ПЕТРОЛОГИЯ, 2004, том 12, № 1, с. 22-45
УДК 552.112
ОБРАЗОВАНИЕ ВЫСОКОФТОРИСТЫХ МАГМ ПУТЕМ ФИЛЬТРАЦИИ ФЛЮИДА ЧЕРЕЗ КИСЛЫЕ МАГМЫ: ПЕТРОЛОГИЧЕСКИЕ И ГЕОХИМИЧЕСКИЕ СВИДЕТЕЛЬСТВА МЕТАМАГМАТИЗМА
© 2004 г. С. С. Абрамов
Институт геологии рудных месторождений, минералогии, геохимии и петрографии РАН 109017 Москва, Старомонетный пер., 35, Россия; e-mail: abramov@igem.ru Поступила в редакцию 19.01.2003 г.
Состав высокофтористых кислых пород, образованных в различных геологических обстановках (глубина формирования, принадлежность к серии, возраст и т.д.), свидетельствует о том, что их дифференцирование обусловлено метамагматизмом - фильтрацией флюида через магмы. Ретроградное кипение магм в крупных магматических камерах вызывает рост давления. Это приводит либо к эксплозивному выбросу расплавов на поверхность, либо к пассивной дегазации камеры (магма остается на месте). Во втором случае происходит фильтрация флюида в условиях градиента температур и давлений через магмы и породы апикальных частей магматических камер. Этот процесс приводит к развитию на удалении от контакта мегабластов полевого шпата, перекристаллизации биотита с увеличением его железистости и фтористости; в ближайшем контакте образуются грано-фировые кварц-полевошпатовые срастания, структуры рапакиви. Происходит частичное плавление измененных пород в тыловой зоне метасоматитов с образованием высокофтористых магм. Моделирование метамагматического воздействия флюидов на магмы показывает, что по мере подъема флюида при падении температуры растворимость HF в нем понижается, а в магме - растет. Высокие содержания F во флюиде приводят к перераспределению элементов между флюидом и магмой. Mg и ЛРЗЭ образуют устойчивые растворимые комплексы с F и выносятся из магмы, тогда как Fe, Mn и ТРЗЭ остаются в магме. Длительная фильтрация приводит к образованию высокожелезистых магм, обогащенных ТРЗЭ. При летучести кислорода в магме-источнике флюида выше, чем QFM + 1 ... + 2 фильтрация флюида приводит к образованию высокофтористых более окисленных расплавов, а при начальной летучести флюидов ниже QFM + 1 ... + 2 образуются более восстановленные высокофтористые расплавы. Моделирование динамики тепломассопереноса показывает, что открытая дегазирующая магматическая система проходит в своем развитии несколько этапов: 1) образование купола частично/полностью закристаллизованных гранитов в кровле массива и начало эвтектической кристаллизации магм в центральной части камеры; 2) процесс фильтрации (2-500 лет) флюида в условиях градиента температур приводит к образованию высокофтористых магм с нарастанием содержаний F и связанных с ним элементов к верхней части купола; 3) через 5000-10000 лет происходит разогрев проводящего тела до температур центральных частей камеры и либо вынос F и связанных с ним компонентов в верхнюю охлажденную часть, либо удаление таких магм в виде даек онгонитов или топазовых риолитов и игнимбритов; 4) по мере прекращения дегазации в основной камере высокофтористые магмы в куполе начинают кристаллизоваться, и образуются специфические рудоносные кислые магмы.
Изучение рудоносных гранитоидов различных регионов мира показывает, что среди факторов, характеризующих условия кристаллизации продуктивных магм, активность кислорода и концентрации галогенов в магмах в наибольшей степени контролируют тип минерализации (Huspeni et al. 1984; Рябчиков и др., 1976; Ague, Brimhall, 1988 Blevin, Chappell, 1992, 1995; Борисенко и др., 1996 Абрамов, Борисовский, 1996). В зависимости от fO меняются коэффициенты распределения Mo,
Wo, Cu, Sn между расплавом и кристаллами, определяя в конечном счете, какой рудный элемент будет удаляться из магм (Candela, 1992; Candela, Piccoli, 1995). Д. Бэрт (Burt et al., 1982), а также другие авторы (Ague, Brimhall, 1988; Blevin, Chap-
pell, 1992 и др.) обосновывали положение о том, что высокофтористые гранитоиды представляют относительно восстановленные магмы. Этот вывод следует из факта существования типичного парагенезиса высокофтористых гранитоидов -высокожелезистой слюды (или реже другого Fe-Mg силиката) и магнетита. Полученные в последнее время оценки окислительно-восстановительных условий образования высокофтористых магм (Stix, Gorton, 1990; Nash, 1993; Rieder et al., 1996; Абрамов, Рассказов, 1997) свидетельствуют о том, что они могут кристаллизоваться в широком интервале летучестей кислорода от QFM до HM. Это не может быть объяснено с точки зрения представлений об этих магмах как продуктах
плавления восстановленных осадков (Ague, Brim-hall, 1988) или мантийных пород (Frost, Frost, 1997).
Поскольку данные по изотопии Sm-Nd и Rb-Sr (Коваленко и др., 1999) свидетельствуют о том, что развитие редкометаллоносных гранитоидов происходило в изотопно-закрытых магматических резервуарах, генезис высокофтористых кислых пород (ВФКП) следует связывать с процессами внутрикамерной дифференциации - кристаллизационным фракционированием и/или флюидно-магматическим взаимодействием.
Эффективность процесса кристаллизационной дифференциации в кислых магмах ограничена их высокой вязкостью. Р. Спаркс с соавторами (Sparks et al., 1984) показал, что вязкость в кислых расплавах настолько велика, что кристалл не может быть удален из места кристаллизации. Чтобы механизм фракционирования действовал эффективно, необходимо понизить вязкость расплава, что, согласно экспериментам (Dingwell et al., 1985), требует концентрирования до 3 мас. % HF. Именно такие концентрации фтора определяются в высокодифференцированных рудоносных кислых расплавах (Webster, Duffield, 1994), т.е. в конечных, а не в исходных расплавах. В.И. Коваленко и Н.И. Коваленко (1982) предположили, что обогащение кислых систем фтором, рубидием и другими элементами происходит в два этапа. Вначале действует механизм фракционной кристаллизации средних и умеренно кислых расплавов и происходит первичное обогащение магм несовместимыми компонентами. Дальнейшее развитие рудоносных магм является результатом флюидного перераспределения компонентов. Флюидная дифференциация при кристаллизации магм связана с возникновением флюидной фазы, образующейся при ретроградном кипении магм в изобарических условиях (Eichelberger et al., 1986; Tait et al., 1989). Реальность такой схемы развития магматических систем с ВФКП подтверждается результатами изучения расплавных включений (Наумов и др., 1993; Stix, Gorton, 1990; Webster, Duffiel, 1994; Lowenstern, 1994) и изотопного состава кислорода и водорода пород (Taylor et al., 1983). В предлагаемой работе на основе собственных и литературных данных разрабатывается модель флюидного воздействия на кислые магмы (метамагматизм (Коржинский, 1973)), позволяющая объяснить наблюдаемый разброс оценок ле-тучестей кислорода, вариации валового состава и геохимическую специфику высокофтористых гранитоидов.
ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ПОЗИЦИЯ ВФКП
ВФКП представляют собой широкую группу кислых пород, образованных в гипабиссальной
фацнн (литий-фтористые граниты, фтористые граниты нормального ряда, поздние фазы грани-тов-рапакиви), в субвулканической фации как в виде малых интрузивных тел (онгонитов, онгори-олитов), так и виде эффузивных образований (топазовых риолитов, туфов, игнимбритов). Детальные описания конкретных систем можно найти в сводках (Щерба, 1960; Коваленко, Коваленко, 1976; Burt et al., 1982 и др.). Отметим некоторые черты ВФКП, которые явно не укладываются в традиционную схему их происхождения из остаточных магм:
1) cуществование переходов от слабодиффе-ренцированных к сильнодифференцированным гранитоидам в пределах одного массива, плутона или вулканической постройки;
2) низкие степени закристаллизованности ВФКП в вулканической и субвулканической фациях;
3) активный характер контактов ВФКП с консолидированными породами.
Наличие переходов от слабодифференциро-ванных к сильнодифференцированным ВФКП. В системе Лонг-Валей (Hildreth, 1979; Mahood, Hildreth, 1983) наблюдается последовательность извержения от низкотемпературных ранних туфов риолитов Bishop Tuff (720°С) к более высокотемпературным (790°С). От ранних образований к поздним кардинально меняется их геохимическая специфика: если ранние риолиты содержат высокие концентрация Rb, U, ТРЗЭ, F, Cl, то поздние обогащены Ba, Sr, Zr. По данным Ilm-Mag геооксометра летучесть кислорода в поздних ри-олитах возрастает на 0.9 lg f о2. Петрологический
анализ показывает, что фракционная дифференциация, так же как и ассимиляция, имела подчиненное значение в образовании этой серии (Davies, Halliday, 1998) и, следовательно, основную роль могло играть только перераспределение компонентов посредством флюидного переноса.
В комплексе ультракислых высокофтористых образований Серро-Толедо (Stix, Gorton, 1990; Stix, Layne, 1996) установлено, что степень диф-ференцированности растет в толще пирокласти-ческих образований от подошвы тела к его кровле. В расплавных включениях последовательных порций пирокластических образований закономерно растут концентрации F, Cl, Nb, Cs, B. Это, по мнению авторов (Stix, Layne, 1996), отражает динамику прогрессивного обогащения апикальной части материнской магматической камеры в результате флюидного воздействия на эти магмы. Концентрации воды в расплавных включениях остаются постоянными, по данным Ilm-Mag ге-ооксометра летучесть кислорода падает примерно на порядок, в результате на заключительных этапах эволюции образуются сравнительно вос-
становленные (QFM -1) обогащенные галогенами магмы.
В системе Хонейкомб-Хиллс (Congdon, Nash, 1988, 1991; Nash, 1993) изучению оказались доступны ее верхние (туфы топазовых риолитов) и нижние (субвулканический купол топазовых риолитов) части. Судя по изучению составов биотитов из эффузивов, содержания фтора растут вверх по разрезу, но наибольшие концентрации фтора зафиксированы в породах субвулканического купола, как результат максимальной дифференциации этих магм. Данная система интересна тем, что здесь обнаружены, вероятно, наиболее фтористые из всех опубликованных до сих пор составов биотитов (ХР = 70-90 мол. %); по соотношению Fe, Mg, Al эти слюды представляют на 99
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.