Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Типоморфные особенности циркона гранитоидов Верхнеурмийского массива (Приамурье)

ВАК РФ 25.00.05, Минералогия, кристаллография

Автореферат диссертации по теме "Типоморфные особенности циркона гранитоидов Верхнеурмийского массива (Приамурье)"

На правах рукописи

МАЧЕВАРИАНИ Мария Михайловна

ТИПОМОРФНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ЦИРКОНА ГРАНИТОИДОВ ВЕРХНЕУРМИЙСКОГО МАССИВА (ПРИАМУРЬЕ)

Специальность 25.00.05 - Минералогия, кристаллография

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ-2015

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Национальный минерально-сырьевой университет «Горный»

Научный руководитель:

доктор геолого-минералогических наук, член-корреспондент РАН, профессор Марин Юрий Борисович

Официальные оппоненты:

Гавриленко Владимир Васильевич - доктор геолого-минералогических наук, профессор, федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Российский государственный педагогический университет им. А.И. Герцена», кафедра геологии и геоэкологии, профессор

Бережная Наталья Георгиевна - кандидат геолого-минералогических наук, федеральное государственное унитарное предприятие «Всероссийский научно-исследовательский геологический институт им. А.П. Карпинского», центр изотопных исследова-нийузаведующая сектором

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный университет»

Защита диссертации состоится 5 июня 2015 г. в 16 ч. 00 мин. на заседании диссертационного совета Д 212.224.04 при Национальном минерально-сырьевом университете «Горный» по адресу: 199106, Санкт-Петербург, 21-я линия, д. 2, ауд. 1163.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Национального минерально-сырьевого университета «Горный» и на сайте www.spmi.ru

Автореферат разослан 3 апреля 2015 г.

УЧЕНЫЙ СЕКРЕТАРЬ

ГУЛЬБИН Юрий Леонидович

диссертационного совета

1'ОССИЙСКАЯ I ПСУДЛГ'СТО^ИНАЯ ■".И ВЛИ01 ЕКА

гр15___

Введение

Актуальность темы. В районе Баджальского и Мяо-Чанского хребтов Приамурья широко распространены гранитоидные плутоны, играющие важную роль в локализации оруденения Баджало-Комсомольского оловорудного района. Вместе с тем, редкометалльные литий-фтористые граниты, непосредственно предшествующие олово-рудной минерализации, были установлены лишь в 1987-1990 годах, когда экспедицией Ленинградского горного института проводилось специальное картирование территории Верхнеурмийского рудного узла. В последние годы наметилась негативная тенденция выделения редкоме-талльных гранитов по геохимическим признакам, без учета их геологических и минералого-петрографических особенностей, что влечет за собой чрезмерное расширение понятия «редкометалльный гранит» и ошибки в геологическом картировании и прогнозно-поисковой практике. Решению проблем корректного расчленения гранитоидов Приамурья, выявлению среди них редкометалльных гранитов, установлению условий их формирования должно способствовать всестороннее изучение современными методами акцессорной минерализации, в том числе циркона, являющегося важнейшим минералом-индикатором петрогене-за, эффективным геохронометром и геотермометром.

Цель работы. Выявление типоморфных особенностей акцессорного циркона из гранитов эталонного Верхнеурмийского массива, способствующих совершенствованию научно-методической основы для установления среди пород гранитоидных плутонов региона редкометалльных гранитов литий-фтористого типа.

Задачи исследования:

- изучение особенностей состава акцессорного циркона из различных типов гранитоидов Верхнеурмийского массива;

- исследование морфологии и анатомии циркона биотитовых лейкогранитов и циннвальдитовых литий-фтористых гранитов;

- выявление термической эволюции образования циркона в породах последовательных гранитоидных комплексов;

- определение комплекса типоморфных признаков циркона, способствующих корректному расчленению гранитоидов Верхнеурмийско-го массива и выделению среди них редкометалльных гранитов.

Фактический материал и методы исследования. В основу работы положены материалы, собранные сотрудниками кафедры МКП во время полевых работ 1987-1990 годов, при проведении специального картирования территории Верхнеурмийского рудного узла под руководством проф. Ю.Б. Марина. Из предоставленных коллекций отобрано 19 штуфных проб и соответствующие им шлифы, монофракции циркона из 8 проб биотитовых гранитов (более 500 зерен), 6 проб жильных порфировидных гранитов (более 700 зерен), 5 проб циннвальдитовых литий-фтористых гранитов (460 зерен). Исследования проводились в лабораториях Горного университета (Санкт-Петербург), ВСЕГЕИ (Санкт-Петербург), ИГГД РАН (Санкт-Петербург), Института минералогии Фрайбергской горной академии (Фрайберг, Германия).

Первые стадии пробоподготовки осуществлялись минералогической группой ИГГД РАН под руководством И.К. Шулешко, непосредственный отбор зерен циркона из неэлектромагнитной тяжелой фракции каждого шлиха проводился автором вручную под микроскопом МБС-10.

Методами растровой электронной микроскопии (JSM-6460LV с EDX- и WDX- приставками фирмы Oxford, Горный университет, аналитик И.М. Гембицкая) выполнено 263 определения состава циркона в шлифах биотитового гранита - 35 зерен/66 точек; жильного порфиро-видного гранита - 10 зерен/30 точек; циннвальдитового гранита - 40 зерен/167 точек. Получено около 80 изображений зерен циркона в шлифах в режиме обратно отраженных электронов. Исследование морфологии и характера поверхностей граней зерна циркона (120 зерен) проводилось в лаборатории Геологического института Фрайбергской горной академии на сканирующем электронном микроскопе JEOLJSM-7001F, оператор У. Кемпе. Определение содержания элементов-примесей в цирконе (67 аналитических точек/41 зерно) проводилось на ионном микрозонде Cameca IMS-4f (ЯФ ФТИАН РАН, Ярославль) по стандартной методике (Федотова и др., 2008). Диаметр анализируемого участка

не более 15-20 мкм, относительная ошибка измерения для большинства элементов не превышала 15%, порог обнаружения составлял в среднем 10 ррЬ.

Валовые составы гранитов определялись методом рентгеноф-луоресценции (Х1?Р) и методом масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой (1СР-М8) как для петрогенных элементов, так и для широкого набора элементов-примесей в лаборатории АаЬаЬв (Онтарио, Канада).

Диссертантом осуществлялась подготовка материала для исследований, изучение морфологии и анатомии циркона с использованием оптической и электронной микроскопии, обработка и интерпретация данных о составе циркона из гранитоидов различных типов, приложение различных методик термометрии циркона, оптимизация методики эволюционного кристалломорфологического анализа циркона.

Научная новизна. На основе впервые проведенного комплексного изучения индикаторных свойств циркона из гранитоидов Верхне-урмийского массива создана его типизация и проведена генетическая интерпретация, позволяющая получать новую информацию об условиях образования и преобразования гранитоидов, в том числе недавно выявленных в Приамурье редкометалльных гранитов литий-фтористого типа.

Практическая ценность. Полученный комплекс новых типо-морфных признаков циркона из гранитоидов Верхнеурмийского масива способствует проведению их корректного расчленения, установлению среди них редкометалльных гранитов литий-фтористого типа и, тем самым, прогнозированию сопутствующего оловянного оруденения. Полученный комплекс типоморфных признаков циркона может использоваться в поисково-оценочной практике и в учебных дисциплинах «Прикладная геохимия и минералогия» и «Поисковая минералогия».

Достоверность и апробация полученных результатов. Достоверность защищаемых положений обеспечена использованием статистически представительных аналитических данных, сертифицированного аналитического оборудования, современных математических методов и компьютерных технологий обработки информации. Основные по-

ложения диссертации опубликованы в 21 печатной работе, включая 4 статьи в журналах из списка ВАК, 13 публикаций в материалах российских и 4 публикации в материалах международных конференций. Результаты исследований докладывались на X международной конференции «Новые идеи в науках о Земле» (РГГРУ, г. Москва, 2011); 53-ей международной студенческой конференции Краковской Горной Академии, (г.Краков, Польша, 2012); конференции «Металлогения древних и современных океанов» (ИМин УрО РАН, г.Миасс, 2013); научной конференции студентов и молодых ученых «Полезные ископаемые России и их освоение» (Горный университет, г.Санкт-Петербург, 2014); международном форуме-конкурсе молодых ученых «Проблемы недропользования» (Горный университет, г. Санкт-Петербург, 2014).

Благодарности. Диссертационная работа выполнена под руководством доктора геолого-минералогических наук, члена-корреспондента РАН Юрия Борисовича Марина, которому автор выражает искреннюю благодарность за всестороннюю помощь и поддержку на всех этапах работы. Автор выражает глубокую признательность доценту каф. МКП В.И. Алексееву за предоставление материала, плодотворную совместную работу, критические замечания в процессе написания статей и текста диссертации.

Неоценимую помощь и содействие оказали A.M. Федосеенко,

И.К. Шулешко|(ИГГД РАН), И.В. Бильская, В.Д. Ляхницкая (ВСЕГЕИ).

Благодаря открытости и высочайшей эрудиции Ю.В.Кобзевой (ВСЕГЕИ), состоялось знакомство автора с тонкостями эволюционного кри-сталломорфологического анализа циркона. Автор выражает признательность за дружескую поддержку и участие преподавателей, аспирантов и студентов кафедры МКП: Д.А. Петрову, Е.Б. Евангуловой, М.А. Акентьевой, Е.В. Поляковой, Е.Л. Котовой, С.Ю. Степанову. Моральное участие и поддержка A.M. Дурягиной, позволяли преодолевать трудности при работе над диссертацией. Вера автора в собственные силы поддерживалась Л.М. Мачевариани и P.A. Аксеновым, которым автор выражает свою исключительную благодарность.

Плодотворное сотрудничество с учёными Института минералогии Фрайбергской горной академии доктором У. Кемпе (U. Кешре),

проф. М. Тихомировой (М. Tichomirowa), проф. Г. Хайде (G.Heide), позволило провести интересные лабораторные исследования и получить ценные рекомендации при работе над диссертационной работой.

Работа выполнена при финансовой поддержке Минобрнауки России в рамках проектной части государственного задания в сфере научной деятельности № 5.2115.2014/К на 2014-2016 гг. Исследования были поддержаны грантами Министерства образования (госконтракт № 14.740.11.0192), РФФИ (11-05-00868; 14-05-00364) и Германской службы академических обменов DAAD (стипендия «Иван Губкин», 2013-2014 гг.).

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения и 5 приложений. Работа изложена на 149 страницах текста, сопровождается 85 иллюстрациями, 12 таблицами. Список цитируемой литературы включает 160 наименований.

Основное содержание работы

В первой главе рассмотрено геологическое строение Верхнеур-мийского рудного узла, дана краткая геолого-петрографическая и геохимическая характеристика биотитовых гранитов и лейкогранитов бад-жальского комплекса и циннвальдитовых гранитов правоурмийского комплекса, входящих в верхнеурмийскую гранитоидную серию с литий-фтористыми гранитами (Алексеев, 2014).

Во второй главе рассмотрено современное состояние некоторых направлений исследования циркона, способствующих решению актуальных задач диссертационной работы. Приведены достоинства и недостатки эволюционного кристалломорфологическго анализа (ЭКА), основанного на классической диаграмме Ж.Пюпена (Pupin, Turco, 1972). Обсуждаются особенности распределения редких элементов в структуре циркона, как индикаторов условий образования гранитов. Геотермометрические возможности циркона раскрыты в обсуждении различных методик термометрии циркона. Также затрагиваются вопросы природы катодолюминесценции циркона.

Третья глава посвящена исследованию термической истории в эволюционном ряду циркона из биотитового гранита (Zrn-Bt), жильного порфировидного гранита (Zrn-Prph) баджальского комплекса и литий-

фтористого циннвальдитового гранита (Zrn-Znw) правоурмийского комплекса, а так же методическому сравнению геотермометрических моделей, охватывающих различные уровни организации вещества: породный (термометрия насыщения циркона - Watson, Harrison, 1983; Boenke, Watson et al., 2013), кристаллический (эволюционная кристал-ломорфология - Pupin, 1980) и структурный (Ti-in-zircon - Watson et al, 2006).

В четвертой главе содержатся материалы о геохимической специфике изучаемых образцов, приведена краткая характеристика минеральных ассоциаций циркона, подробно изложены и проинтерпретированы закономерности поведения элементов-примесей, демонстрируются результаты статистической обработки данных и основные направления эволюции состава циркона из верхнеурмийской серии гранитоидов с литий-фтористыми гранитами.

В пятой главе подробно изложены особенности морфологии и анатомии циркона из различных типов верхнеурмийских гранитов, затронута тема микросрастаний циркона, а также проведен анализ зависимости химического состава циркона от интенсивности катодолюми-несценции зерен.

ЗАЩИЩАЕМЫЕ НАУЧНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ И ИХ ОБОСНОВАНИЕ

1. Главная тенденция эволюции морфологии циркона в гранитах верхнеурмийской серии - смена высокотемпературных морфо-типов низкотемпературными и усложнение внутреннего строения с формированием вторичных зон, минеральных включений, пор и трещин.

Морфология циркона способна надежно фиксировать генетическую информацию об изменениях параметров среды кристаллизации, что свидетельствует о целесообразности исследования морфологических и анатомических особенностей как микрокристаллов, так и микросрастаний циркона. Для решения практических задач эволюционного кристалломорфологического анализа (ЭКА) циркона была проведена оптимизация процесса сравнения степени развития граней призм (100) и

(110) и дипирамид (111), (311) и (331) с помощью определения характеристических углов между гранями и ребрами, измерение которых возможно как при использовании поворотного столика микроскопа, так и по фотоизображениям зерен. По значениям сферических координат для распространенных простых форм циркона была построена стереографическая проекция граней на сетке Вульфа и определены геометрические закономерности на плоскости, так как вычисление двугранных углов для большого объема микрозерен является трудоемкой задачей. Данная методика позволяет производить расчет диагностических углов для любых комбинаций простых форм. Рассчитанные значения углов для наиболее часто встречающихся простых форм приведены на рисунке 1.

Адекватному приложению методики ЭКА к циркону из грани-тоидов Верхнеурмийского массива способствовало разделение выборок на так называемые коротко- и длиннопризматические «разновидности» по значениям коэффициента удлинения (КУ). В результате было получено два эволюционных тренда с пиком в точке Zm-Prph и снижением при переходе к Zrn-Znw, но лежащие на различных температурных уровнях: условно высокотемпературный тренд (по Пюпену) длинно-призматической ранней разновидности и низкотемпературный тренд короткопризматической поздней разновидности (рисунок 2). Изучение внутреннего строения зерен циркона методами электронной микроскопии подтвердило адекватность выделения коротко- и длиннопризмати-ческих разновидностей циркона во всех исследуемых гранитоидах.

Характерными признаками разновидностей циркона Zrn-Bt из биотитовых гранитов являются обогащенные примесями, частично или полностью измененные центральные области короткопризматических кристаллов с сохранившейся осцилляционной зональностью, насыщенные микропорами и микровключениями коффинит-торитовых, мона-цит-чералитовых фаз и темной (в BSE) каймой вокруг центральных зон, постепенно осветляющейся к краю зерен (рисунок З.а.Ь). Формирование подобной губчатой текстуры с обилием минералов-включений является следствием процесса растворения-переосаждения обогащенного примесями циркона под воздействием флюидов, проводящими каналами для которых служат ростовые трещины (Nasdala et al, 2001; Geisler et al,

2003; Hay, Dempster, 2009). В длиннопризматическом цирконе Zrn-Bt центральные зоны, напротив, обеднены примесями, имеют удлиненный облик с редуцированными дипирамидами и слабо проявленной зональностью (рисунок 3.c.d). Сходный характер коррозии краев зерен обеих разновидностей циркона Zm-Bt проявлен в развитии тонких зон с волнистыми границами и концентрически расходящимися трещинами гете-рометрии, пересекающими первичную ростовую зональность.

Морфолого-анатомические особенности циркона в биотитовых гранитах позволили выделить некоторые этапы образования и преобразования минерала, а именно: повышение щелочности кристаллизационной среды (разрастание граней дипирамид) при нарастании кайм и активное воздействие флюидной фазы на заключительных магматических этапах формирования массива (сходный характер вторичных изменений коротко и длиннопризматической разновидности циркона Zrn-Bt).

Дополнительными морфолого-анатомическими характеристиками циркона Zrn-Bt и Zrn-Prph из гранитов баджальского комплекса служит присутствие в выборках (15% и 10% от общего объема выборки, соответственно) значительного количества параллельных срастаний кристаллов по призме т {110}, сопровождаемых слабым расхождением (в пределах 5°) в направлениях главных осей, а также уверенная корреляция интенсивности катодолюминесценции (KJ1) с уровнем концентрации Dy1+, Er3+, Yb1+, Hf + и U4+ (рисунок 4).

Существенность данных штрихов к морфологическому портрету циркона биотитовых гранитов определяется отсутствием параллельных срастаний зерен и корреляции KJ1 с уровнем содержания примесей для циркона Zrn-Znw из литий-фтористых циннвальдитовых гранитов, ти-поморфизм которых выражается, скорее, в сложности анатомического строения и присутствии характерных срастаний с микросферолитовыми агрегатами ряда черновит Y[As04] - ксенотим Y[P04] (рисунок 5). Стоит отметить, что образование аналогичных агрегатов черновита во фтор-литиевых гранитах Циннвальда связывается с привносом мышьяка на этапе их окисления (Förster et al, 2011), а в гранитах A-типа (Цинно-вец-Режково) постмагматические флюиды рассматриваются как однозначный источник мышьяка (Ondrejka et al, 2007). Таким образом, ха-

рактер подобных срастаний является веским аргументом в пользу авто-метасоматического изменения редкометальных литий-фтористых гранитов (Кешре, 1999; Алексеев, Марин, 2012).

Кристаллы длиннопризматической разновидности Zrn-Znw характеризуются: пятнисто-зональным строением (рисунок б.Ь) с изредка прослеживающимися элементами первичной осцилляторной зональности, затушеванной неравномерным распределением вторичных блоков концентрации-деконцентрации элементов-примесей (Алексеев и др., 2013), обогащении тяжелыми элементами-примесями краевых зон, повышенной и нерегулярной трещинноватостью зерен. Постмагматические изменения длиннопризматического циркона Zгn-Znw под воздействием флюидной фазы так же нашли свое выражение в наложенной волнообразной зональности и цепочках декрипитированных газово-жидких включений, пересекающих первичную ростовую зональность (рисунок 6.а). Наиболее выразительной является анатомия коротко-призматической разновидности циркона Zrn-Znw: границы центр-край и первичная ростовая зональность затушеваны и уступают место вторичным извилистым и волнообразным зонам и однородным блокам с нерезкими границами, повсеместно распределены разноразмерные поры и многочисленные включения торита, ксенотима, черновита, монацита, сконцентрированные в областях повышенной кавернозности. Предельное накопление тяжелых элементов-примесей, отраженное в относительно ярком свечении зерен в обратнорассеянных электронах, а также вторичная затечная зональность, пористость и обилие включений, занимающих существенно большую площадь зерна (в сечении), чем подобные зоны изменений в цирконе биотитовых гранитов - определяющие признаки короткопризматической разновидности циркона Zгn-Znw. Кроме того, следы вторичных изменений несут не только внутренние области зерен - скульптура граней Zrn-Znw так же кавернозна и имеет характерный шероховатый рельеф благодаря обилию фигур растворения (рисунок 7).

Таким образом, контрастность морфологических и анатомических признаков обеих разновидностей циркона из гранитов начального ^гп-ЕК) и завершающего ^гп^гм) серию комплекса является важным

вспомогательным инструментом для выделения в пределах Верхнеур-мийского массива редкометалльных литий-фтористых гранитов. Осцил-ляторная зональность циркона биотитовых гранитов отражает длительный путь эволюции маловодной магмы, способной перемещаться на значительные расстояния; пятнисто-блоковая затечная зональность и повышенная пористость циркона 7хх\-7хгм свидетельствует о менее стабильных условиях роста, повышенной активности воздействия флюидной фазы и нарушении регулярности решетки вследствие вторичных изменений и формирования минералов-узников (рисунок 8). 2. При близости состава центральных зон зерен циркона из верх-неурмийских гранитов тренды изменения содержаний примесей от центральных зон к краевым в цирконе биотитовых и цин-нвальдитовых гранитов различны с максимальным уровнем накопления примесей в каймах циркона из циннвальдитовых гранитов.

Относительная достоверность выделения принципиально отличного типа Тхп-Тлч! достигается при переходе на уровень элементного состава. Двучленное строение зерен циркона, рассмотренное выше, предопределило разделение массива данных локального состава циркона на группы «центр» и «край». Необходимость такого разделения подтвердилась на графиках значений факторов для каждой выборки, где области точек, соответствующие ядрам и каймам, отчетливо распадаются (рисунок 9). Таким образом, резонным шагом является рассмотрение взаимоотношений центр-край внутри каждого типа циркона, учитывая что магматическая история образования циркона должна быть отражена в изменении состава и строения неизмененных центральных доменов1 зерен, а интенсивность процессов вторичных изменений - в изменении состава кайм. С помощью выражения интенсивности накопления элементов в цирконе через отношения медианных концентраций в краевых частях зерен к концентрациям в центральных доменах, в каймах цирко-

' Домен - в данном контексте является условным обозначением части кристалла, имеющей визуальные границы и резко отличающейся от остального объема зерна по оптическим и физическим характеристикам.

Qro \ ^ у

(111)

(110)

<Л/

(111)

(100)

40°

(331) (110)

а

. 52* , (331)

(100)

Рисунок 1 - Примеры рассчитанных значений характеристических углов для сочетаний простых форм: (110) -

(Ш), (100)-(111), (110)-(331), (100)-(331)

Баджалъский комплекс биотитовых гранитов

Правоурмийский комплекс Li-F гранитов

Zrn-Bt

Zrn-Prph

Zrn-Znw

ag5 а с

l5 gi,g:,g3 i

s5 fi r1

s10 1с n.

siy л

■

s20 r4

s25 ■ и

шш у

■ \ d У

ag5 а /\ с

s5 pi ri

s10 р: r:

s15 pj V

S20 V p-s Ч/ Г

s:5 р5 гз

js d f

LT. 1000

800

600

Zrn-Bt Zm-Prf Zm-Znw

Рисунок 2 - Диаграммы Пюпена для Zrn-Bt, Zrn-Prph и Zrn-Znw. Тоновым градиентом от черного до светлосерого обозначается степень распространенности (от максимальной до минимальной, соответственно) морфотипов циркона в каждой пробе. Контурными стрелками обозначена тенденция тяготения короткопризматического циркона к верхнему полю диаграммы, длиннопризматического - к нижнему полю; на графике представлены эволюционные тренды 1. Т. коротко- и длиннопризматических разновидностей циркона

для каждой пробы

короткая призма длинная призма

..к

1 _ 1

шшяяшшшж

м ч"*^^ t

»lirrnl III Ii!

allem] B<

b S M./

W hr

Ihr KfsJL

qL

Рисунок 3 - BSE изображения коротко-(КУ<1,5) длиннопризматических (КУ>1,5)

разновидностей Zrn-Bt: а - полностью перекристаллизованная центральная часть,

микровключения фаз ряда монацит-чералит, волнистые границы измененных зон пересекают первичную зональность; b -полностью перекристаллизованный центральный домен и кайма образуют общую область, пересекающую первичную

тонкую зональность, концентрически расходящиеся трещины от ядер к краям; с -

зона вторичных изменений вокруг обедненного примесями центра, включения монацита, ограничивающего рост циркона; d - вокруг трещиноватой центральной зоны со слабо проявленной зональностью широкая (11-15цш) пористая зона вторичных изменений с включениями ксенотима и монацита, КПШ, торита, биотита, кварца, внешняя оболочка корродирована

Zrn-Bt #4 Zrn-Bt#6 Zrn-Bt #11 Zrn-Bt И12 Zrn-Bt #26 Zrn-Bt #32

\ S

1*1

I <100> 1 1 (100)

' u I

(110) ' 1 (U0)\4- j;(

V A

Zrn-PrphUS Zrn-Prph#l5

Рисунок 4 - 8Е изображение параллельных срастаний кристаллов циркона 2т-В1 и ггп-РгрЬ: 2гп-В1 #4, #32 -срастание по призме {100}; 7гп-В1 #6, #11, #12,#26, Яп-Ргрк #5, #16-срастание по призме {110}

Рисунок 5 - 8Е изображение кристалла циркона 2гп-7п\у в срастании с микросферолитовыми агрегатами фазы

ряда черновит У[Аз04] - ксенотим У[Р04]

Рисунок 6 - (а) - Длиннопризматический кристалл циркона

Zrn-Znw, демонстрирующий цепочку вскрытых газово-жидких включений (слева) и первичную осцилляторную и наложенную волнообразную зональность (справа); (b) - BSE изображение внутреннего строения длиннопризматических кристаллов циркона Zrn-Znw, демонстрирующих пятнистую зональность и включения породообразующих минералов -биотита (Bt), кварца (Qz)

на из биотитового гранита наблюдается тенденция накопления и (5), ТЬ

(3.2), ИЬ (2,9), НЯЕЕ (2,3), Сз (2,1), Р(2,1), У (2,1), Ы (1,8), 8г (1,5), Н20

(1.3) и НГ (1,3) и снижение концентраций LR.EE (0,8), Е (0,5), Ва (0,4), Са (0,4), Т1 (0,2) (в скобках указаны значения отношений центр/край). Циркон из циннвальдитового гранита демонстрирует динамику возрастания концентраций всех элементов-примесей: ЫЬ (13), и (8,0), Са (7,5), и (5,5), Т\ (5,3), Бг (5,1), Ся (4,7), ТЬ (4,4), Н20 (4,3), Ь1*ЕЕ (4,3), Ва (3,6), Е (2,8), Р (2,4), У (2,1), Hf (2,0).

• Z">-et со»»

• Zm-Btrrn

Ч

ч

• ч

а ° 8

—1—■—1—■—1—■— -т---1-•-1-

• Zm-Znw core

• \ • Zm-Znw rim •

. N

\

\

\ • ; » 4 •

• • ♦A • • 4 • •

# • 4

V H

• • \ ^^p

FKW 1 1

Рисунок 9 - Диаграммы значений факторов, демонстрирующие разделение аналитических точек на два поля, соответствующих центральным доменам (core) и измененным каймам (rim) циркона из биотитовых (а) и циннвальдитовых (Ь)

гранитов

Интересным наблюдением является отсутствие значимых вариаций состава центральных неизмененных доменов в цирконе из различных гранитов, что говорит о сходных физико-химических параметрах кристаллизации циркона на протяжении образования верхнеурмийской гранитоидной серии. Циркон из циннвальдитовых гранитов имеет лишь слабо проявленную стартовую специализацию на Е, Сб и N1?, подчеркиваемую возрастанием коэффициентов распределения циркон/расплав при переходе от биотитовых к циннвальдитовым гранитам, что, скорее всего, является отражением повышенной степени эманационной дифференциации на завершающих этапах гранитного магматизма (рисунок Ю.а). Кроме того, центральные части зерен характеризуются типичной

для циркона магматитов конфигурацией спектров распределения REE, выраженной в плавном росте нормированных концентраций REE с увеличением атомного номера и проявленнии Се- и Eu-аномалий. Циркон циннвальдитовых гранитов Zrn-Znw отличается несколько пониженным содержанием LREE и незначительным сглаживанием Ce-аномалии (рисунок Ю.Ь).

На фоне сходного состава центральных зон в цирконе различных типов, содержание элементов-примесей в измененных доменах кристаллов испытывает резкий скачок при переходе от циркона Zrn-Bt к циркону Zrn-Znw, что в совокупности с масштабами проявления вторичных изменений в цирконе Zrn-Znw (снижения степени кристалличности зерен, развития губчатой текстуры, насыщенной порами и включениями), правомерно связывать с активным воздействием флюидной фазы на этапе внедрения циннвальдитовых гранитов (рисунок Ю.с). Стоит отметить, что набор элементов (Р, Y, Th, U), отвечающий составу распространенных микровключений (ксенотим, коффинит, торит) и ксенотимовой схеме изоморфизма, имеет примерно равный уровень концентраций в каймах циркона всех типов, что говорит о том, что в этом случае эволюция состава циркона регулируется не только и не столько параметрами среды кристаллизации, сколько изоморфной емкостью решетки минерала. Спектры распределения REE иллюстрируют резкое обогащение измененных доменов Zrn-Znw редкоземельными элементами, с некоторым выполаживанием в левой части спектра (LREE), редуцированием Ce-аномалии и снижением IHREE/ELREE отношения, что является результатом разрушающего флюидного воздействия на решетку циркона, облегчающего изоморфное вхождение LREE (Cao et al., 2011) (рисунок lO.d).

SmN/LaN отношение вместе с величиной Ce-аномалии (Се/Се*) позволяют проследить на диаграмме распределение циркона биотитовых лейкогранитов и циннвальдитовых гранитов между полями магматического и метасоматического (т.н. «гидротермального») циркона по Е. Пеллетер (Pelleter et al., 2007). Плотность распределения точек выборки Zrn-Znw, максимальная в поле метасоматического циркона и вблизи него, разрежается, вытягиваясь в сторону поля магматических

разновидностей. Следовательно, для Zm-Znw отмечается динамика с явным относительным обогащением Сеэ+, что характерно для вторично-измененных индивидов циркона (Балашов, Скублов, 2009). Разделение Zrn-Bt и Zm-Znw на диаграмме в координатах SmN/LaN-Ce/Ce* иллюстрирует полнообъемную постмагматическую переработку магматического циркона циннвальдитовых гранитов и служит его дополнительной характеристи кой.

3. Основная тенденция эволюции состава циркона в ряду грани-тоидов верхнеурмийской серии - накопление летучих (Н20, F), крупно-ионных литофильных (Cs, Sr), высокозарядных (Hf, Nb) и редкоземельных элементов при снижении температуры кристаллизации и определяющей роли флюидной фазы в росте интенсивности накопления.

Статистическая обработка данных состава циркона верхнеур-мийских гранитоидов включает в себя результаты предварительного корреляционного анализа данных SIMS и построения схемы ветвящихся связей, определивших сильные корреляционные связи между группами: Cs, Sr-P и Ca, Ba-Li в цирконе из биотитовых гранитов и отсутствие подобных связей, помимо смены отрицательной корреляции Ca-Sr на сильную положительную, в цирконе циннвальдитовых гранитов. Циркон Zrn-Znw характеризуется сильной корреляционной связью между галогенами (F), крупноионными литофилами (Ва, Cs), LREE и Н20, что объяснимо как с позиции возникновения позднемагматических зерен Zrn-Znw при высокой активности минерализаторов и активной дегазации флюидонасыщенного расплава, так и с позиции несовершенства структуры Zrn-Znw, обусловленного флюидным воздействием и способствующего легкому вхождению несовместимых элементов в структуру циркона. Аналогичные зависимости в цирконе Zrn-Bt проявлены крайне слабо и обусловлены вкладом редкометалльных оболочек, которые нарастали на раннемагматический циркон на этапе внедрения литий-фтористых гранитов.

Кроме того, корреляционные отношения позволили рассмотреть возможные схемы изоморфного вхождения REE в структуру циркона при участии различных ионов-компенсаторов: Ps+, Li+, Ti +, Th4+, U4+,

Nb5+ на основании величин некомпенсированных остатков и межэлементных корреляционных отношений. Благодаря чему были получены выводы о наличии различных схем изоморфных замещений не только в различных типах циркона верхнеурмийских гранитоидов, но и в пределах одного зерна при переходе от ядер к краевым зонам. Осуществление схем изоморфизма контролируется многими факторами, в числе которых окислительно-восстановительные условия и уровень концентрации замещающих катионов, что позволяет использовать полученные данные в качестве индикатора условий образования и преобразования циркона.

Оценка поведения элементов-примесей в составе циркона с помощью метода главных компонент позволила интерпретировать два значимых фактора (рисунок 11.а): первый из которых является фактором образования кайм, обогащенных примесями, при снижении температуры и степени постмагматической переработки циркона; второй фактор отображает процесс фракционирования REE, выполнения ксе-нотимовой схемы изоморфизма и образования минеральных включений (ксенотима, торита, кофиннита) в измененных доменах циркона. Достоверность интерпретации первого фактора наиболее наглядно иллюстрируют графики значений факторов как по общей выборке циркона из всех гранитоидов Верхнеурмийского массива, так и на графиках частных выборок циркона различных типов, где аналитические точки, соответствующие центральным и краевым частям зерен, поляризуются (рисунок 1 l.b).

Таким образом, были выявлены главные направления эволюции состава циркона из верхнеурмийской серии гранитоидов с литий-фтористыми гранитами, определяемые как степенью дифференциации расплава и интенсивностью постмагматических воздействий, так и кристаллохимическими особенностями решетки циркона: тенденция накопления высокозарядных (Hf, Nb) и редкоземельных (REE,Y) элементов на фоне увеличения градиента накопления урана, связанного со снижением Th/U отношения, чутко регистрирующего степень рекристаллизации циркона и положительно коррелирующего с европиевой аномалией (рисунок 12.а); щелочно-флюидная тенденция изменения состава циркона, выраженная в скачкообразном увеличении

Рисунок 7 - Типичная анатомия (слева) и скульптура граней (справа) короткопризматической разновидности циркона Zrn-Znw

Рисунок 8 - Наиболее характерные изображения, демонстрирующие различия внутреннего строения коротко и длиннопризматической разновидностей циркона из биотитовых гранитов баджальского комплекса Zrn-Bt и литий-фтористых гранитов правоурмийского комплекса Zrn-Znw

а

100000.00

1000ООО 1000.00 100JX) 1000 1ЛО 0.10

Znw/Bt

с

100000.00

10000.00 100000 100.00 10.00 1ДО

Znw/Bt

Рисунок 10 - Содержания элементов-примесей и спектры РЗЭ в (а,Ь) - центральных (core) и (c,d) - краевых (rim) частях зерен циркона из биотитовых Zrn-Bt и циннвальдитовых Zm-Znw гранитов; сплошные линии -медианные значения, штрихпунктирные - границы верхнего/нижнего квартилей

—ZrrvBt core —Zrn-Znw core

3.5 3 15 2 1,5 1 0.5 о

—Zrn-Bt rim —Zrn-Znw rim

*.s

3.5 2,5 15 0,5 -0,5

Factor 2

• 4

ч»

A i 4 4 6

8 10 Factor 1

-0 5 00 0 5

Facta 1 59 33*

• jrn-bt core zrn-bt rim

-б

ггп-prph core zrn-prph rim

• zrn-2nw core zrn-znw rim

Рисунок 11 - (а) График факторных нагрузок и (Ъ) график значений факторов для общей выборки циркона из

верхнеурмийских гранитоидов а Ь

0 ZnvBuo»

• ZnvBt rwn Zm-Prph cor*

• ZrrvPrph fin О Zm-Znwcor« 0Ä

• Zm-Zlt* nnt

Zrn-Bt Zrn-Prph • Zrn-Znw

E

а а

/

*• •/ *

Л?

H2O+F, ppm

Рисунок 12 - (а) Тенденция накопления высокозарядных и редкоземельных элементов на фоне увеличения градиента накопления урана; (Ь) щелочно-флюидная тенденция изменения состава циркона, выраженная в скачкообразном увеличении концентрации летучих и редких щелочей на этапе образования комплекса литий-фтористых гранитов, учавствовавших в переработке циркона биотитовых лейкогранитов

790

755

720

685

650

-Sat М

► Sat_FM

Zrn-Bt

Zrn-Znw

940 320 800 780

О

Э 760 f

740 720 700 680 «60 640

X

« Median □ 25V75* J Non-Oufcr Range

V

T

Zm-Bt

Zm-Prph

Zrn-Znw

Рисунок 13 - (а) Тренды термометрии насыщения циркона, классическая модель (Watson, Harrison, 1983, рассчет по опубликованным данным (Алексеев, 2014) с учетом параметров М (Sat M) и FM (Sat FXf); (b) Тренд термической эволюции «Ti-in-Zircon» циркона из Верхнеурмийского массива, построенный по неизмененным доменам зерен с содержанием Ti <30 ppm

концентрации летучих (Н20, F) и редких щелочей (Li, Cs) на этапе образования комплекса литий-фтористых гранитов, участвавших в переработке циркона биотитовых лейкогранитов (рисунок 12.Ь).

Для определения термической эволюции образования циркона из гранитоидов Верхнеурмийского массива были использованы методики, охватывающие различные уровни организации вещества: породный (термометрия насыщения циркона - Watson, Harrison, 1983; Boenke, Watson et al., 2013) и структурный (Ti-in-zircon - Watson, et al, 2006). Приложение классической (Watson, Harrison, 1983) и современной (Boenke, Watson et al., 2013) моделей термометрии насыщения циркона основывалось на опубликованных данных о составе гранитоидов Верхнеурмийского массива (Алексеев, 2014), а также контрольной аналитике (XRF, ICP-MS) исследуемых проб цирконсодержащих гранитов. Современная модель термометра дала неправдоподобно завышенные результаты, в то время как расчет методом классической термометрии по опубликованным данным состава верхнеурмийских биотитовых и цин-нвальдитовых гранитов (Алексеев, 2014), выявил наиболее надежный тренд, выраженный в снижении температуры насыщения циркона от Zm-Bt (761°С) к Zrn-Znw (685°С).

Локальная аналитика циркона позволила ограничить выборки по степени измененности зерен и содержанию титана для корректного приложения термометра «Ti-in-zircon» (Watson et al., 2006; Fu, 2008). Конечный тренд, полученный на основе расчета температур по аналитическим результатам, соответствующим центральным неизмененным доменам зерен циркона с содержанием Ti, не превышающим 30 ррш, продемонстрировал закономерное снижение температуры при переходе от Zm-Bt к Zrn-Znw на магматическом этапе истории формирования кристаллов.

Таким образом, направленность изменения температуры от циркона биотитовых гранитов к циркону циннвальдитовых гранитов, выявленная с помощью различных методик (с учетом ЭКА), аналогична, что наглядно отображено на графиках (рисунок 13). Тем не менее, абсолютные значения температур и положение циркона из порфировидного гранита на данном тренде требуют уточнений. Медианное значение

температуры «Тьт^гсоп» для Хтп-В1 (831°С) превышает диапазон значений по ЭКА (700-800°С от коротко до длиннопризматической популяции, соответственно), в то время как диапазон ЭКА температур для циркона Zгn-Pгph из гранит-порфира (750-850°С), включает значение, полученное с помощью локальной методики (788°С). Минимальные значения температур демонстрируют данные по термометрии насыщения циркона: 758-761°С для ггп-Ек и 750-850°С для Zгn-Znw.

Заключение

Результатом проведенных исследований является комплексная характеристика типоморфных особенностей циркона из верхнеурмий-ской интрузивной серии с литий-фтористыми гранитами. Широкий диапазон кристалломорфологических, анатомических и химических свойств циркона позволил получить новую информацию об условиях образования и преобразования циркона из гранитоидов разных типов и определить набор характеристических признаков циркона, способствующих корректному выделению гранитов литий-фтористого типа, непосредственно предшествующих оловорудной минерализации в пределах Верхнеурмийского массива.

Приложение ряда методик термометрии циркона, охватывающих различные уровни организации вещества, позволило выявить закономерное снижение температуры кристаллизации циркона в ряду био-титовые лейкограниты - жильные порфировидные граниты - циннваль-дитовые граниты. Для классической методики ЭКА была предложена оптимизация определения характеристических углов между простыми формами, упростившая работу с микрозеренами циркона, а условное разделение на разновидности по коэффициенту удлинения кристалла решило вопрос адекватной интерпретации распределения морфотипов и способствовало установлению этапов эволюции образования циркона даже в пределах одной выборки.

Важным выводом является определение активной дегазации и транспортирующей роли флюидов как причины вторичных изменений, охвативших циркон не только из редкометалльных гранитов, завершающих серию, но и из ранних биотитовых гранитов, приведших к на-

коплению широкого набора элементов-примесей (Са, Т1, Ва, Б, Се, Ей, Ьа, 1л, Рг, Р, Nb, Ьи, УЬ, N(1, НО в измененных каймах циркона. Углубленное изучение микрогеохимических особенностей циркона позволило проследить основную тенденцию эволюции состава циркона, заключающуюся в прогрессивном накоплении летучих (Н20, Е), крупноионных литофильных (Се, Бг), высокозарядных (НГ, №>) и редкоземельных элементов. Морфологическая эволюция циркона определилась сменой высокотемпературных морфотипов - низкотемпературными, а анатомическое развитие выразилось в усложнении строения циркона -формировании редкометалльных оболочек, разрастании вторичных зон с дефектной структурой, минеральных включений, пор и трещин.

Особенности состава и строения исследуемого циркона циннвальдитовых гранитов сходны с аналогичными признаками циркона из литий-фтористые граниты массива Северный (Чукотка), массива Моле (Австралия), Рудных гор (Германия, Чехия), что допускает возможность использования выявленного комплекса типоморфных признаков циркона для корректного расчленения различных гранитоидных серий с литий-фтористыми гранитами.

Несмотря на заявленную комплексность изучения циркона, некоторые аспекты, обозначенные в работе, раскрыты не в полной мере, а ряд проблем и вовсе остался за рамками исследования. В связи с этим, необходимо отметить перспективность дальнейшего развития направления, посвященного исследованию расплавных и флюидных включений в цирконе с целью изучения особенностей флюидного режима, играющего важную роль в образовании и преобразовании гранитоидов Верхнеурмийского массива. Перспективная кристаллографическая задача уточнения механизмов параллельных срастаний циркона требует детального рентгеноструктурного анализа. Достоверному определению общности или различия источника вещества для гранитоидов верхнеур-мийской интрузивной серии будут способствовать изотопные исследования циркона.

По теме диссертации опубликованы следующие основные работы:

в журналах из перечня ВАК Минобрнауки России:

1. Мачевариани, М.М. Типоморфные особенности циркона из гранитоидов Верхнеурмийского массива (Приамурье) / М.М. Мачевариани, В.И. Алексеев // Записки Горного института. - 2012. - Т. 196. -С. 14-17.

2. Мачевариани, М.М. Кристалломорфологическая и геохимическая термометрия цирконов из гранитов Приамурья / М.М. Мачевариани, В.И. Алексеев // Записки Горного института. - 2013. - Т. 206.-С. 40 - 44.

3. Алексеев, В.И. Эволюция циркона в посторогенных интрузивных сериях с литий-фтористыми гранитами Дальнего Востока / В.И. Алексеев, Е.В. Полякова, М.М. Мачевариани, Ю.Б. Марин // Записки Российского минералогического общества. - 2013. - №3. - ч. CXLII. -С.1 -27.

4. Мачевариани, М.М. Морфологические особенности монокристаллов и микросрастаний циркона из гранитоидов Верхнеурмийского массива (Приамурье) / М.М. Мачевариани // Записки Российского минералогического общества. - 2014. - №6. - С. 103 - 119.

в других изданиях:

5. Мачевариани, М.М. Особенности вторичных изменений циркона в интрузивных комплексах Верхнеурмийского плутона (Приамурье) / М.М. Мачевариани // Металлогения современных океанов-2013. Рудоносность осадочных и вулканогенных комплексов. - Миасс, 2013. -С.265-268.

6. Machevariani, М.М. Crystal morphological and geochemical thermometry of zircon from Amur region granites / M.M. Machevariani // Scientific Reports on Resource Issues. - Freiberg, 2013. - V.l. - №1. - P. 19 -23.

РИЦ Горного университета. 02.04.2015. 3.228. Т.100 экз. 199106 Санкт-Петербург, 21-я линия, д.2

15--5413

2012477541

2012477541