Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Петрология плиоценовых гранитоидов коллизионного типа Большого Кавказа

ВАК РФ 04.00.08, Петрография, вулканология

Автореферат диссертации по теме "Петрология плиоценовых гранитоидов коллизионного типа Большого Кавказа"

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК 'ЬВДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ИНСТИТУТ ГЕОЛОГИИ РУДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ. ПЕТРОГРАФИИ. МИНЕРАЛОГИИ И ГЕОХИМИИ

г. - Не правах рукописи

БОГИНА Мария Михайловна

УДК 552. II :552.311

ПЕТРОЛОГИЯ ПЛИОЦЕНОВЫХ ГРАНИТОИДОВ КОЛЛИЗИОННОГО ТИПА БОЛЬШОГО КАВКАЗА

Специальность 04.00.Q8 - петрография и вулканология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-мннералогнческнх наук

Москва, 1994 г.

Работа выполнена в Институте геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН

Научные руководители-

академик

О.А.Богатиков кандидат геолого-минералогических наук А.Г.Гурбанов

Официальные оппоненты-

доктор геолого-минералогических наук В.В.Ярмолюк (ИГЕМ РАН) доктор геолого-минералогическия наук В.В.Ляхович (ИЛС РАН)

Ведущая организация

МГУ, геологический факультет, кафедра петрологии

Зашита состоится * часов

на заседании специализированного ученого совета К. 002. 88.01 при№ЕМ РАН по адресу: 109017, Москва, Старомонетный пер., 35

С диссертацией можно ознакомиться в Отделении геологической литературы БЕН РАН, Старомонетный пер.,35

Автореферат разослан

1994 г.

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат геол.-мим. наук

Ю^шах^у

С.В.Юдинцев

В «слеше

Актуальность исследований. Расшифровка тектонических и петрогенетических процессов разных гсодкнамических обстановок является ключевой проблемой при понимании условий формирования современной континентальной коры Земли. Одним из важных путей разработки этой проблемы служит реконструкция петрологических характеристик магматических пород, которые, наряду с геофизическим« данными, несут информацию об особенностях строения и состава глубинных частей зем-иой коры. Однако этот, несомненно перспективный, путь исследований осложняется многообразием петрогенстических факторов магмообразования. Наиболее четко это проявлено в коллизионных структурах, развитие которых включает столкновение плнт, подавнгаиие одной плиты под другую, а также последующее горообразование и утолщение континентальной коры. Это определяет разнообразие механизмов, источников и условий генерации магм и частичное перекрытие петрогеохнмических параметров пород, сформированных в условиях коллизионных и других геодинамн-ческих обстановок (островных дуг, активных континентальных окраин). Настоящая работа посвящена выявлению характерных петрологических особенностей магматических пород коллизионной обстановки Большого Кавказа.

Обьекты исследовании. Диссертация основана на материалах по изучению гранитондов Эльджурзинского, Сангутидонского и Теплинского массивов Большого Кавказа, выбор которых в качестве объекта исследований обусловлен тем, что имеются надежные данныео их пространственной и временной взаимосвязи с коллизионной обстановкой. Все три массива располагаются в осевой зоне Транскавказского поперечного поднятия, формирование которого началось в позднем миоцене при закрытии Тетиса и столкновении Аравийской и Евразнатской континентальных плнт, сближающихся и до настоящего времен». Временная взаимосвязь процессов формирования зоны коллизии и становления этих граннтоидных массивов подтверждается ралиолошческими да1 »ройками последних. Все три массива доступны для де тилыюго геологическою исследования и опробования вследствие их хорошей обнаженности и. в дополнение дли Эльлжуртинского массива, детальной раэбуренности скважинами. Массивы изучались в рашичныч аспектах, однако работы по комплексному геолого-шмрографическому, минералогическому, пефогеохимическому и изотопному изучению нами были выполнены впервые.

Цель и задачи иткдойанни. Цель исследований - установление условий <[н>р-мирувлиц шнмпеиовмх коллизионных гранитом/юя Большою Кавказа. Для лот решались следующие задачи:

- на основании геолого-петрографических, петрогеохимических и изотопных исследовании выявление источников и условий образования и сходных для гранитоидов

расплавов;

-детальные геологическое и петрографо-минералогическое исследования для реконструкции условий становления гранитоидных массивов;

- сравнение вещественных и петрогенетических характеристик коллизионных гранитоидов Большого Кавказа и других регионов, выявление черт сходства, различий и тектоническая интерпретация полученных данных;

- установление характера рудной специализации изученных гранитоидов;

Фактический материал и методы исследования. В основу диссертации положены матеркчлы. собранные диссертантом за полевые сезоны 1990 и 1991 гг на Большом Кавказе, а также коллекция каменного материала, отобранная из керна глубокой четырехкилометровой скважины СГ-1 и скважин 1500, 1501 , пройденных через Эльджуртинский массив ниже уровня р.Баксан. Керн был предоставлен ГНПП "Недра", ПГО "Севкавгеология".

Лабораторные исследования включали: 1)микроскопическое изучение шлифов (около 500 шт.); 2) определение содержаний летрогенных и малых элементов в ПО образцах весовым и рентгеиофлюорссцентным методами (ИГЕМ РАН, Бронницкая геолого-геохиыичесхая экспедиция ИМГРЭ, Институт геохимии и литосферы Университета г.Гизен, Германия); 3) определение содержания редкоземельных элементов (РЗЭ) с 41) образцах инструментальным нейтронно-актнваиионным методом в ИГЕМ РАН ; 4) исследование состава породообразующих и акцессорных минералов (150 анализов) на микрозонде "Cameca" SX-50 ("Гинцветмет"); 5) определение изотопного состава кислорода б'^О по валовым пробам и мономинеральным фракциям (25 анализов) (Калифорнийский технологический институт); 6) определение ^Stfi^St в породе (2 анализа) (ИМГРЭ); 7) минералогический анализ 10 проб (ИЛС РАН); 9) обработка полученных данных на ЭВМ с помощью различных петрологических программ;

Научная новизна. В результате проведенных исследований:

- впервые доказана принадлежность изученных массивов к двум разным комплексам, имевшим различную историю формирования и становления;

- реконструированы источники и условия генерации исходных расплавов для изученных гранитоидов.

- выявлены условия кристаллизации гранитоидов Эльджуртинского и Саигутидонс-кого комплексов.

- выявлен характер мэталлогенической специализации и оценена рудная перспективность плиоценовых коллизионных гранитоидов Большого Кавказа;

Практическая значимость. Результаты рабсты могут бить использованы щш изучении вертикальной неоднородности в гранитоидных массива»., а также при оценке потенциальной рудоносности аналогичных объектов и при проектировании поисковых работ на Си, \У, Мо.

Основные защищаемые положения.

1. Показано принципиальное петрогеохимическое и изотопное различие двух плиоценовых гранитоидных комплексов коллизионного типа Большого Кавказа: Эльджуртинского и Сангутидонского. Они характеризуются различными уровнями содержания N6, Та, КЬ, Б г, разными спектрами РЗЭ и разными значениями

что, очевидно, связано с различным петротенезисом исходных расплавов и разным флюидным режимом при их становлении. Эльджуртинский комплекс представлен гранитами, образовавшимися при кристаллизационной дифференциации трахнанде-зибазальтового расплава с удалением амфибол-плагноклаз-ортопироксенового куму-лата, что соответствует глубинам около |6км. Сангутндонскии комплекс, представлен преимущественно гранодноритамн и трондьемнтами, исходные расплавы которых генерировались при частичном плавлении базальтового субстрата в равновесии с гранат-амфнбол-плагноклазовим рестнтом, что соответствует глубине формирования около 40км. Выявленные различия между комплексами этих гранптоидов, возможно, связаны снх расположением в разных блоках коллизионной структуры.

2. На основании детального петрографического и петрогеохнмического исследования керна эльджуртинского гранита в пределах его I фазы (на глубине от 300 до 3835м ниже уровня р.Баксам) выделено 3 петротипа, имеющие индивидуальные петрографические и геохимические особенности, что может быть связано с дискретным поступлением отдельных порций расплава в интрузивную камеру.

3. Установлено, что изученные плиоценовые гранитоиды Большого Кавказа по своим петрогеохимическнм характеристикам ближе всего к типичным коллизионным граннтондам альпийского типа, что соответствует современным тектоническим построениям для данного региона. В целом для граннтондов альпийского типа характерны следующие особенности: отсутствие мусковита и высоко! лнноземистых минералов, высокие значения содержании Тг, Яг, НГ, У и Т11/11, К/КЬ 01 ношений, а также пониженные значения содержания Та и отношений Та/М>, КЫ/\ и ^'м/^'Зг.

4. Показано, что гранитоиды Сангутидонского комплекса явчжокя пон-нци олыю рудоносными на Си-порфировый тип оруденения.

На основании новых данных Оеохимнческое изучение пород и мннер;, ми, количественный анализ акцессорных минералов но чешрехкшюмегровому разрезу) подтверждено, что гранитоиды Эльджуршш-кпю кпмшн-кщ не инияннгь руной"» ■

рирующей системой для промышленного \V-Mo оруденения Тырныаузского месторождения.

Апробация работы. Результаты работы докладывались на Всесоюзной конференции "Геохимия магматических пород" (ГЕОХИ, 1991 и 1993гг.), совещании по локальным методам исследований (Суздаль, 1993 г.), заседании лаборатории и ученого совета ИГГМ РАН.

Публикации. Содержание диссертации изложено в 5 печатных работах н I институтском отчете.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав и заключения общим объемом 238 страниц. Включая 32 таблицы и 43 рисунка. Список литературы включает 132 наименования.

Работа выполнена в ИГЕМ РАН в соответствии с планом НИР по проекту "Магмат.пм в формировании земной коры" под руководством академика РАН О.А.Богатнкова и к.г-'^ н. А.Г.Гурбанова. Полевые исследования проводились на Эльджуртинском, Сангутидонском и Теплннском массивах (Северный Кавказ) совместно с А.Г.Гурбановым. При обсуждении результатов исследовании с И.С.Кра-сивской, Е.В.Негрей, А.В.Самсоиовым, А.А.Носовой, А.Л.Докучаевым и С.Н.Бубновым автор получил ряд ценных советов и конструктивных замечаний. Большой обьем аналитических исследований пород выполнен С.А.Горбачевой, И.Б.Никитиной, А.Л.Керзнным, Г.Е.Каленчук, А.М.Цешшым, А.Г.Гурбановым, А.З.Журавлевым, Т.Амсонстом, Ю.Хессом.

Автор выражает всем им глубокую и искреннюю благодарность.

Глава I. Геология н тектоника Большого Кавказа.

Плиоценовые гранитоиды Большого Кавказа расположены в пределах высокогорной части Главного Кавказского хребта, где обнажаются догерцинские, гер-мм"ские и альпийские комплексы.

В позднеальпийское время на территории Кавказа, в пределах Транскавказского поперечною поднятия проявился мощный магматизм. Образование Транскавказского поперечного"1юдиятия в последние годы связывается с процессом коллизии Аравийской и Евразиатской плит, который начался а позднем миоцене и продолжается в настоящее время. Позднеальпийская история Кавказа с точки зрения мобилиз-мя рассиофена в работах В.Е.Хаина, Ш.А.Адамия, И.П.Гамкрелидзе, Е.Е.Милано-псксио. И.В.Короновского, Л.М.Раснветаева и других исследователей. Кратко ее можно представив следующим образом: в позднем миоцене вдоль зон субдукции поглощаются 'оследине реликты океанической коры Тегиса и происходит столкновение Лрявийской плиты с южной окраиной Евразии. На настоящий момент конти-

нентальная коллизия характеризуется дрифтом к северу Аравийской плиты, и р<н-движеннем к западу - Турецкой и к востоку - Иранской плит.

То, что Транскавказское поперечное поднятие является коллизионной структурой, подтверждается следующими фактами. Во-первых: фишен-трековое датирование апатита , с помощью которого был определен возраст аплнфта, и уточнена западная граница коллизионной структуры (Kral, Gurbanov, 1991), показало, что в пре-■ делах этой структуры отмечается более молодой аплнфт (2-8 мли.лет), чем за ее пределами (14-33 млн,лет). Во-вторых, палеогеографические реконструкции свидетельствуют о том, что эта структура по-настоящему существовала начиная с позднего миоцена, т.е. с начала коллизии (Ханн, 1982). И, наконец, данные акустического телевизионного каротажа (BHTV) по стволу скважины в эльджуртинском граните показали наличие современной деформации в направлении с Ю-ЮЧ на С-СВ.

На территории Большого Кавказа новейший магматизм представлен лавами Эльбруса и Казбека, туфами Чегемской кальдеры, лакколитами Кавказских минеральных вод трахириолитового состава, а также гранмтондамн Эльджуртинского, Сангутндонсгого, Теплимского и других более мелких массивов. Следует отметить, что время проявления этого магматизма, имеющего возраст от I до 8 млн. лет, четко совпадает с главнейшими тектоническими фазами позднеальпийского этапа. Таким образом, можно сделать следующий бы вод: приуроченность п'озднекаГшозойскнх магматкгов Большого Кавказа к Транскавказскому поперечному поднятию - структуре коллизионного типа - синхронность проявления магматизма с началом процесса коллизии позволяет отнести все эти образования к коллизионным.

Глава 2. Плиоценовые граинтокоы Большого Кавказа.

2.1.Эльджур1мнский комплекс.

Эльджуртнкскнй массив расположен в восточной части Пшекнш-Тырныаузс-кой шовной зоны, среди осадочных отложений карбона, юры и метаморфических пород палеозойского и допалеозойского возраста. Его становление происходило в интервале 2,4-1,2 мли.лет (Hess, 1979).

В плане массив имеет эллипсоидальную форму и значительную протяженность на глубину (до 4 км по данным бурения). Большая часть массива сложена первой фазой, представленной биотиговыми гранитами. Это крупнозернистые породы с пор-фнровидной структурой. Последняя обусловлена наличием крупных крнааллсв КПШ - размером до 5см, плагиоклаза - около 1см, кварца - 0,5-1,0см. Основная масса сложена средне- н мелкозернистым агрегатом (от 1-5мм до <1мм) 6hoi иi-кварц полевошпатового состава. На глубине 3835м ниже уровня р.Баксан но режиму, ншрузн-вному контакту, они сменяются II фазой, представленной более ллЛк"г|<>Н"й1?(н

биотит-мусковитовыми гранитами. Последние имеют порфнровидную структуру с единичными вкрапленниками полевых шпатов, размером до 2 см Основная масса сложена в основном кварцем и полевыми шпатами, с размерами зерен 0, Ь5мм..

Детальное макроскопическое изучение керна вертикального, почти 4-х километрового разреза ниже уровня р.Баксан показало, что в пределах I фазы массива выделяете? 1(1 интервала, которые сложены гранитами, различающимися между собой внешним обликом, структурой, которые-мы выделяем как петротипы. I петротип ( в интервале от кровли массива до глубины 1850м) представлен резкопорфировид-ным крупнозернистым гранитом (количество порфировых выделений 40-50%) с крупными выделениями кварца и неравномерно распределенными чешуйками биотита. II петротип (интервал 2100-3200м) представлел; серым среаиезернистым редко-порфи-ровидным гранитом (количество порфировых выделений 25-35%) с равномерным распределением биотита. В интервале 3200-3835м выделяется III петротип, представленный резкопорфировегдным гранитом, похожим па гранит I петротипа, с большим количеством очень крупных порфировых выделении полевых шпатов.

Петрографо-минералогическая характеристика.

Граниты I фазы состоят (в %) из: КПШ - 34, плагиоклаза - 32, кварца - 26. и биотита - 8. Граниты II фазы состоят (в %): КПШ - 32, кварца - 34, плагиоклаза - 28, биотита - 4, мусковита - 2. Акцессорные минералы представлены, в основном, апатитом, цирконом, сфеном, ильменитом, магнетитом.

КПШ отмечается в порфировых выделениях (размеры христаллов )0-40мм) - I генерация, а также в основной массе (размеры кристаллов до 5мм) - II генерация. По своему структурному состоянию он отвечает высокому промежуточному ортоклазу. Его состав варьирует от Or^oAb^ до Or8{jAb| J.

Плагиоклаз распространен в порфировых выделениях и в основной массе. Выделяется III его генерации. Плагиоклаз I • идноморфный, зональный, с размером кристаллов до I см. Внешняя зона часто корродирована и содержит вростхи более кислых плагиоклазов и биотита. Центральная часть кристаллов имеет состав АП37. 48, краевая часть - An 17. Плагиоклаз II генерации более шир*ко распространен, размеры его зерен варьируют в пределах 0,5-4ми. По состав у он отвечает андезину Апз2-43- Иногда окаймлен оторочкой альбита и олигоклаза. Плагиоклаз III генерации Образует порфировые выделения и относится к олигоклазу АП2|.зо-

Кварц представлен II генерациями. Кварц I образует порфировые выделения размером 3-7мм. Кварц II, развитый в основной массе, имеет размеры 0,1-1,0 мм. Он предъявлен изом ггричными или ксеноморфными кристаллами, иногда срастается с KIIIII. давая микропегматитовую структуру.

Биотит является единственным темноцветным минералом эльджуртинских гранитов. Биотит редко распределен равномерно, чаше образует кучные скопления. Он содержит примерно равные мольные доли флогопитового, аннитового и сидерофнл-лнтового мииалов, при незначительном содержании истоннта. Все изученные биотиты характеризуются высоким содержанием ТЮ}, которое варьирует от 3,88 до 4,36%. Содержание А^Оз варьирует от 13,52 на поверхности до 15,39°о на глубине 4000м, во И-ой фазе. Железистость составляет 40-62"/«. Соотношение в биотите ре+'/Ре+2 и содержание аннитового минала позволило установить, что его кристаллизация происходила при фугитивности кислорода Я>2=1(И $ бзр и Т=750°С. На момент кристаллизации РН20=3 кбар. Содержание Р э биотите варьирует от 0,38 до 0,96%( в биотите II фазы), отражая .го неоднородное распределение в расплаве. Содержание С1 слабо меняется и составляет 0,11-0,20%.

Мусковит встречается, з основном, во II фазе, где он развивается по КПШ и хлориту. Он характеризуется присутствием незначительной доли парагонитового минала, при высоком содержании М^О н селадонитовой составляющей, что свидетельствует о его образовании из позднемагматического низкотемпературного расплава, обогащенного флюидной фазой.

. ПетР°геохимия и изотопия.

Биотитовые эльджуртинские граниты варьируют по содержанию 5Ю2 от 69 до 72*'о и относятся к известково-щелочной серии. Сумма щелочей в них составляет 7,798,52% при отношении ^20/К.20=1. Они характеризуются высоким коэффициентом железистости (0,8-0,9). Присутствие нормативного корунда и А/СМК=1,1 свидетельствуют о несколько повышенной глиноземистостн.

Спектры РЗЭ для эльджуртинских гранитов I фазы имеют сильно фракционированное распределение в легкой ((Ьа/3т)^=4,3) при практически нефракцноннро-ванном распределении в тяжелой ((О<1/УЬ)у4=2,0) частях спектров и относительно высокие отрицательные аномалии Ей (Еи/Еи*=0,4-0,5)

Пгтрохимическое изучение выделенных в I фазе петротипов показало, что они статистически различимы практически по всем окислам.

Наименее кремнекислый "примитивный" состав имеют граниты II петротипа. Для них характерны минимальные, по сравнению с двумя дру гими петротипами, содержания БЮг . при максимальных содержаниях ТЮ^. А^О^, РегО^, РеО, МяО, СаО, Бг, Тл, Ва и повышенном содержании К^О.

Наиболее кремнекислым является III петрогнп, для которого характерны максимальные содержания $¡02, К ¿О, Щ>, и, при минимальных содержаниях прпкгичес-: ки всех остальных компонентов.

I петротпп по составу является промежуточным между II и III по кремнекис-лотности н содержанию почти всех петрогснных элементов.

Образование массива, вероятно, можно представить следующим образом. Сначала произошло внедрение гранита II петротипа, наименее дифференцированного, и его быстрое застывание. Затем, за счет опустошения промежуточного очага, по разломам происходит проседание гранита данного интервала, и, по этим же разломам из очага поступают nonttc порции расплава, более дифференцированные, которые локализуются выше (I петротпп) и ниже (III петротип) гранитов II петротипа. Эти пориии расплава, соответственно, являются более кремнекислыми за счет удаления первой, относитель-.о более основной пориии.

Днуслюдякые граниты II фазы относится к K-Na субщелочному ряду, характеризуются по сравнению с I фазой повышенным содержанием SÍO2 (74,7%), пониженным - MgO, CaO, Ti02, Р2О5, Zr, Sr, Ва, и более четхо выраженной отрицательной европиевой аномален (Eu/Eu*=0,3).

^Sr/S^Sr в эльдзгуртинских гранитах невысокое и составляет 0,7069 (Ляхович, Гурбанов, 1992). Это значение сущестпенио ниже величин, характеризующих верхне-коровые гранитоиды и свидетельствует об образовании этих пород в результате малоглубинного фракционирования более основного расплава.

Изучение изопно-кислородного состава породообразующих минералов гранита позволило рассчитать изотопный состав водного компонента флюида, равновесного с данными минеральными ассоциациями. Изотопный состав воды, при температуре, максимально близкой к магматической, составил 5'*®0=+9,84%о,что свидетельствует об участии в становлении интру--и и водной компоненты магматического флюида исключительно ювснильной природы.

2.2.0шгут>1лоиский комплекс.

В состав этого комплекса входят интрузии Сангутидон, Тепли, Генаддои, Тана-он, сложенные в основном гранодиоритами и трондьемнтами. Массивы комплекса расположены в узлах пересечения зоич Главного иадзнга Большого Кавказа (Лданком-Казбекский разлома субширотного простирания и параллельных ему структур) с зонами райомое северо-западного простирания. Формирование .пород комплекса происходило в интервал 2,5-2,25 млн.лет (Борсук, 1979).

Нами были изучены Сангугидоиский и Теплинский массивы. Сангутидоиский массив представляет собой субмеридиональное тело, обнаженная на поверхности площадь которого составляет 8 км2. Он приурочен к зоне контакта палеозойских ipíumtoB с песча>,о-сланцерыми и вулканогенными отложениями лейаса. Основную член, массива "Лггают гранодиориты и трондьемиты. В Теплинском интрузиве обна-

жена апикальная часть, представленная гранодиоритамн. Массив расположен в псс-чано-сланцеоых толщах лейаса.

Гранодиорнты Сангутндонского комплекса представляют собой слабо порфн-роиидную, среднезериистую породу, имеющую следующий минеральный состав (в ">.): плагиоклаз - 42-50, кварц - 20-25, КПШ - «0-15, биотит - 10-12, амфибол - 5-8, пироксен 1-3. Н троидьемитах, развитых только в пределах Сангутндонского массива, содержание КПШ уменьшается до 1-3%. Акцессорные минералы представлены апатитом, сфсном, цирконом, магнетитом, ильменитом.

Плагиоклаз представлен двумя генерациями: редкими вкрапленниками, размером до 1.5см (I генерация) и мелкими кристаллами в основной массе (II генерация). Состав плагиоклаза I варьирует от Ап52-<г)о (центр) до АП20-26 (кран).

Кварц ксеноморфный н образует мелкие округлые зерна, часто в нем присутствуют иойкшштонис включения, представленные плагиоклазом, биотитом и амфиболом.

Биотит образует чешуйки размером 0,3-(1.5мм, а также встречается в виде каемок вокруг пироксена и амфибола. В породе биотит распределен равномерно. В его составе преобладает флогопнтовая составляющая, при меньшем содержании аннито-ного и сидср^|м|ллитов1мо мималов. Мстонитовый минал отсутствует. Минерал характеризуется высоким содержанием ТЮз (от 3,96 до 5,57%), содержание А12О3 иарьируег от 12,05 до М,0У%, железисгость составляет 40-60"и. Соотношение в бно-тнте Ге+'/Го+- и содержание анннтового минала позволило установить, что его кристаллизация происходила. при фугнтивности кислорода Р02=10*" бар и Т=Х20"С. что соотисютиуег давлению воды при кристаллизации около 5 кбар. Содержание (■' невысокое и варьирует от 0,15 до О,55"'о, содержание С1 -0,14-0,48%.

КПП) встречается в виде мелких ксеноморфных кристаллов в основной массе и варьирует по составу от ОгуцЛЬщ до Ог«|АЬ|9, а также в виде антнпертитовых вростков в плагиоклазе или в виде тонкой оторочки вокруг него, иногда образует совместно с кварцем участки Iрцнофировой структуры.

Амфибол представлен здешпом, роговой обманкой и вторичным акт и политом. Содержание ТЮ^ варьирует от 0,10 до 1,64%, желе!не<ость составляет 25-40%. Содержание А1 н магматическом амфиболе нарьнрует от 0,63 до 1,74 ф.е,, что соответствует, давлению 3-5 кбар.

Пироксен представлен гииераенпм и явгитом.

Пстрогеохимня и Изотопия. Гранодиориты и трондьспиты Саигутидоиского и Теплинского массивов варьируют по содержанию SiOj от 64 до 69% н относятся к известково-щелочной серии. Сумма щелочей в них составляет 7,06-7,62% при отношении Na20/K20=0,65-2,0. Они характеризуются высоким коэффициентом железистости (0,7-0,8). Отсутствие нормативного корунда и A/CNK<!,I свидетельствуют о недосыщенностн глиноземом.

Спектры РЗЭ сангутидонских граннтоидов имеют сильно фракционированное распределение в легкой ((La/Sm)fyj=3,4) при незначительно фракционированном распределении в тяжелой ((Gd/Yb)M=2,6) частях спектров. Аномалии Ей слабые или отсутствуют (Eu/Eu*=0,8-I,0)

"'Sr/^Sr в гранитоидах Саигутидоиского комплекса низкие н составляют 0,7047-0,7054. Этн значения резко ниже значений, характерных для типично коровых гранитоидов и свидетельствуют о генерации исходных расплавов в низах коры из субстрата с низким отношением *7sr/*">sr.

Глава 3. Сравнительный анализ гранитоидов Эльджуртзшского н Сягутвдонского i комплексов и представление о генезисе пород.

Граиитонды двух изученных комплексов расположены в мощной континентальной коре в пределах одной структурно-тектонической зоны, имеют близкий возраст (2.25-2,5 млнлет по данным K-Ar Ii Ar-Ar датирования) и характер залегания. Этн комплексы имеют ряд схожих минералого-петрографических характеристик, таких как присутствие магнетита и ильменита; отсутствие высокоглиноземистых минералов (граната, кордиерита, силлиманита); наличие шлировидных обособлений, 3) низкое по которым они могут быть отнесены к гранитам 1-типа.

Все это, а также единые закономерные вариации большинства петрогеиных и редких элементов при росте содержаний S1O2 от гранодиоритов и троидьемитов Саигутидоиского комплекса до гранитов Эльджуртинского комплекса делает возможным предположение о генетической взаимосвязи гранитоидов всех изученных массивов за счет последовательной дифференциации единого расплава. Однако ряд данных про-шворечат этому предположению. Во-первых, близкие по кремнекиспотности граиитонды двух комплексов отчетливо различаются по уровням содержаний таких элементов, как Nb, Та, Rb и Sr, что сложно объяснить в рамках дифференциации единого материнского расплава. Кроме того, на диаграммах K/Rb-Rb/Sr и AFM комплексы дают два самостоятельных тренда (рис. 1 а, б).

Во-вторых, измеиеиие составов гранитоидов от гранодиоритов к трондьеми-там в массивах Саигутидоиского комплекса показывает, что здесь не происходило

260

220 К/ВЬ 180

140

100

О

• 1 « 2 о 3

" о

О

-

- ш

<ж <* <я» в«® О в 9е

- в О 0 о • . 1 . • •

2 3

ШвГ

РеО*

Ыа20+К20

Рис I а,б. Положение составов пород Эльджургинско! о н Гпнгутилонского комплексов на диаграммах КЯ1Ь-!Ш5г и /АРМ- I - ЭльлжуртинскиП массив; 2 - Свнгути-донскин массив; 3 - Теплннский массив.

1

накопления калия.в более лейкократовых расплавах, в то время как близкие по крем-некислотности к трондьемитаы Саигутндонского комплекса гранитоиды Эльджур-тннского комплекса представлены нормальными гранитами.

И в третьих, гранитоиды Сангутмдонского комплекса имеют более низкий изотопный состав стронция ло сравнению с гранитами Эльджуртинского комплекса. Все это предполагает различный изотопный и вещественный состав исходных для них расплавов. ^

Экспериментальные данные свидетельствуют о возможности образования гранитоидного расплава, отвечающего по составу зльджуртинскому, из трахианде-зита Эльбрусской вулканической области (Борсук, Рябчиков, 1989). Проведенное нами геохимическое моделирование по РЗЭ показало возможность образования эльджуртинского гранита при 70%-ном фракционировании трахиакдезпбазальтового расплава. Состав кумулата, равновесного с гранитным расплавом (PI, Орх, Ami), свиде-тельствует о том, что процесс фракционирования проходил при давлении 5 кбар { глубина • 16 км), в водонасыщенных условиях.

Низкие величины ^Sr/^Sr для пород Сангутидонского комплекса и отсутствие европиевой аномалии позволили предположить их образование за счет частичного плавления основного метаморфического субстрата. Моделирование по РЗЭ показало принципиальную возможность образования грани гоидов Сангутидонского комплекса прн 15% плавлении палеозойских амфиболитов Оуульгенской серии в равновесии с гранат-плагиоклаз-амфиболовым реститом. Это свидетельствует о том, что исходный расплав формировался прн P>=J3x6ap, что соответствует глубинам порядка 40 км.

Анализ химических особенностей биотита по методике Вонса-Югстерц позволил выявить различия в условиях становления массивов. Кристаллизация Эльджуртинского массива но данным изучения газово-жмдкнх включений происходили в интервале температур 690 - 895°С ( Рейф, Крсмеиецкий, 1990), а биозити, кристаллизующегося одним hi последних, - при температуре 75<)"С, при ном фугмтнвиость кислорода составила КГ15 бар. Крисгаллизация биоипа Сангутидонского и Теп-шшскою массивов проходила при темпера iype 840" и большей фугигннноез и кислорода - №'13 бар. Вычисленное отношение логарифмов фупшшноезей летучих сииде-leiibcibyei о большей роли хлора и воды во флюиде во время кристаллизации расплавов Саш утияонского и Теплтакою массивов, но сравнению с Ольджургинским, чк> шщтвержлаезся результатами расчет давления моды и расплаве : давление воды для Эльджуршнскию ipamiiu соспшлме! 3 кбар, а для ш>|н>л Сашушдинскот и Гешишско! о массивов 5 кбар.

IS

Глава 4. Геодннамнческая интерпретация геохимических данных.

Рассмотрим тектоно-геохимическую типизацию всех трех массивов. По геологическим данным они образовались в коллизионной обстановке. В настоящее время широко используются текюно-геохимнческая типизация транитоидов (Реагсе, 1984, 1986), по которой среди граннгоидов, связанных с процессом коллизии принято выделять два типа, гималайский и альпийский. Возникает вопрос, соответствуют ли коллизионные гранитоиды Кавказа стандартным коллизионным граннтондам согласно этой систематике, пли они обладают особым набором геохимических характеристик, не свойственным граннтондам данной обстановки. Гранитоиды гималайского типа сильнее обогащены наиболее несовместимыми элементами (K.,Rb,Ba) и, напротив, обнаруживают тенденцию к сильному обеднению такими элементами, как Zr, Hf, Sm, Y, Yb, что объясняется их быстрым выплавлением in situ без дифференциации в верхних частях коры. Кроме того, они характеризуются наличием пысоко-глиноземистых минералов,верхнекоровымн значениями изотопии стронция и кислорода, а также низкой суммой РЗЭ при низкой степени их фракционирования и высокими значениями отношений Rb/Zr(2,5-57) и Ta/Nb (1,1-3,6). Напротив, расплавы, породившие гранитоиды альпийского типа формируются относительно медленно, на больших глубинах при более высоких температурах, что способствует более активному вовлечению в расплав слабо несовместимых элементов. Они также характеризуются отсутствием высокоглиноземистых минералов, пониженными значениями стронциевого отношения и а также средней-высокой степенью фракционирования РЗЭ, низким величинами отношений Rb/Zr (<2) и Ta/Nb (<0.5).

По совокупной.I предложенных параметров кавказские гранчтоиды относятся к альпийскому типу. Это хорошо видно на елл/щер-дизграмме, г приводятся содержания редких элементов, нормализованных к гипотетическому граниту средннно-океаннческнх хребтов (рис.2).

Использование ряда разделительных диаграмм также выявило сходство изученных кавказских гранитондов с коллизионными граннтоидамн Альп. Несмотря на то, что фигуративные точки составов кавказских гранитондов образуют обширное поле, связанное с выявленными различиями Эльджуртинского и Сангутидонского комплексов, они все-таки попадают в одно попе - поле коллизионных гранитов альпийского типа (рис. 3 а, б ).

Образование двух комплексов кавказских коллизионных гранигоНдов можно объяснить различной скоростью аплифта отдельных блоков коллизионной структуры (Реагсе, 1986): в случае быстрого аплифга в результате адиабатического разуплотнения происходило плавление верхней мантии, с последующей дифференциацией полученного расплава (Эльджургинскин комплекс), медленный аппнфг приводил к разогреву низов коры и апатексису (Сангутидонскнй комппекс).

к

а 1 »2 о 3

10

0.1

К20(*Ь В« ТЬ Та КЬ Се В£ 2е 5я Г ТГЪ

Рис. 2 Диаграмма распределения содержаний элементов, нормированных по составу гипотетического средиино-океанического гранита. I - кавказские плиоценовые гранитоиды, среднее; 2 - коллизионные гранитоиды Альп; 3 - коллизионные гранитоиды Гималаев.

ю

ЬЫи

коплимкинштышти (I имллаПскиПтищ

О ф

О 8*

1.1 гС1

II .111111.1 ВУЛКЛННЧКЖИХДЧГ

II I и МИГ'И'.ННШ (АННИНСКИЙ 11IIь

I 6» «« 72 71

ног <«1 о

»9

л

10

КОЛЛШИОННШ: ГУМШТЫ

(ГИМлллПскнП Г11И1

1ТАШПЫ ШГЛКЛНИЧЮЖНХДМ имилпш.ншмг. (АШ11|И(ГШП1Н1|

вшгтнштшв гмниты /

ГГАНИТЫ СРВДИННО. оккАНических

ХПГ.ГОВ

,.,1- . и ... I ,...!_-.. 10 100 К * 1(Ь

*-1ии1--

1000

1"II' Зи Г). Молиженнс спсшвин пород на лнскриммнантмх диаграммах.

> < н>ншоОотичеини см на ¡тс. 2.

6

Глав» 5. Потенциальная рудоносность плиоценовых гранитоидов Большого Кавказа.

В настоящее время установлена корреляция между геодинамическим положением гранитоидов и их метаплогенической специализацией. По этим данным с грани-тондамн, образованными в деструктивных обстановхах наиболее часто связаны Си-порфировые месторождения. Изучение гранитоидов Саигутидонского массива показало, что для них характерно низкое содержание F и повышенное содержанке Си, что свидетельствует о их первичной метаплогенической специализации на медь. Для подтверждения этого факта была применена методика Дж.Бримхолла, использующая соотношения летучих и Mg/Fe в биотите в качестве индикатора перспективности гранитоидов на определенный тип оруденения (медное, молибденовое и вольфрамовое). На рис. 4 видно, что состав биотитов из Саигутидонского массива наиболее

4

„ э

г)

О

к-

X

о и

о

-1 -------------

-1.5 -1.0 -0.5 0.0 0.5

1ов(ХМй/ХРв)

рис 4. Состав биотитов из плиоценовых гранитоидов Кавказа. 1 - Эльджуртинский массив; 2 - Сангутндонский массив; 3 - Теплинский массив.

близок к составу биотитов из медно-порфировых месторождений. Кроме того, изучение геохимических особенностей молибденита из Саигутидонского и Теплинското массивов показало, что в них отмечаются высокие содержания рения (до 260 г/т) при пониженном содержании олова (80 г/т), что характерно для молибденитов месторождений медно-порфирового типа.

Поскольку в кровле Эльджуртинското гранитного массива расположено Тыр-ныаузское \V-Mo месторождение, то вопрос о метаплогенической специализации этих гранитов рассматривается отдельно. Существует деа взаимоисключающих пред-

Мо месторождения (биотит-содержащий источит) Henclersonn Colorado Я

Sn-W месторождения (мумомт-содержащий источник

Ильменитотые серии Японии

биотиты

□ магматические EÜ гидротермальные

. Santa-Rita г New-Meijo Red Mt. Colorado Си местороладения (рого»оовм»ико»ый источник)

стааления : о наличии н отсутствии генетической связи Тырныаузского месторождения с Эльджуртинским гранитом. Мы придерживаемся точки зрения, что образование Тырныаузского месторождения генетически не связано с эльджуртинским гранитом. Это основывается на следующих фактах. Во-первых, по уже имеющимся геологическим данным, Эльджуртинский гранит срезает мощные (десятки метров) скарны н роговики (сотни метров), а также лейкократовые внугрирудные граниты 'Паук*. В контакте эльджуртинского гранита с мраморами образуются только маломощные (0,3-0,5м), практически лишенные \V-Mo минерализации. Детальное изучение вертикального пятикилометрового разреза через Эльджуртинский гранит показало низкое содержание и отсутствие накопления летучих и рудных к апикальной части массива (за исключением меди). Проведенный анализ содержаний акцессорных минералов (шеелита , молибденита, вольфрамита, .алькопирита, касситерита) показал при крайне низких их концентрациях полное отсутствие тенденцнн нх накопления к апикальной *1асти массива, что не характерно для рудоносных граннтоидов. Фигуративные точки биотитов из Эльджуртинского массива на диаграмме (рис. <4) расположены далеко от полей \У и Мо месторождений и наиболее близки к медно-порфировым месторождениям. Это подтверждается геохимическим изучением биотитов и кварца в пятикилометровом вертикальном разрезе, которое показало в них отсутствие повышенных концентраций W и Мо, что не характерно для биотитов и кварцев из граннтоидов, имеющих \V-Mo специализацию.

Изучение геохимических особенностей молибденита показало, что для молибденита из эльджуртинского гранита , по сравнению с таковыми из рудных тел Тырныаузского месторождения, характерно повышенное содержание Ие и Бе. Все это позволяет считать, что вольфрам-молибденовое орудененне скорее всего генетически не связано с этим гранитом.

Заключение.

В конце миоцена Кавказский сегмент Средиземноморского пояса был вовлечен в процесс коллизии типа континент-континент, связанный со столкновением Аравийской и Евраазиатской плит. Время проявления кайнозойского магматизма на Большом Кавказечетко контролируется главнейшими тектоническими фазами коллизионного этапа, которые, в свою очередь, обнаруживаю! почти точное совпадение с эпохами активизации Красноморского и Аденскою рнфюв, вызвавших активное продвижение к северу Аравийской плиты.

В ннноиене в пределах Большого Кавказа произошло внедрение пншбиссаль-них Iраинюидш.1\ массивов. Временная сопряженносм, обраюпання Iрани юидов с нрнцессоч Ачшпни, а 1акже расположение массивом ш'кпючщещ.нп в пределах

Транскавказского поперечного поднятия, чье образование непосредственно связывается со столкноиением плит, позволило отнести их к коллизионному типу.

Среди плиоценовых коллизионных гранитоидов Большого Кавказа нами выделено два комплекса: Эльджуртинский и Сангутидонский. Эльджуртннский комплекс сложен в основном биотитовыми гранитами (при подчиненном количестве лей-кократовых гранитов). Сангутидонский комплекс представлен преимущественно граноднорнтами и трондьемнтами (при подчиненном количестве кварцевых диоритов). На вариационных диаграммах фиксируются две самостоятельные линии трендов эволюции для гранитоидов этих двух комплексов. Кроме того, для пород Сангу-тидонского комплекса в отличии от Эльджуртннекого характерна более низкая величина 87дг/8б$г : 0,7047-0,7054 и 0,7069, соответственно, а также практически полное отсутствие отрицательной европиевой аномалии, повышенные содержания /\I2O3, Б г, Сг, Щ пониженные содержания КЬ,ТЬ,Та,ЫЬ, большая величина КЖЬ отношения, более высокая футитивность кислорода и большее давление воды во флюиде.

Гранитоиды Эльджуртинского комплекса могли образоваться за счет фракционирования трахиандезибазальтовото расплава в равновесии с амфибол-ортопи-роксен-плапюклазовым кумулатом на глубинах около 16 км. Кристаллизация массива происходила при температуре давлении волы - Зкбар и фугитивности

кислорода 10"'^ бар.

Гранитонды Сангутидонского комплекса образовались за счет 15% плавления амфнболитового субстрата, в равновесии с расплавом находился транат-плагиоклаз-амфиболовый рестит, что соответствует глубине формирования расплава не менее 40кГм. Кристаллизация расплава происходила при фугитивности кислорода бар, температуре

820°С , давлении воды 5 кбар.

Детальное изучение вертикального четырехкилометрового разреза по глубокой скважине через эльджуртинский гранит (от уровня р.Баксан н чиже) позволило выделить в I его фазе три петротипа, имеющие структурные и петрогеохимические различия. Образование этих петротипов объясняется дискретным поступлением отдельных порций расплава в интрузивную камеру.

Петрогеохимнческое, минералогическое и изотопное изучение плиоценовых гранитоидов в цепом с использованием классификации Дж.Пирсп показало, что по своим характеристикам они относятся к типичным коллизионныгранитондам альпийского типа. В качестве индикаторных использовались следующие характеристики: отсутствие мусковита и высокоглиноземистых минералов, высокие значения содержаний гг(>100). 5т(>200), 1Щ>3), У(?20) и отношения ГЫ1!(>2.5), я также пониженные значения содержания Та(<3) и отношений Тя/Ш(<1), КЬШ(,<2) и 878г/"^г(<0.710).

На основании изучении геохимии пород, а также составов биотита (по методике Дж.Бримхолла) и геохимии породообразующего кварца и молибденита установлено, что гранитоиды Сангутидонского комплекса являются потенциально рудоносными на Cu-порфировый тип оруденения.

Вопрос о потенциальной рудоноспости эльджуртинского гранита рассматривался в связи с пространстиенио тяготеющим к нему W-Mо Тырныаузским месторождением. Новые данные (геохимия пород, кварца, биотита и КПШ в вертикальном четырехкилометровом разрезе, а также резкие отличия молибденитов из "сухих" трещинок в альджуртинском граните от молибденитов из все типов руд месторождения) подтверждают существующую точку зрения о том , что Эльджуртннсхий (ранит не являлся источником руды для Тырныаузского месторождения.

Публикации по теме диссертации.

I. Богина М.М. ( в соавторстве с Лятифовой E.H.). ВерхиЙ Чегем - новейшая кальдера Северного Кавказа. Тезисы на 16 всесоюзной семинар по геохимии магматических пород. Москва, 1991, ГЕОХИ, с.208.

Богина М.М. ( в соавторстве с Цветковым A.A., Гурбановьш А.Г. и др.). Новые данные о гипабиссальных гранодиорнтах Верхне-Чегемского кальдерного комплекса на Северном Кавказе. ДАН СССР, 1991, т.318, N 3, с.700-704.

3.Богина М.М. ( в соавторстве с Гурбановым А.Г., Поль И.). Биотиты как индикаторы условий становления плиоценовых гранитоидов Большого Кавказа.-Изв. АН СССР. Серия геол., 1992, N И, с 147-153.

4.Богина М.М. Особенности состава апатита нз N-Q гранитоидов Большого Кавказа.- Тезисы российского совещания по локальным методам исследования вещества. Суздаль, 1993, с. 66-67.

З.Богина М.М. ( в соавторстве с Гурбановым А.Г., Бершовым Л.В. и др.). Геохимия и ЭПР породообразующего кварца из глубинной части Эльджуртинского lpiiiuniioro массива (Северный Кавказ). Геохимия, N 8-9.C.1239-U54.