УДК 550.4
ИЗОТОПНАЯ (Sr, Nd, O) СИСТЕМАТИКА ВЫСОКО-Sr-Ba ГРАНИТОИДОВ ПОЗДНЕМИОЦЕНОВЫХ ИНТРУЗИВОВ РАЙОНА КАВКАЗСКИХ
МИНЕРАЛЬНЫХ ВОД © 2010 г. Е. О. Дубинина, А. А. Носова, А. С. Авдеенко, Л. Я. Аранович
Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН Старомонетный пер., 35, Москва, 119017, Россия; e-mail: delta@igem.ru Поступила в редакцию 20.11.2008 г.
Получена после доработки 15.10.2009 г.
Статья посвящена формированию изотопно-геохимических параметров высоко-Sr-Ba гранитоидов на примере их типичных представителей — позднемиоценовых лакколитов Кавказских Минеральных Вод (КМВ), сложенных амфиболовыми гранитами, граносиенитами, сиенитами и лейкограни-тами, которые отличаются своеобразным поведением изотопных систем Sr, Nd и кислорода. Для сиенитов и граносиенитов характерны значения 518О от 8 до 10%е. Относительно этого интервала ам-фиболовые граниты имеют пониженные (до 7.0%), а лейкограниты — повышенные значения (до 12.5—13.7%). Отношения (87Sr/86Sr)8 3 гранитоидов составляют 0.7083—0.7086, в то время как sNd(T) варьирует от —4.2 до —2.1.
Проведено комплексное изотопно-геохимическое изучение гранитоидов КМВ, вмещающих их пород и гидротермально-метасоматических проявлений, связанных с внедрением и остыванием интрузивных тел. Рассмотрен механизм контаминации гранитоидного расплава магнезиальными карбонатными породами, содержащими эвапоритовый компонент, объясняющий поведение полученных изотопных параметров. Проведена количественная оценка Р-Т условий (Т = 800°С, Р = 1.5 кбар) и вклада контаминанта (до 17%), сделаны предположения о его возрасте. Предложена модель флюидно-магматического взаимодействия, объясняющая высокие величины б18О, наблюдаемые в лейкогранитах.
На основе реконструкций поведения изотопных систем показано, что все гранитоиды структуры КМВ могли формироваться из единого исходного расплава. Амфиболовые граниты, расположенные в центре структуры КМВ, наиболее близки к составу исходного расплава. Изотопная и геохимическая специфика сиенитов и граносиенитов, слагающих периферийную часть структуры КМВ, может быть объяснена процессами взаимодействия кислого гранитного расплава с магнезиальными карбонатными породами, которое имело место на глубинах 5 ± 2 км. Лейкограниты КМВ являются дифференциатами расплава, аналогичного амфиболовым гранитам, и не показывают признаков контаминации карбонатными породами. Аномально высокие значения величин б18О в лейко-гранитах могут быть следствием взаимодействия флюид—порода в процессе остывания интрузивных тел.
Высоко-Sr-Ba тип гранитоидов является особой группой пород, которую нельзя отнести к традиционным М-, I-, S- и А-типам гранитов (Chappell, White, 1974; White, 1979). Многие исследователи предлагают выделять их в самостоятельный тип: латитовый или монцонитовый (Тау-сон, 1977; Трошин, 1986), либо шошонитовый (Jiang et al., 2002), либо высоко-Sr-Ba (Tarney, Jones, 1994). В наибольшей степени принципиальные геохимические отличия от традиционно выделяемых типов демонстрируют граниты позд-не- и постколлизионных стадий развития ороген-ных поясов. Им присущи очень высокие концентрации крупноионных литофильных элементов, Sr и Ва, достигающие первых тысяч ppm, депле-тирование тяжелыми лантаноидами и, следовательно, высокие Sr/Y отношения, а также слабые
отрицательные аномалии Eu при повышенной щелочности и высокой магнезиальности.
Образование высоко-Sr-Ba гранитов часто связывают со значительной ролью мантийного источника, а именно обогащенной субконтинентальной литосферной мантией (Tarney, 1994; Fowler et al., 2001; Qian et al., 2003). При этом в большинстве случаев не отрицается роль вещества корового происхождения либо в качестве ас-симилянта, либо в качестве основного компонента расплавов. Например, в качестве источника раннепалеогеновых гранитоидов Аляски (Reiners et al., 1996) рассматривался магматический расплав, насыщенный Н2О, щелочными, литофиль-ными крупноионными (LILE) элементами и имевший высокие изотопные отношения 87Sr/86Sr. Природу этого расплава авторы объясняли смешением мантийных мафических распла-
вов с выплавками, образующимися при неравновесном плавлении флогопита метаосадочных флишевых толщ, присутствующих в изученном разрезе. В генезисе высоко-Sr-Ba гранитов Шотландии (Fowler, Henney, 1996; Fowler, Henney, 2001) значительная роль отводится щелочным лампрофировым магмам и магмам состава аппи-нитов, контаминированным метаосадочными породами. Наконец, для высоко-Sr-Ba мезозойских гранитоидов Северного Китая (Qian et al., 2003) основная роль отведена процессу дифференциации высококалиевых основных магм, которые образовались в результате плавления обогащенной литосферной мантии.
Изотопные характеристики высоко-Sr-Ba гра-нитоидов часто оказываются специфическими. Во многих случаях отмечаются значительные вариации изотопного состава Nd при небольших изменениях стронциевого изотопного отношения. Например, в мезозойских гранитах Северного Китая величина sNd(T) варьирует от —3.8 до —20.2, тогда как величина 87Sr/86Sr (Т) изменяется в интервале 0.7051-0.7068 (Qian et al., 2003). Та же ситуация характерна для каледонских гранитов Северной Шотландии, где sNd(T) варьирует от —1.3 до -4.7, а стронциевое изотопное отношение - от 0.7057 до 0.7063 (Fowler et al., 2001).
Представления о механизме формирования необычных изотопных (Nd, Sr, O) параметров вы-соко-Sr-Ba пород сводятся, чаще всего, к использованию модели фракционной кристаллизации с одновременной ассимиляцией (AFC, (DePaolo, 1981)), которая далеко не всегда однозначно описывает полученные данные. Применение модели AFC для раннепалеогеновых гранитоидов Аляски (Reiners et al., 1996) привело к необходимости принятия сложной схемы процесса, тем не менее поведение стронциевой изотопной системы в эту схему не укладывалось. Модель AFC привлекалась и для описания изотопных составов Nd, Sr и О гранитоидных фаций плутона Рогарт (Северная Шотландия), включающих высоко-Sr-Ba граниты, и пространственно связанного с мафическими аппинитами (Fowler, Henney, 2001). Те же авторы (Fowler, Henney, 1996) применяли модель AFC для высоко-Sr-Ba сиенитов и гранитов Северной Шотландии, однако весь спектр наблюдаемых составов пород не подчинялся простой одностадийной модели и они предложили двухстадийную модель AFC, с изменением на каждой из стадий не только величин коэффициентов распределения Sr и Nd, но и степени контаминации расплава вмещающими породами.
Основное ограничение модели AFC состоит в том, что она не включает иных вариантов контаминации кроме простой аддитивной ассимиляции расплавом вмещающих пород, то есть возможная контаминация расплавов рассматривает-
ся только по механизму простого добавления постороннего компонента. При таком подходе практически всегда возникает необходимость допускать либо полистадийность процесса AFC (Fowler, Henney, 1996), либо неоднородность состава источника, а в отдельных случаях привлекать другие механизмы, например неравновесное частичное плавление источника (Reiners et al., 1996).
Позднемиоценовые интрузивы Кавказских Минеральных Вод (КМВ), представленные группой компактно расположенных на небольшой территории массивов-лакколитов, сложены ам-фиболовыми гранитами, граносиенитами, сиенитами и лейкогранитами (Соболев и др., 1959). За исключением трех интрузивных тел лейкогра-нитов Li-F типа, все остальные породы, проявленные в структуре КМВ, могут быть отнесены к типу высоко-Sr-Ba гранитоидов (Сазонова и др., 2003; Носова и др., 2005), для них характерны высокие концентрации Sr, Ва и Р, умеренные Rb, низкое отношение K/Rb и высокие Ва/Rb и Sr/Nd отношения.
Современные представления о генезисе гранитоидов района КМВ сводятся к двум основным гипотезам: 1) ассимиляции гранитной магмой вмещающих карбонатных пород в зоне становления интрузивных тел, в результате чего образуются граносиениты и сиениты (Короновский и др., 1986); 2) смешения кислой трахириолитовой магмы с щелочными базальтами и их дериватами (Поль и др., 1993). Некоторые петрологические особенности этих пород согласуются с процессами кристаллизационного фракционирования и флюидно-магматического взаимодействия (Носова и др., 2005). Таким образом, единой точки зрения на механизм формирования геохимических особенностей гранитоидов структуры КМВ не существует.
Присутствие в гранитоидах КМВ включений апатит-карбонат-клинопироксен-флогопит-пла-гиоклазового (Ap-Cal-Cpx-Phl-Pl) состава рассматривалось (Поль и др., 1993) в качестве доказательства участия мантийных обогащенных расплавов при формировании гранитоидных расплавов. Однако другими авторами (Соболев и др., 1959; Носова и др., 2005) эти же включения интерпретировались как апокарбонатные метасоматические образования, возникшие за счет взаимодействия гранитного расплава с вмещающими породами. Установление природы Ap-Cal-Cpx-Phl-Pl включений и механизма их формирования играют важную роль в решении вопроса о связи высоко-Sr-Ba гранитоидов КМВ с расплавами мантийного происхождения. В настоящей работе показано, что появление этих включений является следствием контаминации гранитоидных расплавов осадочными породами в пределах верхнекоровой магматической
камеры. Предложенный механизм контаминации за счет реакционного взаимодействия карбонатных пород с гранитным расплавом объясняет наблюдаемые изотопно-геохимические особенности гранитоидов КМВ без привлечения вклада мантийных источников.
Данная работа основана на результатах комплексного изотопно-геохимического изучения гра-нитоидов КМВ, вмещающих их пород и гидротер-мально-метасоматических проявлений, связанных с внедрением и остыванием интрузивных тел. Внимание акцентировалось на установлении механизма возможной контаминации расплавов и определении главных факторов, формирующих изотопно-геохимические характеристики самих гранитоид-ных тел КМВ. Основу исследований составляет изотопная (Sr, Nd, О и С) геохимия в комплексе с необходимыми петрологическими, геохимическими и геологическими данными. Обсуждение результатов дополнено комплексом геохимических данных как уже опубликованных авторам
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.