CC BY
21
УДК 552.111
1 2 М. Г.Волкова , А. С. Мехоношин
Институт геохимии СО РАН, 664033, г. Иркутск, ул. Фоворского, 1а; Национальный исследовательский
Иркутский государственный технический университет, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
ОЦЕНКА СОСТАВА РОДОНАЧАЛЬНОГО РАСПЛАВА РУДОНОСНЫХ [ГАББРОИДОВ ЮЖНОГО ПРИБАЙКАЛЬЯ
На примере Малоосиновского массива проведена оценка состава родоначального расплава габброидов Южного Прибайкалья с применением ЭВМ-моделирования в программах «Comagmat 3.57» и «Pluton 4.2», значения коэффициента распределения РЗЭ между минералом и расплавом и метода геохимической термометрии. Оливиновые габбронориты, пи-роксениты и рудные габбронориты кристаллизовались при давлении 4 кбар из единого родоначального расплава, соответствующего по составу субщелочному базальту. Перидотиты кристаллизовались при 8 кбар.
Ключевые слова: кристаллизация, габброиды,рудные габбронориты, перидотиты, родона-чальный расплав (исходная магма), моделирование. Библиогр. 9 назв. Ил. 2. Табл. 2.
M.G.Volkova, A.S.Mekhonoshin
Institute of Geochemistry of Siberian Department of Russian Academy of Sciences, 664033, 1a Favorskii St., Irkutsk, Nathaniel Scientifically Irkutsk State Technical University; 664074, Irkutsk, Lermontov st. 83. APPRECIATION COMPOSITION OF PARENTAL MAGMA OF ORE BEARING GAB-BRIDES OF THE SOUTH BAIKAL REGION
This work presents the results of appreciation composition of parental magma of gabbrides of the South Baikal region predicted by: «Comagmat 3.57» and «Pluton 4.2» computer programs, distribution coefficient, method of geochemical thermometery. Olivine gabbronorites, pyroxenites and ore gabbronorites is crystallized at 4 kbar from single subalkalic basaltic parental magma. Peridotites is crystallized at 8 kbar.
Key words: crystallization, gabbrides,ore bear gabbrides, peridotites, thermometers, parental magma, modeling.ing Sources 9, Illustr. 2, table 2
В южном обрамлении фундамента Сибирской платформы широко распространены интрузивные образования основного и ультраосновного состава, в которых установлена рудная минерализация. Оценка состава родоначального расплава габб-роидов региона была проведена на примере Малоосиновского массива.
Этот массив считается эталонотипом габб-роидных ассоциаций региона. Другие габ-броидные массивы Южного Прибайкалья (Комарский, Асямовский, Снежнинский, рек Талая и Б. Быстрая) имеют сходное с ним геологическое строение, что выражено формой, внутренним строением и характером размещения оруденения.
1 Мария Геннадьевна Волкова, кандидат геолого-минералогических наук, младший научный сотрудник, тел.: (3952)42-99-46, е-mail: mariavolkova2008@yandex.ru. Старший преподаватель кафедры геологии и геохимии полезных ископаемых НИ ИрГТУ, тел.: (3952)40-56-53.
Maria Gennadjevna Volkova - a junior scientific worker. Phone: (3952)42-99-46 e-mail: volkova@igc.irk.ru. A senior teacher of the Chair of NS ISTU. Phone: (3952)40-56-53.
2Алексей Сергеевич Мехоношин, старший научный сотрудник, тел.: (3952)42-99-46, е-mail: mekhonos@igc.irk.ru. Профессор НИ ИрГТУ, тел.: (3952)40-56-53. Alexey Sergeevich Mehonoshin, a senior scientific worker.
Габброиды Малоосиновского массива изменены только на контактах с более поздними гранитоидами, тогда как габброиды других массивов преобразованы в условиях эпидот-амфиболитовой фации метаморфизма, что существенно усложняет их исследование.
Массив внедрился в толщу мета-морфизованных пород Слюдянского кристаллического комплекса. Породы массива прорваны более поздними дайками гранитов, пегматитов и ортотекти-тов Массив дифференцирован от лейко-краторых габброноритов до перидотитов, которые связаны между собой постепенными переходами. Промежуточные разновидности пород представлены оливиновыми габброноритами, вебсте-ритами и плагиоперидотитами.
Ультрабазиты в Малоосиновском массиве присутствуют в виде брек-чиеподобных тел с неясными геологическими границами. Согласно Ф. В. Кузнецовой [5] ультраосновные породы массива являются эруптивной брекчией среди габброидов, а по-мнению Груди-нина М. И. и Меньшагина Ю. В. - диф-ференциатами одного основного расплава [4].
Габброиды исследованных массивов близки по петро-геохимическим особенностям и характеризуются повышенными концентрациями титана, ванадия, железа, фосфора, Sr, Ва, широким разбросом содержаний Zr, Ж , ЭДЪ, Та и низкими концентрациями Сг и №. По уровню содержаний РЗЭ все породы делятся на три группы: с высокими, средними и низкими концентрациями. Максимальные концентрации РЗЭ отмечены в рудном габбронорите; средние - в пироксените и рудных габбронори-тах; низкие - в плагиоперидотите и оли-виновых габброноритах. В спектре распределения РЗЭ габброноритов, содержащих большое количество плагиоклаза (50-60 % породы), появляется характерный Ей максимум.
Существует несколько способов позволяющих провести оценку состава
родоначальной (исходной) магмы, из которой кристаллизовались горные породы и руды конкретного интрузива:
- за состав родоначального расплава принимается состав пород эндокон-тактовых зон массива;
- оценка состава производится путем подсчета средневзвешенного состава пород интрузива или отдельных ритмов его расслоенной серии.
Средневзвешенный состав также может быть рассчитан разными способами, например, с учетом средних составов всех типов пород интрузива и в соответствии с их распространённостью, либо по сводному вертикальному разрезу массива [9]. Вышеперечисленные способы, как правило, наиболее эффективны для расчетов по телам пластовой и лополитообразной формы с очень хорошей степенью обнаженности и изученности. То есть, пробы должны быть отобраны по определенной сети (либо разбита сеть горных выработок), равномерно покрывающей всю площадь плутона и его экзоконтактовые части. Но даже при этом достаточно сложно обнаружить в обнажении полный разрез расслоенной серии, включающий все диф-ференциаты родоначальной магмы. Кроме того, при исследовании крупных тел, о форме которых можно судить только гипотетически, требуется независимая проверка на предмет соответствия реальных объемов различных типов пород и их соотношений в отдельно взятых разрезах. Таким образом, реалистичность оценки состава родоначаль-ной магмы целиком и полностью зависит от принятой модели геологического строения, степени обнаженности и изученности интрузива.
Малоосиновский массив в разрезе предположительно характеризуется ло-политообразной формой. Отбор проб при исследовании массива осуществлялся не равномерно, не по четкой геометрической сетке, поэтому посчитать средневзвешенный состав пород традиционными методами не представляется
возможным, а породы зоны закалки в геологических разрезах отсутствуют. В связи с этим за химический состав исходной магмы первоначально был принят химический состав оливинового габбронорита, характеризующийся средним содержанием редкоземельных элементов (табл. 1).
Детальные геологические, петрографические, петрохимические, геохимические, изотопно-геохронологические характеристики, полученные для габброидных массивов Южного Прибайкалья [2, 3] позволили применить сразу несколько современных петроло-го-геохимические методов для того, что бы дать оценку принятой гипотезе: отвечает ли действительности такой состав расплава. С этой целью было проведено физико-химическое моделирование на ЭВМ, установлен редкоземельный состав родоначальной магмы с помощью значения коэффициента распределения элементов между минералом и расплавом и определены температурные условия образования пород методом геохимической термометрии.
Моделирование процесса дифференциации и рудообразования пород и руд Малоосиновского массива в программах «Comagmat 3.57» автор - А. А. Арискин, Институт геохимии и аналитической химии им. В. И. Вернадско-
Содержание петрогенных элементов
го РАН, г. Москва [1] и «Р1и1:оп 4.2» автор - А. В. Лавренчук Институт геологии и минералогии СО РАН, г. Новосибирск [6]. В качестве стартовых параметров модели были взяты: принятый ранее состав исходного расплава и результаты геотермобарометрических расчетов [2]. В результате установлено, что все породы перидотит-габброноритовой серии массива кристаллизовались из единого родоначаль-ного расплава, однако формирование ранних дифференциатов, происходило при давлении 8 кбар, тогда как все остальные породы серии образовались при давлении 4 кбар (рис. 1) [2]. Интервалы температур кристаллизации модельных породообразующих и рудных минералов согласуются с результатами геотермометрических расчетов (рис. 1, табл. 2).
Как известно, значения коэффициента распределения (Кр минерал/расплав) для редкоземельных элементов (далее РЗЭ), полученные по экспериментальным данным и определения содержания РЗЭ в минералах могут быть использованы для расчета редкоземельных составов тех расплавов, из которых предположительно кристаллизовались эти минералы [7].
Таблица 1
Порода 8102 Т102 А120з Бе0 МпО Mg0 СаО Р2О5 №20 К20
перидотит 41,3 0,6 3,0 6,5 0,2 26,0 8,3 0,05 0,7 0,2
пироксенит 45,6 1,3 6,2 9 0,2 18,3 12,6 0,2 1,1 0,3
оливиновый габбронорит 49 0,5 17,4 5,5 0,1 10 12 0,03 2,0 0,3
оливиновый габбронорит* 45,8 1,3 14,6 7 0,2 10,3 13,7 0,16 2,2 0,3
рудный габбронорит 44,2 3,4 15,3 7,7 0,2 5,7 9,6 2 3,2 0,5
Порода со средним содержанием редкоземельных элементов, соответствующая составу родоначаль-ного расплава.
Т, °С Порядок кристаллизации ликвидусных
1275
1250
1225
1200
1175
1150
1125
1100
1075
1050
1025
Рис. 1. Порядок кристаллизации модельных ликвидусных минералов при параметрах моделирования: Р=4 кбар; QFM ; Н2О - 0,7 мас.%: Данные программы COMAGMAT 3.57. Ol - оливин, Pl - плагиоклаз, CPx - клинопироксена, OPx -ортопироксен, Ilm - ильменит, Mt - магнетит.
Таблица 2
Результаты геотермобарометрических исследований габброидов
Южного Прибайкалья
№ п/п Породы Т, °С Р, кбар
Комарский массив
1 оливиновое габбро 1005-1026 -
Асямовский массив
2 габбронориты 1035-1042 3-5
Малоосиновский массив
3 перидотиты 1235 8
4 пироксениты 1155-1191 4-5
5 оливиновые габбронориты 1086-1170 4-5
6 габбронориты 1035 4
минералов при Р = 4 кбар
Ol
PI
CPx
OPx
ILm
Mt
I ,
Для оценки содержаний РЗЭ в ро-доначальной магме использовался редкоземельный состав клинопироксенов из оливинового и рудного габбронори-тов. Этот минерал устойчив в широком диапазоне Р-Т условий формирования и
эволюции магм и включает в заметных количествах практически все петроген-ные элементы.
В части содержаний средних и тяжёлых РЗЭ составы исходных магм, использованных при моделировании и по-
лученные по клинопироксену из оливи-нового габбронорита, совпадают (рис. 2). Состав родоначального расплава, рассчитанный по клинопироксену из рудного габбронорита, характеризуется наиболее высокими концентрациями РЗЭ. Этот минерал кристаллизовался из остаточного расплава, обогащенного РЗЭ.
Таким образом, состав расплава, рассчитанный с помощью Кр (клинопи-роксен из оливинового габбронори-та/расплав) отвечает редкоземельному составу исходной магмы габброидов Южного Прибайкалья.
Метод геохимической термомет рии состоит в построении траекторий эволюций состава расплава при плавлении множества представляющих данный объект пород и поиске среди этих траекторий групп, образующих пучки. Он основан на ЭВМ-моделировании равновесий породообразующих минералов с базальтовым расплавом [8].
1000
За состав исходного магмы при моделировании в программе «Comagmat 3.57» были взяты поочередно химические составы всех петрографических типов пород, представленных в габбро-идных массивах региона (см. табл. 1). В данной выборке представлены породы с высоким, средним и низким содержанием РЗЭ. Кристаллизация расплавов проводилась при 4 и 8 кбар.
При давлении 4 кбар траектории кристаллизации оливиновых габброно-ритов, пироксенита и рудного габбро-норита довольно близко сходятся в интервале температур образования: от 1100 до 1200°С, что позволяет считать эти породы магматически родственными.
100 :
о
Ч I
О .X
03
4 о
о с
10 -
состав родоначального расплава,
-•-использованный при моделировании
в программе "СотадтаГ состав родоначального расплава,
— -А- - - рассчитанный по клинопироксену
из оливинового габббронорита состав остаточного расплава,
— -И- - - рассчитанный по клинопироксену
из рудного габббронорита
Ьа Се Рг № Бт Ей Оа ТЬ йу Но Ег Тт УЬ Ьи
Рис. 2. Распределение редкоземельных элементов ро-доначальных магмах габброидов Южного Прибайкалья: для нормирования использован состав хондрита, по (ВоупЮп, 1984).
Совместная кристаллизация при давлении 8 кбар оливина, ортопироксена и клинопироксена при температурах от 1280 до 1350°С приводит к образованию ультрабазитов. В диапазоне давлений от 3 до 7 кбар из расплавов различного состава формирования перидотитов не происходит.
В заключении можно сказать, что габброиды Южного Прибайкалья кристаллизовались при давлении 4 кбар из родоначального расплава соответствующего по составу субщелочному базальту и со средним содержанием редкоземельных элементов (Ьа - 7,97; Се -21,12; Рг - 3,03; Ш - 13,46; 8т - 3,34; Ей -1,19; Оё - 3,07; ТЬ - 0,51; Бу - 3,07; Но -0,57; Ег - 1,47; Тт - 0,20; УЬ - 1,26; Ьи -
0.17. в г/т). При этом перидотиты образовались в условиях большей глубинности (ниже на 12 км) по сравнению с габброи-дами и пироксенитами и вероятно, кристаллизовались из расплава иного состава.
Библиографический список
1. Арискин А.А., Бармина Г.С. Моделирование фазовых равновесий при кристаллизации базальтовых магм. - М.: Наука, МАИК «Наука / Интерпериодика», - 2000. - 363 с.
2. Волкова М. Г. Моделирование физико-химических параметров процесса дифференциации перидотит-габброноритовой серии Малоосинов-ского массива//Известия Сибирского отделения секции наук о Земле Российской Академии естественных наук. Геология, поиски и разведка рудных месторождений. - 2008. - №7(33) - С. 133-143.
3. Волкова М. Г., Юдин Д. С., Мехоно-шин А. С., Макагон В. М. Малооси-новский перидотит-габброноритовый массив (геохронология, геохимия, геодинамика)/Шроблемы геохимии эндогенных процессов и окружающей среды. Материалы Всероссийской научной конференции (с участием иностранных ученых). - Иркутск: Изд-во Ин-та географии СО РАН, 2007. - Т. 2. - С. 39-42.
4. Грудинин М. И., Меньшагин Ю. В. Ультрабазит-базитовые ассоциации раннего докембрия. - Новосибирск: Наука, 1987. - 157 с.
5. Кузнецова Ф. В. Гранулитовый комплекс Юго-Западного Прибайкалья. -Новосибирск: Наука, 1981. - 184 с.
6. Лавренчук А.В. Программа для расчета динамики внутрикамерной дифференциации основной магмы «PLU-TON» // Тезисы докл. Второй Сибирской междунар. конф. молодых ученых по наукам о Земле. - Новосибирск, 2004. - С. 105-106.
7. Леснов Ф. П. Редкоземельные элементы в ультрамафитовых и мафито-вых породах и их минералах. Книга 1. - Новосибирск: Академическое изд-во «Гео», 2007. - 403 с.
8. Френкель М. Я., Арискин А. А., Бар-мина Г. С., Коркина М. И., Коптев-Дворников Е. В. Геохимическая термометрия магматических пород -принципы метода и примеры приме-нения//Геохимия, 1987. №11 - С. 1546-1562.
9. Шестаков Ю. Г. Математические методы в геологии. - Красноярск: Изд-во Краснояр. ун-та, 1988. - 208 с.
Рецензент: доктор геолого-минералогических наук, профессор НИ ИрГТУ А.Н.Иванов
