CC BY
17
УДК 552.321.1:550
ИЗОТОПНО-ГЕОХИМИЧЕСКАЯ СИСТЕМАТИКА РАННЕПАЛЕОЗОЙСКИХ ГРАНИТОИДОВ ХРЕБТА МУНКУ-САРДЫК (ВОСТОЧНЫЙ-САЯН): ИСТОЧНИКИ ВЕЩЕСТВА, МОДЕЛИ ОБРАЗОВАНИЯ
1 2 3
С.В. Ефремов , Г.П. Сандимирова , С.И. Дриль
Институт геохимии СО РАН, 664033, Россия, г. Иркутск, ул. Фаворского, 1а.
На основании анализа изотопной и геохимической информации показано, что раннепалеозойские гранитоиды Восточного Саяна, обладающие адакитовыми вещественными характеристиками, могли образоваться в результате смешения вещества мантийного и корового резервуаров либо за счет плавления геохимически специализированного источника вещества, расположенного в субконтинентальной лито-сферной мантии. Несмотря на различные механизмы гранитообразования, существование геохимически специализированного мантийного резервуара необходимо для описания обеих моделей. Образование этого резервуара может быть сопоставлено с формированием литосферного блока 2700 млн лет назад. Существование древнего источника вещества, контролировавшего гранитоидный магматизм, позволяет говорить о том, что современные представления о геологическом строении рассматриваемого региона как коллажа разновозрастных террейнов, сложенных корой переходного типа, не совсем точны и должны быть скорректированы. Библиогр. 14 назв. Ил. 2. Ключевые слова: гранитоиды; адакиты.
ISOTOPIC GEOCHEMICAL SYSTEMATICS OF EARLY PALEOZOIC GRANITOIDS FROM MUNKU-SARDYK RIDGE (EAST SAYAN). SOURCES OF SUBSTANCE, FORMATION MODELS
S.V. Efremov, G.P. Sandimirova, S.I. Dril
Institute of Geochemistry SB RAS, 1a Favorsky St., Irkutsk, Russia, 664033.
The analysis of isotopic and geochemical data shows that Early Paleozoic granitoids of the Eastern Sayan, having adakite characteristics, could be formed either by mixing the substance from mantle and crust reservoirs, or by melting the geochemically specialized source of substance located in the subcontinental lithospheric mantle. Despite various mechanisms of granite formation, the existence of the geochemically specialized mantle reservoir is necessary for the description of both models. The formation of this reservoir can be compared with the formation of the lithospheric block 2700 mya. The existence of the ancient source of substance that controlled the granitoid magmatism suggests that the current ideas on the geological structure of the region, as a collage of uneven-aged terranes formed by transition-type crust, are not quite accurate and should be corrected.
14 sources. 2 figurs.
Key words: granites; adakites.
Для понимания процессов мобилизации и концентрирования рудного вещества важное значение имеет создание корректной генетической модели
формирования материнских интрузивных комплексов.
Решение этой задачи предпринято авторами на примере массива хребта
Ефремов Сергей Васильевич, старший научный сотрудник, кандидат геолого-минералогических наук, а/я 4019, тел.: (3952) 429935, e-mail: esv@,igc.irk.ru
Efremov Sergey, Senior Researcher, Candidate of Geological and Mineralogical sciences, POB 4019, tel.: (3952) 429935, e-mail: esv@igc.irk.ru
2Сандимирова Галина Петровна, научный сотрудник, а/я 4019, тел.: (3952) 511603, e-mail: sand@igc.irk.ru
Sandimirova Galina, Senior Researcher, POB 4019, tel.: (3952) 511603, e-mail: sand@igc.irk.ru 3Дриль Сергей Игоревич, старший научный сотрудник, кандидат геолого-минералогических наук, а/я 4019, тел.: (3952) 426034, e-mail: sdril@igc.irk.ru
Dril Sergey, Senior Researcher, Candidate of Geological and Mineralogical sciences, POB 4019, tel.: (3952) 426034, e-mail: sdril@igc.irk.ru
Мунку-Сардык, который считается типичным представителем раннепалеозой-ских гранитоидов Восточного Саяна. Он залегает в пределах Тункинского террей-на, образующего аллохтонную пластину, надвинутую на восточный фланг Тувино-Монгольского микроконтинента [1].
В настоящий момент образование этих гранитоидов связывают с каледонской орогенией [5] и включают в состав сархойского комплекса.
Согласно ранее полученным данным, породы массива могут быть отнесены к ассоциации NEB (высокониобиевые базиты - адакиты), обычной для островных дуг и активных континентальных окраин [8], однако не типичной для коллизионных орогенов [13].
Анализ причин образования «коллизионных адакитов» Восточного Саяна с использованием прецизионной геохимической и фрагментарной изотопной информации показал, что адакиты и NEB базиты могли образоваться при ремоби-лизации геохимически специализированного источника, расположенного в субконтинентальной литосферной мантии [3]. Этот источник имел возраст 2500±100 млн лет и мог быть сформирован в зоне субдукции, на одном из этапов геологического развития региона. Геохимически специализированная субконтинентальная мантия подстилает древний континентальный блок, занимающий как минимум всю северную часть Тувино-Монгольского микроконтинента.
Полученные результаты противоречат современным представлениям о геологическом строении региона, в первую очередь, о «композитном» строении Ту-вино-Монгольского микроконтинента и о широком развитии континентальной коры переходного типа в его пределах [6].
В связи с этим, для проверки гипотезы о геохимически специализированном субконтинентальном мантийном источнике было выполнено изучение изотопных характеристик (Sr, Nd) адакитов, адакитовых гранитов и NEB базитов массива хребта Мунку-Сардык.
С этой целью были построены изотопные модели эволюции континентальной коры и субконтинентальной мантии региона. В этих моделях была протестирована возможность образования гранитоидов с адакитовыми характеристиками: за счет плавления серогнейсовых толщ, слагающих фундамент северной части Тувино-Монгольского микроконтинента; за счет плавления геохимически специализированного субконтинентального литосферного источника; за счет плавления океанической коры близкого с адакитами возраста.
В основу изотопных моделей было положено представление об образовании ТТО и адакитов за счет плавления основных пород в условиях стабильности эклогитовых парагенезисов [8]. При этом, согласно генетическим моделям, возраст базитового протоли-та не должен значительно отличаться от возраста продуктов его плавления [8], что позволяет оценить инициальные отношения изотопов Sr и Nd в ба-зитах, серых гнейсах и адакитах по их величинам в верхней мантии - источнике базитовых расплавов.
Значения изотопного отношения Nd были рассчитаны с помощью уравнения эволюции верхней мантии из [10], величины изотопных отношений Sr были рассчитаны с помощью уравнения радиоактивного распада с инициальным значением, равным BABY (87Sr/86Sr = 0,69897), и 87Rb/86Sr отношением, равным 0,085. Линия эволюции верхней мантии, рассчитанная с пошаговым интервалом 100 млн лет, приведена на обеих диаграммах, представляющих изотопные модели (рис. 1 и 2).
В качестве инициального отношения изотопов для базитов, серых гнейсов и адакитов были взяты величины для верхней мантии с возрастом 2700 млн лет. Эта датировка получена U/Pb методом по цирконам и отражает возраст серых гнейсов Гарганской глыбы [7]. Эта датировка должна быть
близка возрасту мантийного источника (определяется генетическими моделями) и может рассматриваться как возраст ли-тосферного блока в целом.
Изотопная модель, рассматривающая образование гранитоидных магм с адакитовыми характеристиками за счет плавления серогнейсовых толщ, построена в координатах SNd(T) - (87Sr/86Sr)i и приведена на рис.1.
Диаграмма содержит линии эволюции изотопных характеристик верхней мантии (UM), серых гнейсов (TTG1, TTG2), амфиболитов из серогнейсовой толщи (AMF), точки составов гранитои-дов второй (адакиты), третьей фаз (ада-китовые граниты) и габброидов (базиты NEB). Линии эволюции TTG1 и TTG2 ограничивают вариации изотопных характеристик в породах серогнейсовой толщи.
Положение на диаграмме точек составов гранитоидов позволяет говорить о том, что они не могли образоваться за счет плавления серых гнейсов и вряд ли образовались за счет плавления первичных мантийных геохимических резервуаров и их производных (базальтовый слой океанической литосферы [4], нижняя континентальная кора, сформировавшаяся по модели андеплэтинга [7]).
Гранитоиды одной фазы (тонали-ты, гранодиориты, граниты), связанные постепенными переходами, слагают линейный массив точек в четвертом квадранте диаграммы. Они расположены за пределами поля составов пород ТТО ассоциаций, обладают более высокими отношениями изотопов Бг и более низкими Кё, чем одновоз-растные продукты плавления верхней мантии, что не позволяет рассматри-
0
§ -10 о
-20 Н
-30
27?° vM^-—**""** ArtWÍ^r"***^ LM 11«»■ *" n n n n n n o n n о о о с •0 500 0 piii ip ooosooooo Ч-/ГП и r\
♦ i A AMF Z 2 500 N □ 3 04, UR i I* 500 S
0,700
0,702
0,704
0,706
0,708
87Sr/86Sr
Рис. 1. Диаграмма sNd(T) - f7Sr/6Sr) i. Модель образования гранитоидов с адакитовыми характеристиками за счет плавления серогнейсовых толщ:
1 - габбро (базиты NEB); 2 - тоналиты (адакиты); 3 - гранодиориты (адакиты); 4 - граниты (адакитовые граниты); CHUR - единый хондритовый резервуар; UR - единый резервуар; UM - верхняя мантия; LM - геохимически специализированная литосферная мантия (£Nd(2700) = 1,97; 143Sm/144Nd = 0.195; 87Sr/86Sr = 0.701257; 87Rb/86Sr = 0.125); TTG1 - тоналиты (eNd(2700) = 1,97; 143Sm/144Nd = 0.09; 87Sr/"6Sr = 0.701257; 87Rb/"6Sr = 0.13) и TTG2 - плагиогра-ниты (£Nd(2700) = 1,97; 143Sm/144Nd = 0.11; 87Sr/86Sr = 0.701257; 87Rb/86Sr = 0.20); AMF - амфиболиты (£Nd(2700) = 1,97; 143Sm/144Nd = 0.16; 87Sr/86Sr = 0.701257; 87Rb/86Sr = 0.065), рассчитано с шагом 100 млн лет. Цифрами даны возрасты в млн. лет. Линии смешения даны черным цветом, они соединяют участвующие в смешении геохимические резервуары на временной период 500 млн лет. Черными окружностями даны пропорции смешения, кратные десяти
вать их как продукты плавления одновоз-растной океанической коры.
Образование этих гранитоидов должно быть рассмотрено с позиций модели смешения вещества двух контрастных по составу геохимических резервуаров - мантийного и корового.
В качестве корового резервуара можно рассматривать породы TTG ассоциаций Гарганской глыбы, однако идентификация мантийного источника вещества вызывает некоторые затруднения.
Он должен обладать более высокими, чем в породах верхней мантии, концентрациями радиогенного Sr и пониженными Nd. Оценку его состава на 500 млн лет можно получить по пересечению векторов эволюции составов базитов NEB (габброиды первой фазы плутона) и адакитов (гранитоидов второй фазы плутона), так как они слагают генетически единую ассоциацию пород [8] и могли быть образованы за счет плавления единого источника вещества [9]. С учетом геолого-структурной позиции, геохимических особенностей габброидов и гра-нитоидов, полученных ранее модельных датировок возраст этого источника может быть оценен в 2700 млн лет, а его образование должно быть связано с формированием литосферного блока.
Имеющиеся изотопные данные показывают, что мы фактически имеем дело с геохимически специализированным резервуаром, расположенным в субконтинентальной мантии. Этот резервуар мог быть источником вещества пород TTG ассоциации, неопротерозойских и ранне-палеозойских гранитоидов с адакитовы-ми характеристиками. Линия эволюции этого источника, проходящая через точку 500 млн лет, приведена на диаграммах и обозначена LM.
В контексте рассматриваемой модели адакитовые граниты и адакиты могли образоваться в результате смешения продуктов плавления геохимически специализированного субконтинентального мантийного источника и пород TTG ассоциации, слагающей континентальную кору региона. Возможность этого про-
цесса иллюстрируется линией смешения между оценками составов геохимически специализированного мантийного и корового источников, которая довольно хорошо описывает эволюцию составов раннепалеозойских гранитоидов.
В качестве ограничений этой модели следует рассматривать то, что протолит кислых магм, представляющих один из компонентов смешения, должен быть расплавлен полностью, чтобы могли получиться необходимые геохимические характеристики
(La/YbN > 10; Y < 18; Yb < 1.8 и.т.д. [8]) в результирующей гранитоидной магме.
Эволюция изотопной характеристики габброидов (базитов NEB) ранее объяснялась взаимодействием их магм с породами повышенной основности на уровне протолита кислых магм [2]. В качестве иллюстрации этой модели приведена линия смешения между оценками составов геохимически специализированного мантийного источника (LM) и амфиболитами (AMF), входящими в состав серогнейсовой толщи. Модель довольно хорошо описывает эволюцию изотопных характеристик габброидов и является вполне корректной.
Изотопная модель образования гранитоидов с адакитовыми характеристиками за счет плавления геохимически специализированного субконтинентального литосферного источника приведена на рис.2.
В основу модели положено представление об образовании адакитовых магм и базитов NEB за счет разной степени плавления одного и того же источника, расположенного в субконтинентальной мантии [9]. Подобные источники образуются в зоне субдук-ции при преобразовании пород мантийного клина и субконтинентальной литосферной мантии адакитовыми магмами - продуктами плавления пород базальтового слоя океанической литосферы [9, 12].
о
-20 -
-30
2700 OjN/U-****"4 LfírtííT"^^ LM . *»**##»*e®^'vOOOOOOOOOOOOOO< -0 >ooo®ooooo CHUR
I --1-1- % 1 \ 500 UR 0 -1-
0,700
0,702
0,704
87Sr/86Sr
0,706
0,708
Рис. 2. Диаграмма еш(Т) - I. Модель образования гранитоидов с адакитовыми ха-
рактеристиками за счет плавления геохимически специализированного субконтинентального литосферного источника:
МА - метасоматический агент (адакитовый расплав), еш(2700) = 1,97; 1438ш/144Ш = 0.119; 878т^68т = 0.701257; 87КЪ^6Бг = 0.135. Остальные условные обозначения соответствуют таковым на рис. 1.
Для обоснования этой гипотезы может быть использована модель С. Фо-лея, рассматривающая образование ультракалиевых магм за счет плавления геохимически специализированного мантийного источника, представленного сетью прожилков, сложенных минералами метасоматической ассоциации (вещество верхней континентальной коры, рецик-лированное в зоне субдукции) в породах субконтинентальной литосферной мантии [14].
В модели обоснован механизм плавления, согласно которому вначале плавятся минералы метасоматической ассоциации, а полученный расплав взаимодействует с вмещающими породами литосферной мантии. С ростом температуры пропорции компонентов изменяются, в связи с чем мы будем получать магмы разного химического состава, начиная от кислых и заканчивая основными. Одной из главных черт подобного механизма плавления является отсутствие изотопного равновесия в системе, что при-
водит к образованию четких линий эволюции составов на изотопных диаграммах. Именно такой вектор мы видим на диаграмме рис. 2, что позволяет использовать этот механизм для объяснения вариаций составов гранитоидов.
В отличие от модели С. Фолея в нашем случае метасоматическим агентом является адакитовый расплав и магмы, образовавшиеся при небольшой степени плавления геохимически специализированного источника по вышерассмотренному механизму, должны иметь близкий к нему состав. Это позволяет рассматривать адакитовый расплав как один из компонентов смешения. В качестве его оценки на диаграмме рис. 2 использован средний состав высококремнистых адакитов (ШЛ) из [9].
На рис. 2 приведена линия смешения между изотопной характеристикой геохимически специализированной мантии, характеризующей со-
став инициальных базитовых магм, и составом адакита, представляющего мета-соматический агент. Эта линия довольно корректно описывает эволюцию составов гранитоидов с адакитовыми характеристиками, что позволяет рассматривать их как продукты разной степени плавления геохимически специализированного источника и сделать вывод о корректности использованных предположений.
Таким образом, анализ изотопной характеристики магматических пород показал, что две возможные модели образования гранитоидов с адакитовой геохимической характеристикой являются равнозначными. Они могли образоваться в результате смешения мантийных и коро-вых магм либо за счет плавления геохимически специализированного источника вещества, расположенного в субконтинентальной литосферной мантии.
В обоих случаях в качестве мантийного источника вещества должен быть рассмотрен геохимически специализированный домен, расположенный в субконтинентальной литосфере. Образование этого домена целесообразно связать с процессом формирования литосферного блока при образовании серогнейсовой континентальной коры. Ремобилизация вещества в пределах этого домена могла приводить к разновозрастному гранито-идному магматизму с адакитовыми вещественными характеристиками.
Существование древнего геохимически специализированного литосферно-го источника вещества, контролировавшего гранитоидный магматизм с адаки-товыми вещественными характеристиками, позволяет говорить о том, что северная часть Тувино-Монгольского микроконтинента сложена единым фрагментом древней, зрелой континентальной коры и представления о его «композитном» строении являются не вполне обоснованными.
Вновь полученная информация будет иметь и практическое значение. Известно, что с производными адакитовых магм довольно часто ассоциируют промышленные месторождения золота и тя-
желых металлов. Создание новой корректной генетической модели позволит использовать вновь полученные данные для более эффективного ме-таллогенического районирования территорий.
Вновь полученная информация будет иметь и практическое значение. Известно, что с производными адаки-товых магм довольно часто ассоциируют промышленные месторождения золота и тяжелых металлов. Создание новой генетической модели позволит лучше понять процессы, ответственные за мобилизацию, движение и концентрирование рудного вещества, выделить его источники и выявить факторы, контролирующие поведение рудных элементов, и в конечном итоге использовать вновь полученные данные для более эффективного металло-генического районирования территорий и поиска рудных месторождений.
Работа выполнена при поддержке ИП СО РАН № 79.
Библиографический список
1. Беличенко В.Г., Резницкий Л.З., Гелетий Н.К. и др. Тувино-Монгольский массив и его восточное обрамление // Геология, геохимия и геофизика на рубеже XX-XXI веков: мат. Всероссийской научн. конф., посвященной 10-летию РФФИ. Иркутск, 2000. C. 19-20.
2. Ефремов С.В. Главные причины эволюции вещественных характеристик раннепалеозойских гранитои-дов Восточного Саяна (на примере массива хребта Мунку-Сардык) // Геохимия. 2009. № 3. С. 1-16.
3. Ефремов С.В. Адакитовый магматизм Восточного Саяна, генетические особенности и источники вещества // Геохимия. 2009. № 11. С. 1148-1154.
4. Kay R.W. Aleutian magnesian andesites: melts from subducted Pacific Ocean crust // J.Volcanol.Geotherm.Res. 1978. V. 4. P. 117-132.
5. Котов А.Б., Сальникова Е.Б., Рез-ницкий Л.З. и др. О возрасте метаморфизма Слюдянского кристаллического комплекса (Южное Прибайкалье): результаты U-Pb геохронологического исследования гранитоидов // Петрология. 1997. Т. 5, № 4. C. 380-393.
6. Кузьмичев А.Б. Тектоническая история Тувино-Монгольского массива: раннебайкальский, позднебайкальский и раннекаледонский этапы. М.: Пробел-2000, 2004. 190 с.
7. Левицкий И.В. Геохимия грану-литовых и зеленокаменных комплексов присаянского выступа фундамента Сибирской платформы: автореф. дис. ... канд. геол.-минералог. наук. Иркутск, 2012. 26 с.
8. Martin H. Adakitic magmas: modern analogues of Archaean granitoids // Li-thos. 1999. V. 46. P. 411-429.
9. Martin H., Smithies R.H., Rapp R., Moyen J.-F., Champion D. An overview of adakite, tonalite-trondhj emite-granodiorite (TTG), and sanukitoid: relationships and some implications for crustal evolution // Lithos. 2005. V. 79. P. 1-24.
10. Nagler Th.F., Kramers J.D Nd isotopic evolution of the upper mantle during the Precambrian: models, data and the uncertainty of both // Precambrian Research. 1998.V.91. P.233-252.
11. Petford N., Atherton M. Na-rich partial melts from newly underplated basaltic crust: the Cordillera Blanca Batholith, Peru // J. Petrol. 1996. V. 37, № 6. P. 1491-1521.
12. Rapp R.P., Shimizu N., Norman M.D., Applegate G.S. Reaction between slab-derived melts and peridotite in the mantle wedge: experimental constraints at 3.8 Gpa // Chem. Geol. 1999. V. 160. P. 335-356.
13. Sajona F.G., Mauri R.C., Pubel-lier M., Leterrier J., Bellon H., Cotten J. Magmatic source enrichment by slab-derived melts in young post-collision setting, central Mindango (Philippines) // Lithos. 2000. V. 54. P. 173-206.
14. Foley S. Vein-plus-wall-rock melting mechanisms in the lithosphere and the origin of potassic alkaline magmas // Lithos. 1992. 28. P.435-453.
Рецензент доктор геолого-минералогических наук В.И. Левицкии,
Институт геохимии СО РАН
