Научный журнал
Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований

ISSN 1996-3955
ИФ РИНЦ = 0,580

ПЕТРОЛОГИЯ И ГЕОХИМИЯ ЩЕЛОЧНЫХ ГРАНИТОИДОВ ШИБЕЛИКСКОГО КОМПЛЕКСА ГОРНОГО АЛТАЯ

Гусев А.И. 1
1 Алтайский государственный гуманитарно-педагогический университет им. В.М. Шукшина
В статье приведены данные по геохимии и петрологии щелочных гранитоидов шибеликского комплекса Горного Алтая. На основе представительных анализов пород и акцессорного циркона расшифровываются особенности генерации гранитоидов, их рудоносности и типизации. Гранитоиды отнесены к агпаитовым сильно фракционированным разностям. В них и в цирконе проявлен тетрадный эффект фракционирования (ТЭФ) РЗЭ М-типа, обусловленный высокой насыщенностью фтор-обогащёнными флюидами. Увеличение значений ТЭФ РЗЭ коррелируется с возрастанием кислотности среды. Выявляется экстремальная не когерентность отношений элементов к хондриту и несоответствие поведения заряд-радиусным характеристикам.
геохимия
петрология
щелочные агпаитовые граниты
рибекит
циркон
тетрадный эффект фракционирования РЗЭ
не когерентность поведения элементов заряд-радиусным характеристикам
1. Гусев А.И., Гусев А.А. Тетрадный эффект фракционирования редкоземельных элементов и его использование в решении проблем петрологии гранитоидов // Успехи современного естествознания. – 2011. – № 5. – C. 45–49.
2. Гусев А.И, Гусев Н.И. Анорогенные гранитоиды: петрология, геохимия, флюидный режим. – Бийск: Изд-во АГАО, 2014. – 202 с.
3. Гусев А.И. Агпаитовые редкометалльные гранитоиды Алтая и их рудоносность // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2015. – № 11 (часть 1). – С. 76–80.
4. Зарайский Г.П., Аксюк А.М., Девятова В.Н. Цирконий-гафниевый индикатор фракционирования редкометальных гранитов // Петрология. – 2009. – № 1. – С. 28–50.
5. Маракушев А.А. Термодинамические факторы образования рудной зональности скрытого оруденения на основе зональности гидротермальных месторождений. – М.: Наука, 1976. – С. 36–51.
6. Anders E., Greevesse N. Abundences of the elements: meteoric and solar // Geochim. Cosmochim. Acta. – 1989. – Vol. 53. – Р. 197–214.
7. Bau M. Controls on the fractionation of isovalent trace elements in magmatic and aqueous systems: evidence from Y/Ho, Zr/Hf, and lanthanide tetrad effect // Contrib. Miner. Petrol. – 1996. – Vol. 123. – P. 323–333.
8. Irber W. The lanthanide tetrad effect and its correlation with K/Rb, Eu/Eu*, Sr/Eu, Y/Ho, and Zr/Hf of evolving peraluminous granite suites // Geochim Comochim Acta. – 1999. – Vol. 63. – № 3/4. – P. 489–508.

Щелочные гранитоиды имеют важное металлогеническое значение и являются показателями определённых геодинамических обстановок формирования. Шибеликские рибекитовые граниты образуют кучный кластер массивов в пределах рифтогенного прогиба, в пространственной связи с которыми связано цирконий-редкоземельное оруденение и комплексные аномалии Zr, TR и других металлов. Актуальность изучения этих гранитоидов не вызывает сомнений и определяется их главной рудогенерирующей ролью в формировании редкоземельного оруденения и циркония [2]. Цель исследования – осветить петрологические и геохимические особенности Шибеликских гранитоидов, осуществить их типизацию и определить перспективы рудоносности.

Результаты исследований и их обсуждение

Шибеликский щелочно-гранитовый гипабиссальный комплекс объединяет небольшие интрузивные тела щелочных гранитоидов позднедевонского возраста, развитых в центральной части Горного Алтая и включает – петротипический Шибеликский, а также Куладинский и Шашикманский массивы. Все три массива локализованы в Куратинском прогибе, где прорывают отложения позднедевонской бичиктубомской и среднедевонской куратинской свит и контролируются Каирлык-Семинским сдвигом. В морфологическом отношении интрузивы представляют собой штокообразные тела с крутыми до субвертикальных (до 80–85°) контактами. Ширина контактовых ореолов не превышает десятков метров и наиболее значительна у Шибеликского интрузива: здесь вмещающие осадочные (глинистые сланцы) и вулканогенные (риолитоиды) породы бичиктубомской свиты неравномерно ороговикованы, в непосредственном контакте с гранитами местами превращены в кварц-биотит-альбитовые роговики.

В составе комплекса выделялось две интрузивные фазы с дополнительной дайковой серией: первая фаза – эгирин-рибекитовые граниты; вторая – рибекитовые лейкограниты; дайки эгирин-рибекитовых гранит-порфиров и микрогранитов. Породы комплекса во всех массивах петрографически однотипны и представлены в основном мелко- и среднезернистыми обычно порфировидными гранитами с массивной, реже такситовой текстурой. Нередко отмечаются микропегматитовые и миароловые разновидности. Переходы между разными текстурными и структурными типами постепенные. Внешне породы имеют синевато-, розовато- и желтовато-серую окраски, меняющиеся в зависимости от соотношения темноцветных и салических минералов. Под микроскопом устанавливаются гранитовая, гранофировая структуры. Минеральный состав: главные – кварц, калишпат-микропертит, кислый плагиоклаз и рибекит; акцессорные – апатит, циркон, сфен, гранат, эпидот, ксенотим, монацит, ярозит, пирит, турмалин, шеелит, рутил, анатаз, магнетит, ильменит, флюорит, ортит. Содержания главных минералов варьируют в широких пределах. В порфировидных разновидностях они развиты как во вкрапленниках (размером до 0,5–1,0 см), так и в основной массе. В целом чаще преобладает микропертит (до 60 %), в подчиненных количествах представлены кварц (до 30–35 %), плагиоклаз (до 20 %), рибекит (до 20 %). Рибекит проявлен в виде скелетных обособлений (порфировидные выделения) и длиннопризматических и игольчатых кристаллов (основная масса), часто образуя шлировидные скопления. По своим оптическим свойствам (резкий плеохроизм от черно-синего по Np′ до буровато-зеленовато-желтоватого по Ng′; преломление по Np = 1,687–1,690, по Ng = 1,697–1,700) и химическому составу (SiO2 – 46,37 %, TiO2 – 1,50, Al2O3 – 1,90, Fe2O3 – 20,04, FeO – 17,89, MnO – 0,99, MgO – 0,14, CaO – 2,88, Na2O – 5,32, K2O – 0,53, H2O – 1,73, F – 0,56) амфибол отнесен к ряду арфведсонит-рибекит. Пересчёт на структурную формулу химического состава амфибола показал, что по величине катионной группы (Х = 2,01–2,1) он близок к рибекиту (для рибекита Х = 2, а для арфведсонита Х = 3).

По содержаниям кремнезема породы первых двух массивов отвечают гранитам (SiO2 = 71,6–72,6 %), а Шашикманского – лейкогранитам (SiO2 = 75,3 %). Сумма щелочей в целом невысокая (Na2O + K2O = 7,5–8,3 %), но при низких содержаниях глинозема (Al2O3 = 9,95–10,90 %) коэффициент агпаитности близок или превышает единицу (Кагп = 0,96–1,12). По соотношению SiO2 – (Na2O + K2O) составы шибеликских гранитов относятся к нормальным по щелочности пород, тяготея к границе с областью умеренно-щелочных производных. По соотношению щелочей (Na2O/K2O = 0,8–1,1) граниты относятся к калиево-натриевым, а по уровню глиноземистости (Al2O3 = 9,95–10,90; индекс Шенда < 1) – к щелочным и переходным к метаглиноземистым. Для пород комплекса характерны высокие величины FeOобщ/(FeOобщ + MgO) = 0,9–1,0 и Na2O + K2O–CaO = 6,8–8,1, что соответствует железистым щелочным типам гранитоидов анорогенного типа.

В редкоэлементном составе шибеликских гранитов устанавливаются повышенные концентрации HFS-элементов, особенно Zr (1040–1740 г/т), Hf (25–43), Nb (93–160), Y (121–147), Ce (111–236), при относительно пониженных содержаниях LIL-элементов: Rb (82–160), Ba (17–68), Cs (< 1), Sr (9–24). На спайдеграмме резко выделяются глубокие Ва-, Sr-, P-, Ti-минимумы, что свойственно щелочным гранитоидам. В спектре редких земель при общем высоком уровне содержаний TR (279–606 г/т) и слабодифференцированном профиле (LaN/YbN = 0,92–3,8) отмечается отчетливая отрицательная Eu-аномалия (Eu/Eu* = 0,21–0,27), связанная, вероятно, с более ранним фракционированием плагиоклаза, учитывая обедненность пород Sr и Ba. Из других геохимических особенностей можно отметить весьма низкие концентрации фосфора (Р2О5 < 0,1 %) и относительную обогащенность хромом (в основном 50–65 г/т), тяжёлыми редкими землями (Yb, Er).

В целом по петро-геохимическим показателям граниты шибеликского комплекса сопоставляются с типичными щелочными гранитоидами А-типа (гиперсольвусным и транссольвусным) и могут быть отнесены к агпаитовым редкометалльным гранитам или проявлениям щелочно-гранитовой формации. На дискриминационных диаграммах составы шибеликских гранитов размещаются в полях внутриплитных гранитоидов, что позволяет связывать формирование комплекса с рифтогенной обстановкой. Вместе с тем, по соотношениям Y-Nb-Ce породы тяготеют к анорогенным гранитам А1 и А2.

В краевых частях Кулудинского и Шибеликского массивов отмечены фельдшпатоиды с прожилками кварца и вкрапленностью флюорита, циркона (малакона), монацита, ксеотима, синхизита и колумбита. Концентрации элементов в них составляют (%): циркония – от 0,1 до 1,4, гафния – от 0,05 до 0,3, ниобия – от 0,05 до 0,4, тантала – от 0,01 до 0,2, сумма TR – от 0,2 до 0,6 %, Sc от 20 до 125 г/т. Оценены прогнозные ресурсы редких металлов для Шибеликского рудного узла в объёме (тыс. тонн): ΣTR2O3 – 2647, ZrO2 – 6435, HfO2 – 269, Nb2O5 – 5493, Ta2O5.

Таблица 1

Представительные анализы пород шибеликского комплекса (оксиды в %, элементы в г/т)

 

1

2

3

4

5

6

7

8

SiO2

71,4

71,6

71,7

71,8

72,1

74,7

75,3

75,5

TiO2

0,5

0,47

0,48

0,49

0,45

0,21

0,2

0,15

Al2O3

10,7

10,4

10,9

10,1

10,1

10,7

10,6

10,2

Fe2O3

4,33

5,6

3,65

4,9

4,86

2,26

2,25

2,21

FeO

2,86

2,4

3,24

2,7

3,02

2,18

2,18

2,10

MnO

0,14

0,07

0,12

0,06

0,07

0,09

0,082

0,08

MgO

0,85

0,34

0,76

0,42

0,45

0,27

0,28

0,25

CaO

0,73

0,46

0,64

0,44

0,46

0,42

0,43

0,42

Na2O

3,9

3,44

4,1

3,9

4,01

3,86

3,81

3,83

K2O

3,61

4,12

3,7

4,4

4,32

4,05

4,07

4,03

P2O5

0,03

0,02

0,02

0,05

0,06

0,02

0,025

0,02

ппп

0,55

0,6

0,29

0,45

0,1

0,21

0,25

0,2

Сумма

100

99,9

99,9

100

100

99,9

99,7

99,8

V

6,4

6,31

7,59

4,55

5,1

5,5

5,46

5,4

Cr

54,3

53,3

63,9

55,0

55,3

51,6

53,3

51,2

Co

6,1

6,66

6,28

6,6

6,4

4,2

4,01

4,0

Ni

12,3

15,1

21,7

6,9

7,3

8,0

8,99

8,04

Rb

82,3

116

92,8

140

140

155

160

150

Sr

21,3

19,2

21

8,9

9

15,7

16,3

15,1

Zr

1055

1557

1040

1713

1675

1608

1580

1595

Nb

110

121

103

124

123

97,8

93,5

96,3

Y

131

130

126

142

145

127

121

124

Ga

30,5

31,4

33,6

32,9

31,8

29,7

30,1

29,6

Cs

0,75

0,68

0,99

0,9

0,9

0,5

0,6

0,5

Ba

67,3

19,5

45,7

21,8

22,1

50,9

51,5

50,3

La

89,3

29,9

85,6

24,9

25,3

54

51

52

Ce

200,3

110

189

180

184

143

137

139

Pr

22,2

9,6

20,8

6,8

8,9

20,3

16,5

18,3

Nd

91,4

42,5

81,8

26,6

27,9

74,1

72,9

71,3

Sm

21,4

11,9

16,6

6,8

7,8

19,4

18,5

17,4

Eu

1,65

1,1

1,35

0,63

0,66

1,3

1,45

1,4

Gd

19,1

13,1

17,8

9,3

9,7

17,6

17,9

17,1

Tb

3,5

2,7

3,11

2,6

2,7

3,4

3,4

3,3

Dy

22,2

19,1

20,1

19,7

19,1

23

23

22

Ho

5,3

5,1

4,84

5,3

6,3

5,6

5,58

5,5

Er

14,1

14,0

13,5

15,1

15,4

15,0

15,3

15,1

Tm

2,1

2,3

1,95

2,6

2,6

2,4

2,55

2,5

Yb

16,3

17,1

15

16,8

18,2

18,8

19,8

18,4

Lu

2,2

2,3

2,16

2,45

2,5

2,6

2,69

2,6

Hf

26,9

35,8

25,6

40,2

42,3

43,0

43,1

43,2

Ta

6,4

8,3

6,24

8,5

8,7

7,3

7,31

7,32

Pb

14,1

20

13,2

22

22,4

22,2

23,9

22,4

Th

19,7

22,4

19

24,8

24,9

25,1

24,8

25,5

U

5,9

6,5

5,31

4,9

5,3

6,7

6,65

6,6

Sc

0,5

0,35

0,44

0,1

0,1

0,9

0,92

0,9

Li

32,1

24,5

14,3

16,7

7,1

41,8

40,5

41,3

Кагп

0,96

0,96

0,99

1,11

1,12

1,02

1,01

1,05

(La/Yb)N

3,6

1,15

3,8

0,98

0,92

1,9

1,7

1,87

Примечание. Содержания элементов нормализованы по хондриту [6]. Породы шибеликского комплекса: 1–5 – граниты эгирин-рибекитовые, 6-8 – лейкограниты рибекитовые.

В некоторых породах комплекса проявлен тетрадный эффект фракционирования (ТЭФ) РЗЭ М-типа от 1,13 до 1,58 (значимые величины превышают 1,1). Следует отметить, что отношения элементов, приведенных в табл. 2, имеют различные отклонения от хондритовых. Отношения Y/Ho, La/Ta, La/Nb, Sr/Eu, Eu/Eu* значительно ниже хондритовых величин, а отношения Zr/Hf очень близки к хондритовым или превышают их. Это свидетельствует о значительной трансформации элементов в гранитоидах комплекса. Обращает на себя внимание негативная корреляция нормированных отношений (La/Yb)N и высоких величин тетрадного эффекта фракционирования М-типа. Последний проявлен чаще всего в высоко эволюционированных гранитных расплавах в связи с высокой насыщенностью магматогенных флюидов фтором [1].

На диаграмме соотношений Zr/Hf – TE1,3 фигуративные точки составов пород показывают слабое увеличение отношений Zr/Hf с увеличением тетрадного эффекта фракционирования РЗЭ (рис. 1).

Интерпретация результатов

Известно, что отношение циркония к гафнию является чувствительным индикатором фракционирования элементов в гранитоидах, и что увеличение отношений Zr/Hf происходит с увеличением кремнекислотности среды согласно рядам кислотности-щёлочности в водных и водно-сероводородных флюидах при стандартных условиях по [5]. Cледовательно, увеличение величины тетрадного эффекта фракционирования РЗЭ М- типа в породах позитивно коррелируется с увеличением кислотности среды.

Таблица 2

Величины тетрадного эффекта фракционирования РЗЭ и отношения некоторых элементов в гранитоидах шибеликского комплекса

Отношения элементов и величины ТЭФ

1

2

3

4

5

6

7

8

Отношения в хондритах

Zr/Hf

39,2

43,5

40,6

42,6

39,6

37,4

36,6

36,9

36,0

Y/Ho

24,7

25,5

26,0

26,8

23,0

22,7

21,7

22,5

29,0

La/Nb

0,81

0,25

0,83

0,2

0,21

0,55

0,54

0,54

17,2

La/Ta

13,9

3,6

13,7

2,9

2,9

7,4

7,0

7,1

16,8

Sr/Eu

12,9

17,4

15,6

14,1

13,6

12,1

11,2

10.8

100,5

Eu/Eu*

0,25

0,27

0,24

0,24

0,23

0,21

0,2

0,25

1,0

TE1,3

0,99

1,13

1,0

1,52

1,58

1,09

1,04

1,07

 

Примечание. TE1,3 – тетрадный эффект фракционирования РЗЭ как среднее между первой и третьей тетрадами по [8]. Eu* = (SmN + GdN)/2. Породы шибеликского комплекса: 1–5 – граниты эгирин-рибекитовые, 6–8 – лейкограниты рибекитовые.

pic_26.wmf

Рис. 1. Диаграмма соотношений Zr/Hf и TE1,3 для пород шибеликского комплекса: 1 – эгирин-рибекитовые граниты; 2 – рибекитовые лейкограниты

pic_27.wmf pic_28.wmf

Рис. 2. Диаграммы соотношений Y/Ho – Zr/Hf по [7] и Zr/Hf – SiO2 по [3, 4] для пород шибеликского комплекса

Серым фоном на рис. 2 показано поле HARAC (CHArge-and-Radius-Controlled) по [7]. На рис. б дугообразная линия со стрелками – кривая фракционирования расплавов редкометальных гранитов и поля металлогенической специализации по [3, 4]; поле апогранитных цирконий-редкоземельных месторождений выделено автором по агпаитовым гранитоидам Центрально-Азиатского орогенного пояса.

По соотношениям Zr/Hf – SiO2 породы шибеликского комплекса локализуются вблизи кривой фракционирования элементов в гранитоидах и располагаются в поле апогранитных цирконий-редкоземельных месторождений (рис. 2, б).

Соотношение Y/Ho – Zr/Hf показывает, что все анализы демонстрируют поведение типа «Non-HARAC» (CHArge – and – Radius-Controlled) [7], когда элементы с одинаковым ионным радиусом и зарядом (пары Y−Ho и Zr−Hf) экстремально не когерентны и не остаются вблизи хондритового отношения. Фигуративные точки составов пород выходят за пределы поля HARAC и дают эволюционный тренд в сторону уменьшения Zr/Hf от ранних фаз к поздней, что подтверждает их происхождение из магматической системы с влиянием внешнего F-обогащённого водного флюида, который характеризовался высокой фторонасыщенностью и образованием фтор-комплексов (рис. 2, а). Такие гранитоиды следует относить к высоко фракционированным гранитоидам. Представительные химические анализы основного акцессорного минерала – циркона сведены в табл. 3.

Таблица 3

Химический состав цирконов Шибеликского массива (оксиды – в масс. %, элементы – в г\т)

 

1

2

3

4

5

6

7

7

8

9

SiO2

33,3

33,5

33,2

33,3

33,3

33,2

33,2

33,2

33,2

33,2

P2O5

0,035

0,032

0,033

0,061

0,035

0,029

0,038

0,034

0,028

0,06

Sc

98

99

88

85

101

98

93

91

97

86

Y

503

418

440

394

483

560

543

582

550

395

Nb

2,45

2,6

2,02

1,91

2,6

2,58

2,75

3,6

2,94

1,95

La

0,02

0,061

0,09

0,158

0,049

0,047

0,234

0,065

0,02

0,158

Ce

41

34

40

32

39

34

36,8

48,1

39

32

Pr

0,067

0,05

0,064

0,103

0,084

0,048

0,124

0,084

0,052

0,103

Nd

1,2

0,8

1,4

1,0

1,0

1,3

1,17

1,45

1,1

1,0

Sm

2,04

1,63

1,95

1,57

2,09

2,04

1,6

2,1

2,11

1,57

Eu

0,78

0,75

0,71

0,69

0,8

0,66

0,83

1,04

0,8

0,69

Gd

10,4

8,5

9,4

8,4

10,1

10,7

10,9

11,1

10,9

8,4

Tb

3,16

2,58

2,75

2,58

2,91

3,13

3,28

3,6

3,22

2,58

Dy

39,7

32

36,2

32,0

38,4

43,6

43,0

44,5

43,2

32,0

Ho

15,6

12,4

13,8

12,4

14,6

17,3

17,0

17,4

16,8

12,4

Er

80,8

62,1

68,2

62,1

74,8

87,9

86,6

92.3

88,1

62,1

Tm

19,0

15,1

16,2

15,1

18,3

23,4

21,5

22,1

21,1

15,1

Yb

198

154

170

154

189

242

228

232

228

154

Lu

43,8

32,1

34,6

32,1

41,3

51,3

48,6

51

49,8

32,1

Hf

8450

9370

8710

9370

9040

9090

8512

9055

9250

9360

Ta

0,88

0,72

0,78

0,72

0,87

0,96

1,03

1,05

0,95

0,71

Pb

9,0

7,9

9,7

7,9

10,6

6,6

9,21

11,6

8,4

7,7

Th

192

176

225

176

241

162

190

237

193

175

U

313

316

315

316

398

300

350

369

360

315

Th/U

0,6

0,6

0,7

0,6

0,6

0,5

0,5

0,6

0,5

0,6

TE1,3

8,0

4,6

3,6

3,7

6,5

4,1

3,4

5,1

7,3

3,7

Циркон отличается высокими концентрациями Hf, Y, Sc и тяжёлых РЗЭ. В нём проявлен также ТЭФ РЗЭ М- типа, но аномально высоких значений, варьирующих от 3,4 до 8. Известно, что циркон относится к группе минералов селективного концентратора суммы скандиевых TR (Er, Yb, Lu), что и подтверждается нашими данными по акцессориям Шибеликской группе интрузивов.

Выводы

1. Гранитоиды шибеликского комплекса относятся к агпаитовому типу сильно фракционированному, испытавшему приток флюидов, обогащённых фтором.

2. В них проявлены ТЭФ РЗЭ М-типа и отсутствие заряд-радиус контролируемого поведения химических элементов.


Библиографическая ссылка

Гусев А.И. ПЕТРОЛОГИЯ И ГЕОХИМИЯ ЩЕЛОЧНЫХ ГРАНИТОИДОВ ШИБЕЛИКСКОГО КОМПЛЕКСА ГОРНОГО АЛТАЯ // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2016. – № 2-2. – С. 254-259;
URL: http://www.applied-research.ru/ru/article/view?id=8562 (дата обращения: 28.02.2021).

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

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074