературную гранитоидную магму, чем исходная для пород С-3 мегаблока [(Эрогенные.., 1994]. Вероятно, повышенное содержание флюидной фазы при генерации гранитоидов палеоконтинентальной зоны Ю-В мегаблока привело к обилию в них акцессорных минералов -основных концентраторов редких элементов. Кроме того, повышенная сиаличность Ю-В мегаблока, которая фиксируется гравиметрией [Глубинное строение.., 1986], сказывается здесь на составе всех магматитов, независимо от генезиса, выражаясь, в частности, в обогащении гранитоидов литофильными элементами.

ЛАТЕРАЛЬНАЯ ЗОНАЛЬНОСТЬ ТОНАЛИТ-ГРАНОДИОРИТОВЫХ МАССИВОВ СРЕДНЕГО УРАЛА

Сравнение различных параметров тоналит-гранодиоритовых серий показало, что латеральная зональность прослеживается в пределах окраинно-континентальной зоны С-3 мегаблока, не распространяясь на его палеоконтинентальную зону, в которой расположен Каменский массив, хотя и обладающий рядом общих признаков с надсубдукционными гранитоидами, но выпадающий из зональности. Для более полной картины в дополнение к детально изученным выше Чусовскому и Шабровскому массивам в работе использованы данные по Краснопольскому, Осиновскому и Верхисетскому массивам, расположенным также в окраинно-континентальной зоне С-3 мегаблока на разном расстоянии от сутуры (см. рис. 1). Латеральная зональность выражается в том, что по мере удаления от шовной зоны на восток в гранитоидных сериях происходят следующие изменения:

1) Возрастает степень дифференцированности членов серий по содержаниям БЮг и роль гранитов в объеме интрузий;

2) Увеличивается количество калишпата и среднее содержание акцессорных минералов в тоналитах и гранодиоритах;

3) Зональность по химическому составу пород фиксируется возрастанием содержаний калия, а также ряда редких элементов: КЬ, Сэ, ЫЬ, Ш, Zr, и, ТЬ, (см. табл. 1); характерно

1000

£ юо

ч ж о

х <

£ ю

о с

1

Рис. 3. Распределение РЗЭ в граннтоидах (5102 60-68%) тоналит-гранодиоритовых массивов Урала. Пунктиром показан тренд каменского гранодиорита.

Таблица 2. Концентрации редкоземельных элементов в _минералах гранодиоритов, г/т_

Уф-51 Шб-100 Чл-103 Уф-51 Ш6-95 Чл-103

амфиболы плагиоклазы

Ьа 26,01 23,80 35,75 11,93 2,65 2,14

Се 83,85 63,05 72,29 22,06 5,29 2,91

Рг 13,41 10,37 9,40 2,26 0,64 0,29

ыа 63,52 48,11 37,39 6,65 1,75 0,89

5лп 14,70 1,51 6,94 1,61 0,58 0,14

Ей 2,73 1,88 1,00 0,50 0,13 0,22

ва 11,26 7,54 5,36 1,37 0,38 0,10

ТЬ 1,66 0,91 0,68 0,15 0,05 0,01

Оу 9,69 4,50 3,54 0,74 0,18 0,08

Но 2,01 0,82 0,64 0,14 0,04 0,02

Ег 5,32 2,17 1,44 0,36 0,09 0,05

Тт 0,78 0,29 0,19 0,06 0,01 0,01

УЬ 4,67 1,81 1,00 0,33 0,07 0,05

Ьи 0,68 0,35 0,14 0,06 0,01 0,01

сумма 240,29 167,11 175,76 48,22 11,87 6,92

Примечание: пробы с индексом Уф - Чусовской массив; Шб -Шабровский, Чл - Смолинский.

г

Ьа Се Рг N(1 Эт Ей Сс1 ТЬ 1)у Но Ег Тш УЬ

повышение в гранодиоритах концентраций РЗЭ, преимущественно легкой части спектра и за счет них суммы РЗЭ в целом; Ьа/УЬ отношение также имеет тенденцию к некоторому росту, особенно для пород, близких по содержанию кремнезема.

Аналогичная тенденция прослеживается для акцессорных минералов; в одноименных породообразующих минералах гранодиоритов наблюдается понижение содержаний большинства редких элементов по мере удаления массивов от шовной зоны (табл. 2).

Из расчетных данных по балансам редких элементов в породах близкой основности следует, что по мере удаления массивов от шовной зоны возрастает роль акцессорных минералов как концентраторов и носителей редких элементов, а роль породообразующих - понижается: в породах Чусовского массива средняя доля акцессорных минералов в балансе РЗЭ породы составляет около 12%, для Шабровского массива - около 70%, для Верхисегского более 90% (рис. 4).

Характер рассмотренной латеральной зональности сходен с той, что наблюдается в современных островных дугах и активных окраинах континентов с удалением от глубоководного желоба в сторону континента.

Отсюда следует, что формирование тоналит-гранодпоритовых серий окраинно-континентальной зоны можно связать с палеосубдукционной зоной, след которой в современном структуре Урала представлен Главным Уральским глубинным разломом и сопряженной с ним Серовско-Маукской сутурой, контролировавшими раннекаменноугольный магматизм.

По аналогии с современными обстановками, можно предполагать заглубление очагов магмообразования с запада на восток, а также рост мощности сналя и увеличение его влияния на состав генерируемых магм. Количественная оценка названных выше факторов, определяющие латеральную зональность - задача дальнейших исследований.

Рис. 4. Баланс РЗЭ гранодиоритов.

По теме диссертации опубликованы следующие работы автора:

1) К петрологии Смолинского тоналитового плутона (Челябинский массив) // Ежегодник-1989 / Ин-т геологии и геохимии УНЦ АН СССР. Свердловск, 1990. С. 25-27 (соавтор Н.С.Бородина)

2) Фосфор в породообразующих минералах гранитов и аплитов // Ежегодник-1990 / ИГГ УрО РАН, 1991. Свердловск. С. 81-83 (соавторы Ф.Беа и Г.Б.Ферштатер

3) Геохимические различия гранитоидов адсубдукционной и коллизионной зон Урала // Ежегодник-1993/ Ин- т геол. и геох. УрО РАН. Екатеринбург. 1994. С. 127-128 (соавтор Г. Б. Ферштагер)

4) Два типа калиевых полевых шпатов из гранитоидов Смолинского тоналитового плутона / / Ежегодник-1990 / ИГГ УрО РАН, 1991. С. 100-101 (соавтор Г.В.Пальгуева)

5) Фтор в апатитах как геохимический индикатор природы включений в гранитоидах // Тез. докл. XI Уральской конференции молодых геологов и геофизиков // Свердловск, 1991. С. 18-19.

6) Геохимия Шабровского гранодиоритового массива // Ежегодник-1994 / Ин-т геологии и геохимии УрО РАН. Екатеринбург, 1995. С. 157-159 (соавтор Е.В. Пушкарев).

7) Редкоземельные элементы в породообразующих минералах гранодиоритовых плутонов Среднего Урала // Ежегодник-1995/ Ин-т геол. и геох. УрО РАН. Екатеринбург. 1996. С. 117-122.

8) Распределение РЗЭ в породах и минералах гранитоидов в субширотном разрезе Среднего Урала // Ежегодник-1997 / ИГиГ УрО РАН, в печати (Соавтор Е.А.Зинькова)

9) РЗЭ в породообразующих минералах Чусовского гранодиоритового массива (Средний Урал) / / Доклады Академии наук. В печати.

10) Геохимия гранитоидов Каменского массива / Ежегодник-1997 / ИГиГ УрО РАН. В печати.

11) Распределение РЗЭ в минералах гранитоидных массивов различных геодннамических обстановок // Тезисы к конференции "Структура и эволюция минерального мира". Сыктывкар, 1997. В печати.

Подписано в псч. Л.СЧ. 91 Формат 60x84 1/16.

Б у мл га щсемШчЛ Объем /Они Тир. -/00 Зак. №

Екатеринбург, К-83, пр. Ленина, 51. Типолаборатория УрГУ.