ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК, 2015, том 460, № 6, с. 691-696
= ГЕОХИМИЯ =
УДК 552.11
ГРАНИТНЫЙ РАСПЛАВ, ОБОГАЩЕННЫЙ В СРЕДИННО-АТЛАНТИЧЕСКОМ ХРЕБТЕ НА 13°34' с.ш.: СОСТАВ И ПРОИСХОЖДЕНИЕ ПО ДАННЫМ АНАЛИЗА РАСПЛАВНЫХ ВКЛЮЧЕНИЙ И МИНЕРАЛОВ ГАББРО-ПЛАГИОГРАНИТНОЙ АССОЦИАЦИИ
© 2015 г. Л. Я. Аранович, В. Ю. Прокофьев, А. Н. Перцев, академик РАН Н. С. Бортников, О. А. Агеева, В. Е. Бельтенев, С. Е. Борисовский, С. Г. Симакин
Поступило 26.07.2014 г.
БО1: 10.7868/80869565215060171
Вовлечение морской воды в крупномасштабную конвективную циркуляцию в глобальной системе срединно-океанических хребтов — важнейший фактор тепло- и массопереноса, приводящий к охлаждению и гидротермальному преобразованию формируемой базитовой коры и отложению сульфидно-полиметаллических руд на дне океана [1, 2]. Наименее изучены глубинные зоны гидротермальных систем и области гидротермально-магматического взаимодействия. Предполагают, что одним из крайних проявлений такого взаимодействия может быть локальное частичное плавление базитовой коры под действием гидротермальных производных морской воды и появление океанических плагиогранитов (ОПГ), т.е. плутонических кварц-плагиоклазовых пород с редкими пироксеном и роговой обманкой [3, 4]. Тем не менее существуют и другие модели происхождения ОПГ: экстремальная дифференциация базальтовой магмы, фазовое разделение дифференцированной базальтовой магмы, магматическая ассимиляция и частичное плавление гидратированной коры [3]. Несмотря на то, что феномен кислого магматизма в современной океанической коре и палеоаналогах вызывает повышенный интерес, возможные сочетания различных петрогенетиче-ских факторов при генерации расплавов ОПГ изучены мало. В частности, неясен вопрос о роли состава базитовой коры.
Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии Российской Академии наук, Москва E-mail: lyaranov@igem.ru
Полярная морская геологоразведочная экспедиция, Ломоносов, Санкт-Петербург Ярославский филиал Физико-технологическиого института Российской Академии наук
В данном сообщении изложены результаты изучения редкой биотитсодержащей габбро-пла-гиогранитной ассоциации, обнаруженной в районе Срединно-Атлантического хребта (САХ), где океаническая кора формируется при значительной роли мантийных магм типа E-MORB, обогащенных несовместимыми компонентами. Состав гранитоидного расплава оценен путем изучения расплавных включений в цирконе, валового химического состава прожилков ОПГ и распределения редкоземельных элементов (REE) в системе клинопироксен—расплав.
В 2007—2011 гг. в трех рейсах НИС "Профессор Логачев" изучен и опробован габбро-перидотито-вый (существенно серпентинизированный) массив, обнаженный в лежачем боку высокоамплитудного пологого разлома растяжения в интервале 13°28'—13°35' с.ш. западного склона САХ (рис. 1). Установлено, что структура массива осложнена вулканическими образованиями и серией гидротермальных сульфидных полей. Кроме того, в 8 станциях драгированы образцы ОПГ (рис. 1), образующие прожилки в амфиболитах, габбро, и массивные породы [5]. Проведенный нами анализ свежих лав с закалочными стеклами из 21 станции опробования показал, что в пределах рассматриваемого массива магмы вулканических структур менялись по составу от нормальных (NbN/ZrN = 1.2; H2O(8) = 0.15 мас. %; K2O = = 0.04 мас. %; 87Sr/86Sr = 0.7024) до существенно обогащенных (NbN/ZrN = 3.5; H2O(8) = 0.45 мас. %; K2O = 0.7 мас. %; 87Sr/86Sr = 0.7029) океанических базальтов.
Биотитсодержащие ОПГ обнаружены в станциях 97 и 101, в северном краю массива на расстоянии около 3 км друг от друга (рис. 1). Они проявлены в виде мелкозернистых биотит-кварц-пла-
691
5*
13°34'
с.ш
13°32
13°30
45°00'
Рис. 1. Батиметрическая схема и места опробования ОПГ к западу от рифтовой долины САХ по данным Полярной морской геологоразведочной экспедиции. 1 — находки измененных перидотитов; 2 — линии и номера станций драгирования, в которых подняты образцы ОПГ; 3 — драгировки без образцов ОПГ; 4 — контуры гидротермальных сульфидных полей.
гиоклазовых прожилков в грубозернистых габбро. Среди поднятых образцов преобладают габброиды и гидротермально измененные бази-ты. В последних обнаружена кварц-сульфидная минерализация. Подняты также образцы массивных ОПГ, не содержащих биотит.
Наиболее детально был исследован обр. 101-1 (станция 101), где выделены и геохимически охарактеризованы несколько генераций клинопи-роксена, плагиоклаза, циркона. В цирконе исследованы расплавные включения. Из обр. 97-2 (станция 97) был выделен биотитсодержащий ОПГ для валового химического анализа на главные и редкие элементы.
В обр. 101-1 петрографически выделены продукты трех стадий минералообразования: I — ран-немагматической (габбровой), II — позднемаг-матической (плагиогранитной), III — гидротермальной. Образования стадии I представлены грубозернистым агрегатом (размер зерен до 1 см) плагиоклаза (Р11) и клинопироксена (Срх1). Продукты стадии II проявлены в виде многочисленных ветвящихся мелкозернистых прожилков мощностью до 7 мм, которые прорывают, замещают габбро и цементируют обломки этой породы. Прожилки сложены плагиоклазом (Р12), кварцем, биотитом, роговой обманкой, пропорции которых значительно изменяются. Местами в прожилках в
ассоцииации с биотитом, амфиболом и Pl2 присутствует перекристаллизованный мелкозернистый клинопироксен (Cpx2). Кроме того, в прожилках обнаружены изометричные кристаллы циркона до 0.4 мм, Fe-Ti-оксиды, титанит. В стадию III образовались поздние актинолит-хлорит-плагиокла-зовые агрегаты, местами наложенные на плагио-гранитные прожилки. В этих агрегатах наряду с поздним плагиоклазом (Pl3) присутствует ксено-морфный перекристаллизованный клинопироксен (Cpx3) в срастаниях с хлоритом.
Изучено 6 зерен циркона в шлифе 101-1. Масс-спектрометрическое картирование этих зерен во вторичных ионах Y показало контрастно более обогащенные секториальные зоны и существенно обедненные Y тонкие внешние каймы (рис. 2).
На рис. 3 показаны сравнительные геохимические характеристики неоднородности зерен плагиоклаза, клинопироксена, циркона, где по вертикальным осям для всех трех минералов отложены концентрации Nd. Полученные данные позволяют предложить следующую интерпретацию.
В стадию I из основной магмы кристаллизовались внутренние части зерен Pl1, Cpx1, которые имеют самую высокую основность и магнезиаль-ность соответственно (рис. 3а, б), а также низкий уровень содержаний несовместимых элементов (на примере Nd).
Рис. 2. Фотографии зерен циркона в биотит-кварц-плагиоклазовом агрегате обр. 101-1 в отраженных электронах (верхний ряд) и во вторичных ионах У (нижний ряд); р. в. — раскристаллизованное расплавное включение.
(а)
о \
10 20 30 40 50 60 70
100 Са/(Са + № + К) □ □)
2
/
□ □
(в)
д
0
500 1000 1500 2000
2500 3000 У, ррт
0
66 68 70
72 74 76 78 100 МБ/(МБ + Fe)
т р
р
43
/и а
/
(А
(г)
.'А
Д Л.
Л
3а
'Л
40
80
120
160 и, ррт
Рис. 3. Сопоставление геохимической неоднородности плагиоклаза (а), клинопироксена (б), циркона (в, г): Са, Ка, К, Бе, Mg — по данным рентгеноспектрального микроанализа; N(1, У, и — по данным вторично-ионной масс-спектро-метрии. Предполагаемые поля составов: 1 — раннемагматическая стадия; 2 — позднемагматическая стадия; 3 — гидротермальная стадия (а, Ь — разные степени обогащения ураном). Пустые значки — обр. 101-1; залитые значки — обр. 97-2 (плагиоклазы). Стрелками показана зональность минералов от центра к краям зерен.
4
3
2
1
1
5
5
2
4
4
3
3
2
2
3
1
1
Таблица 1. Результаты рентгеноспектрального микроанализа гомогенезированного расплавного включения в цирконе и валового рентгено-флуоресцентного анализа ОПГ, мас. %
Станция опробования 101 97 241 242 262 262 262 289
Проба 101-1* 97-2 241-6 242-6 262-9 262-10 262-15 289-7
Mg-Fe-минералы - Bt, Amp Amp Нет Нет Amp Amp Amp
SiO2 69.94 77.60 70.50 76.70 72.50 65.90 63.60 73.00
TiO2 0.12 0.20 0.75 0.35 0.65 1.15 1.20 0.53
Al2O3 15.58 11.90 13.90 12.80 13.95 15.85 16.75 13.20
FeO(сумма) 0.66 0.67 3.08 1.00 1.21 2.34 2.70 2.98
MnO 0.02 0.01 0.04 0.01 0.02 0.04 0.04 0.04
MgO 0.12 0.23 0.74 0.57 0.51 1.38 1.98 0.78
CaO 1.72 2.44 3.92 2.46 4.98 5.59 6.41 3.48
Na2O 3.84 4.53 5.51 4.86 4.75 6.05 5.75 5.30
K2O 3.91 1.07 0.12 0.12 0.04 0.04 0.07 0.14
Cl 0.17 н.о. н.о. н.о. н.о. н.о. н.о. н.о.
Сумма 96.07 98.65 98.56 98.87 98.61 98.35 98.50 99.45
Примечание. * Гомогенезированное и закаленное расплавное включение в цирконе, н.о. — не определяли, Amp — амфибол, Bt — биотит.
Стадия II отвечает сосуществованию минералов с кислым расплавом, обогащенным LR.EE: плагиоклаз и клинопироксен в биотит-кварц-плагиоклазовых прожилках соответственно более кислый и менее магнезиальный и заметно обогащены несовместимыми элементами. Об этом же свидетельствуют внешние зоны зерен обоих минералов в габбро и соответствующие тренды зональности (рис. 3а, б).
Стадия III проявляется в дальнейшей альбити-зации плагиоклаза (рис. 3а), а также в локальной кристаллизации более железистого (рис. 3б) и обогащенного №20 (0.8 мас. %) гидротермального клинопироксена в ассоциации с хлоритом и актинолитом. Р13, Срх3 обеднены REE и У относительно генераций этих минералов, образованных в стадию II. Тренды зональности "плагиогранит-ного" плагиоклаза хорошо иллюстрируют переход к гидротермальной стадии III. Вместе с тем зональность двух крупных зерен плагиоклаза в габбро обнаруживает переход непосредственно к "гидротермальным" составам, минуя "плагиогра-нитные" (рис. 3а).
Геохимическая эволюция циркона начинается со стадии II. Как из плагиоклаза и клинопироксена (рис. 3а, б), из циркона, по-видимому, в гидротермальную стадию выносились У, Мё и другие REE3+. Соответственно зоны, контрастно обогащенные этими элементами (рис. 3в), отнесены к стадии II. Кроме того, четыре анализа в самых краевых частях зерен циркона свидетельствуют о
наиболее позднем гидротермальном обогащении и (рис. 3г), ТЪ.
Расплавные включения в цирконе (например, рис. 2) раскристаллизованы в агрегаты альбита, биотита, калиевого полевого шпата, амфибола, кварца. Такие же
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.