ГЕОХИМИЯ
424
ЗОНАЛЬНОСТЬ В ГРАНАТАХ КАК ИНДИКАТОР ЭВОЛЮЦИИ МЕТАМОРФИЗМА В МЕТАПЕЛИТАХ ЕНИСЕЙСКОГО КРЯЖА © 2014 г. И. И. Лиханов, академик В. В. Ревердатто
Поступило 28.03.2014 г.
ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК, 2014, том 458, № 1, с. 74-79
УДК 551.251:550.
DOI: 10.7868/S0869565214250215
Диагностическим признаком полиметаморфических процессов в метапелитах является химическая зональность гранатов, проявленная в значительном росте содержания гроссулярового (от 1 до 6 мас. %) и уменьшении спессартинового компонентов синхронно со слабыми вариациями других миналов [1, 2]. Такие особенности зональных гранатов в метапелитах характерны для большинства надвиговых областей мира с полициклической историей [3—5]. Выяснение этого вопроса представляет существенный теоретический интерес, поскольку характер перераспределения кальция между минералами переменного состава лежит в основе современных калибровок геобарометров [6].
Для решения этой задачи проведено совместное исследование характера распределения главных и редких элементов в сосуществующих минералах с реальными метаморфическими реакциями в метапелитах. В мировой практике такие исследования единичны [7], в России подобные работы до сих пор не проводили.
В качестве объекта исследования были выбраны метапелиты из береговых обнажений р. Гарев-ка (обр. 27) и р. Енисей (обр. 56), расположенные в пределах гаревского комплекса Заангарья Енисейского кряжа. В районе исследования они представлены интенсивно деформированными гнейсами и кристаллическими сланцами преимущественно состава Grt + Bt + Ms + Pl + Qz ± St ± ± Ilm ± Ky ± Chl ± Ep. (Здесь и далее в тексте символы минералов приняты по [8].) Полиметаморфизм этих пород достаточно четко отслеживается по реакционным структурам, химической зональности минералов, изотопным датировкам и конфигурации Р-Т-трендов [9]. Отличительной особенностью изученных метапелитов является
Институт геологии и минералогии им. В.С. Соболева Сибирского отделения Российской Академии наук, Новосибирск
развитие специфических порфиробласт граната с тремя контрастными зонами (рис. 1а, б). Ядра сложены гранатом округлой или эллипсовидной формы c хаотически ориентированными включениями минералов основной массы. Их обрамляет средняя зона деформированного граната с обилием черных микровключений ильменита и графита, ориентированных в соответствии с генеральным направлением рассланцевания. Внешняя оболочка сложена идиоморфным гранатом. Наряду с обильными включениями минералов основной массы, практически во всех зонах гранатов присутствует монацит. Эпидот и ксенотим были обнаружены только во внутренней зоне граната обр. 56.
В основу петролого-геохимических исследований были положены аналитические данные по содержанию главных и редких элементов в породах и минералах, полученные с использованием комбинации различных микроанализаторов, включая масс-спектрометр с индуктивно-связанной плазмой (ICP-MS) Element, сканирующий электронный микроскоп TESCAN MIRA 3 LMU с системой микроанализа INCA Energy 350, рентгено-спектральный микроанализатор Jeol JXA-8100 и ионный микрозонд Cameca IMS-4f. Внутренние зоны характеризуются незначительным ростом содержания гроссулярового (Grs) компонента при уменьшении содержания спессартинового (Sps) минала и общей железистости от центра граната к краю (рис. 1в, г). На границе между внутренней и средней зонами имеет место резкий скачок содержания Grs компонента от Grs3 до Grs12, сопровождающийся синхронным уменьшением содержания Sps компонента при слабых вариациях количества пиропа и альмандина в гранате. Рост внешней зоны граната происходит при постепенном снижении содержания Grs и Sps компонентов с одновременным увеличением содержания Alm минала в направлении приближения к кайме зерна (рис. 1в, г). Характерной особенностью состава включений плагиоклаза на енисей-
Обр. 27 (а)
(в)
^ 36
% 35 а
* 34
о
s я
а
X 5 р
о 4
ч
о з С3
2
1
и Grtm Grtc
Ort,
р си пщ 0ааПо°а
ш
.0° %
л QOOOO
V ДйддД
Обр. 56 (б)
' : Л""
0.7 мм
I_I
4
4'
Г
36 Grtr Grtm Grtc Grtm Grtr
I_|_|_|_Ш>
A 0.5 1.0 1.5 2.0 B Длина профиля, мм
ЬЕЖ^
-rtPL
оО о О о
о О АДл
/ ДАааА V
Аоо '_[_I_I_
A 0.4 0.8 1.2 1.6 B Длина профиля, мм
Рис. 1. Микрофотографии зерен зонального граната из гнейсов гаревского (а) и енисейского (б) участков гаревского комплекса и концентрационные профили по главным элементам (в, г), построенные по линии А—В. Здесь и везде далее по тексту Ог1с, ОПт и Ог1г — составы внутренних, средних и внешних частей граната.
ском участке является сопряженное с ростом Grs минала в гранатах увеличение содержания анор-титового компонента от XAn = 0.14 до XAn = 0.25. В концентрационных профилях плагиоклазов гаревского участка наблюдается обратная корреляция, где рост XAn в плагиоклазе сопровождается падением содержания Grs компонента в гранате. Присутствующий в породах енисейского участка эпидот относится к типичным пистацитам с содержанием Fe/(Fe+Al), равным 0.22.
На основании изучения химической зональности гранатов из этих пород выделены и прода-тированы in situ по зернам U—Th-содержащих минералов три этапа метаморфизма, различающиеся возрастами, термодинамическими режимами и величинами метаморфических градиентов [9]. На первом этапе, контролируемом зональностью во внутренней зоне граната, в конце мезо- и начале неопротерозоя (1050—850 млн лет) в связи с гренвильской орогенией сформировались зональные метаморфические комплексы низких давлений при типичном для орогенеза метаморфическом градиенте dT/dH = 20—30°С/км. На втором этапе эти породы подверглись поздне-
рифейскому (801—793 млн лет) коллизионному метаморфизму умеренных давлений с низким градиентом dT/dH < 10°С/км. Эти и другие особенности (резкий рост содержания Grs компонента со слабыми вариациями железистости, Prp и Alm миналов гранатов при переходе к средней генерации Grt) являются характерными признаками коллизионного метаморфизма, обусловленного тектоническим утолщением земной коры в результате надвигов с последующей эксгумацией к поверхности [2, 10]. Последний этап сопровождался синэксгумационным ретроградным дина-мометаморфизмом (785—776 млн лет) с dT/dH < < 12°С/км, отражающим тектонические обстановки быстрого подъема в сдвиговых зонах.
Анализ поведения редкоземельных элементов (REE) в метаморфических гранатах показывает, что характер их распределения находится в явной зависимости от типа зональности. Изученные гранаты характеризуются существенным депле-тированием в отношении легких (LREE) и обогащением тяжелыми (HREE) редкоземельными элементами, превышающими хондритовую норму Yb/La-отношения в 10 000 раз. Гранаты про-
1000 F
100
10
106
105 104 103 102 10 1
10
10-
10-
ЛИХАНОВ, РЕВЕРДАТТО (а)
La
Ce
Pr
Nd
Sm
Eu (б)
Gd
Dy
Er
Yb
La
Ce
Pr
Nd
Sm
Eu
Gd
Dy
Er
Yb
• 1Grtc Ж 2Grtc
• 1Grtm a 2Grtm о 1Grtr д 2Grtr + Ep rn\Plc
• 2Plc
■1Plm ♦2Plm : 1Plr о 2Plr x Порода
Lu
Grt Pl ■ Mnz Ep Ilm Qz Ms Bt Ky St Chl
Порода
Lu
Рис. 2. Спектры распределения редкоземельных элементов, нормированные к хондриту [8] в зональных гранатах и плагиоклазах, эпидоте (а) и других минералах (б), участвующих в метаморфических реакциях, в сравнении с микроэлементным составом породы.
Юг1 и 1Р1 — обр. 56, 20г1 и 2Р1 — обр. 27. Светло-серое поле — спектры граната, темно-серое — плагиоклаза.
1
1
2
3
грессивного этапа метаморфизма имеют резко дифференцированное распределение REE с закономерным увеличением от LREE к HREE, с некоторым обогащением средними элементами (MREE), La, Ce и деплетированием в содержании HREE от ядра к средней зоне (рис. 2а). Отличительной особенностью этого процесса является за-
метное понижение суммы REE в средней зоне по сравнению с центром в 2.5—3 раза за счет снижения содержания HREE. В гранатах с зональностью регрессивного типа енисейского участка наблюдается понижение содержания HREE, MREE и суммы REE, наряду с ростом LREE от средней зоны к кайме, четко коррелируемых с увеличением со-
Tаблица 1. Содержание редкоземельных элементов (г/т) в минералах гаревского комплекса
Минералы
Элемент 1Grt 2Grt 1Pl 2Pl
Grtc Grtm Grtr Grtc Grtm Grtr Plc Pl m Plr Plc Pl m Plr
La 0.01 0.25 0.00 0.00 0.01 0.07 0.05 1.87 3.05 0.09 3.98 0.83
Ce 0.04 0.51 0.02 0.01 0.02 0.15 0.08 2.99 4.81 0.19 5.68 1.35
Pr 0.00 0.08 0.00 0.00 0.00 0.01 0.00 0.32 0.38 0.02 0.49 0.16
Nd 0.08 0.55 0.07 0.09 0.05 0.14 0.04 0.84 1.41 0.11 1.60 0.51
Sm 0.51 1.17 0.19 0.16 0.31 0.40 0.04 0.13 0.24 0.06 0.23 0.10
Eu 0.53 0.91 0.17 0.05 0.11 0.41 0.08 1.23 3.46 0.29 2.91 0.72
Gd 21.0 7.96 3.17 1.93 6.01 2.97 0.01 0.11 0.28 0.02 0.17 0.05
Dy 134.8 34.9 22.1 27.4 18.4 12.9 0.01 0.07 0.14 0.02 0.16 0.04
Y 1212 321.0 274.2 336.4 198.6 124.4 0.24 0.54 0.59 0.27 0.71 0.49
Er 151.0 41.8 33.4 61.1 17.3 21.0 0.00 0.02 0.02 0.00 0.03 0.01
Yb 182.8 61.5 47.4 105.0 13.4 26.8 0.00 0.00 0.01 0.00 0.03 0.00
Lu 28.1 7.52 5.92 11.7 1.98 3.42 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
Элемент Минералы
Ep Chl Qz Ms Bt St Ky Mnz Ilm
La 2.529 0.028 7.249 0.555 0.317 0.004 0.032 57561 0.194
Ce 11.52 0.121 12.23 0.108 0.433 0.025 0.049 119512 0.086
Pr 2.199 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 12818 0.000
Nd 13.01 0.028 5.494 0.535 0.179 0.007 0.008 47142 0.047
Sm 4.488 0.037 1.259 0.018 0.083 0.005 0.011 7758 0.913
Eu 4.282 0.005 1.574 1.143 0.118 0.001 0.001 0.000 0.254
Gd 4.888 0.012 0.246 0.025 0.043 0.002 0.012 6505 0.169
Dy 4.257 0.015 0.359 0.245 0.120 0.046 0.016 2177 0.079
Y 31.22 0.055 1.070 0.044 0.044 0.003 0.079 6300 0.000
Er 3.434 0.003 0.336 0.291 0.034 0.004 0.009 437 0.074
Yb 3.194 0.003 0.160 0.035 0.020 0.091 0.078 0.000 0.585
Lu 0.520 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000
Примечание. 10Н и 1 Р1 — обр. 56, 20М и 2Р1 — обр. 27. Подстрочные индексы с, т, г означают внутренние, средние и внешние части зональных минералов. 0.000 — содержание не определ
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.