CC BY
37
46
устойчивое развитие
УДК 550.4:551.24: 551.2 йй110.2367ШМС.2019.3.36003
УСЛОВИЯ ОБРАЗОВАНИЯ И ТРАНСПОРТИРОВКИ РАСПЛАВА К ПОВЕРХНОСТИ ЗЕМЛИ ПРИ ФОРМИРОВАНИИ ГРАНИТОИДОВ КАВКАЗСКИХ МИНЕРАЛЬНЫХ ВОД А.М. Курчавов*, Е.В. Толмачева**, А.И. Якушев***
Аннотация. Гоанитоиды КМВ представлены сиенит-граносиенит-щелочно-гранитной ассоциацией. Давший их расплав сформировался в две стадии. Изначально он был насыщен летучими компонентами преимущественно углекислого состава и хлором. Это способствовало его быстрому подъему к поверхности земли и расслоению с образованием полосчатости. Первичные отношения изотопов Эг и Nd, обильные и разнообразные ксенолиты, цирконы с более древними ядрами, нарушения изотопных равновесий Аг и Эг свидетельствуют, что расплав явился результатом преобразования разнородного исходного материала, главным образом корового происхождения. В то же время близость изотопных отношений Эг у разных типов гранитоидов, близость состава разноокрашенных полосок, идентичность содержания и характера распределения в них РЗЭ говорят о высокой степени гомогенезированности расплава. Кристаллизация его начиналась с выделения короткопризматических цирконов, апатита, сфена, затем пироксенов при температурах 1 2800 С ± 100 С и давлении более 5 кбар. Позднее образовывались длиннопризматические цирконы, плагиоклаз, амфибол, биотит - при температуре 1010-950° С и давлении 5-3 кбар. Взаимодействие расплава с породами эвапаритовой толщи юры - миоцена при движении к поверхности земли привело к его обогащению р В, Э, Эг, Ва. Дальнейший подъем магмы к поверхности земли сопровождался интенсивным катаклазом вкрапленников, неравномерным распределением в расплаве флюида, который обогащал отдельные полосы и струи. В менее обогащенных флюидом (темноокрашеных) полосках деформация вкрапленников более интенсивная, чем в обогащенных (светлоокрашенных) полосках. Температура гомогенизации РВ в лейстах плагиоклаза темноокрашенных полосок колеблется от 9000 С до 8500 С, а светлоокрашенных полосок - в пределах 880-8200 С. Основная масса полосок состоит из одних и тех же минералов (полевые шпаты, пироксен, амфибол, биотит, кварц, магнетит), но в обогащенных флюидом (светлоокрашенных) полосках больше плагиоклаза и кварца, с чем и связана их более светлая окраска. В матриксе обедненных флюидом (темноокрашенных) полосок больше темноцветных минералов, что придает им более темную окраску.
Ключевые слова: полосчатость гранитоидов, стадийность формирования расплава, состав включений, генерации цирконов.
ВВЕДЕНИЕ
Одна из фундаментальных задач современной петрологии заключается в раскрытии процесса формирования магматического расплава по мере его продвижения от места зарождения к поверхности земли.
В этом отношении гранитоиды Кавказских Минеральных Вод (КМВ) исключительно информативны. Были раскрыты основные черты строения слагаемых ими тел, состав пород, их геохимические и изотопные характеристики [3; 4; 5; 8; 9; 10; 14]. Были высказаны положения о значительном влиянии на состав гранитоидов процессов ассимиляции вмещающих отложений [14]. Подчеркивалось, что фракционная кристаллизация дополнялась флю-идно-магматическим взаимодействием и сопровождалась контаминацией расплава материалом вмещающих пород [10], чем объясняется также на-рушенность изотопных равновесий [4; 9].
В то же время не нашла должного отражения специфическая особенность гранитоидов КМВ -повсеместно проявленная их полосчатость (рас-слоенность) и причина этого явления.
Полученные нами наблюдения о составе и степени флюидонасыщенности соседствующих раз-ноокрашенных полосок, взаимоотношениях разных генераций цирконов с другими минералами и содержании в них РЗЭ, составе и температуре гомогенизации газово-жидких включений в минералах, в совокупности с данными предшествующих исследований, позволили поставить задачу выявления текстурно-вещественных признаков условий зарождения и стадийности формирования расплава в процессе его транспортировки к поверхности земли. Это имеет принципиальное значение для познания закономерностей становления магматических тел не только КМВ, но и других регионов.
ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ПОЗИЦИЯ ГРАНИТОИДОВ КМВ
Гранитоиды КМВ, известные также в литературе как лакколиты КМВ или Пятигорья, представлены сиенит-граносиенит-щелочно-гранитной ассоциацией. Они расположены в южной части Скифской платформы и являются наиболее северными проявлениями позднекайнозойского магматизма
* Курчавов Анатолий Михайлович - д. г.-м. н., в. н. с. Института геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии Российской академии наук (ИГЕМ РАН).
** Толмачева Елена Васильевна - к. г.-м. н., ст. н. с. Института геологии и геохронологии докембрия Российской академии наук (ИГГД РАН) (Helena-Tolmacheva@yandex.ni).
*** Якушев Антон Игоревич - н. с. Института геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии Российской академии наук (ИГЕМ РАН).
ТОМ 19
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11 12
13
14
1 - тела сиенитового, 2 - щелочногранитного, 3 - граносиенитового состава, 4 - лейкограниты. Не вскрытые эрозией: 5 - сиениты, 6 - щелочные граниты, 7 - граносиениты, 8 - лейкограниты. 9 - разломы. Осадочные отложения: 10 - четвертичные, 11 - неогеновые, 12 - палеогеновые, 13 - меловые, 14 - речная сеть
Рис. 1. Геологическая схема района расположения лакколитов КМВ по (Носова и др., 2005)
Предкавказья. Как и все позднекайнозойские магматические проявления Кавказа и Предкавказья они приурочены к Транскавказской системе поперечных глубинных дислокаций земной коры. Появление позднекайнозойского магматизма в пределах платформы обусловлено наличием здесь зоны повышенной проницаемости в узле пересечения Транскавказских субмеридиональных глубинных расколов и субширотного Терского глубинного разлома и воздействием на континентальную кору мантийного плюма [Богатиков и др., 2010]. Возникшая система глубинных разломов предопределила особенности строения Кавмин-водской структуры. В целом намечается ее асимметричность с двумя концентрами (рис. 1). Ам-фиболовые граниты (массивы Бештау, Джуца) и лейкограниты (массивы Козьи Скалы, Шелудивая)
тяготеют к центральной и к северо-западной части структуры (лейкограниты массива Бык, некоторые дайки массива Кинжал), в то время как более основные - сиенитовые разности сосредоточены на востоке ее (массивы Золотой Курган, Трахитовые горки). Промежуточные разности - граносиениты (массивы Змейка, Развалка и др.) расположены между этими крайними разновидностями пород. Гранитоиды прорывают чехол Скифской платформы, представленный эвапаритовой толщей верхов мезозоя - нижнего миоцена. Время их внедрения - 8.3 млн лет назад [2, 9]. Где контакты гранито-идных тел с вмещающими отложениями крутые -видимых изменений вмещающих пород не видно, а где контакты более пологие - распространены датолитовые скарны (юг Змейки, Золотой Курган, Верблюд, Бештау) и грейзены (Бык). Наблюдаются
ТОМ 19
48
устойчивое развитие
также флюоритсодержащие брекчии (Шелудивая).
Гранитоиды слагают штоки, реже - дай-кообразные тела. По данным низкочастотного микросейсмического зондирования штока Бештау выявлена и реконструирована корневая система, уходящая вертикально на глубины более 20 км до границы с мантией и включающая не только подводящие каналы, но и вероятные магматические очаги [13].
ВЕЩЕСТВЕННЫЕ ОСОБЕННОСТИ ГРАНИТОИДОВ КМВ
Петрографические, минералогические и изотопные особенности гранитоидов КМВ детально рассмотрены ранее [3; 4; 5; 8; 9; 10; 14]. Гранитоиды КМВ представлены тонкокристаллическими порфировидными разно- „ „ ,. „„„
Рис. 2. Тонкая полосчатость гранитоидов КМВ стями состава от сиенитов до граносиенитов а ■■«.иллаил.. о ртппи/пнио тчи
" г Вверху - восток-северо-восточный склон г. Змейка. Внизу - ка-
и щелочных гранитов. Все разновидности рьер на юго-западном склоне западной вершины г. Верблюд. Фото имеют порфировидные структуры и содер- а.М. Курчавова жат от 10 до 30 % вкрапленников, представленных в лейкогранитах плагиоклазом, калиевым полевым шпатом и кварцем, к которым в гранитах присоединяется роговая обманка (паргасит - ферроэденит), а в граносиенитах и сиенитах - биотит (флогопит), клинопи-роксен (диопсид и салит). Среди акцессори-ев - циркон, апатит, сфен, магнетит, топаз. Вкрапленники равномерно распределены в породе и идентичны по составу в различно окрашенных полосах: окраска полос связана исключительно с окраской основной массы. Все гранитоиды обогащены Бг и Ва. При ро-восточный склон). Фото АМ Курчавова этом граносиениты обогащены крупноионными литофильными элементами, но обеднены высокозарядными элементами, типичными для гранитов А типа. Граниты сохраняют многие геохимические особенности граносиени-тов, но их геохимический облик ближе к коро-вым выплавкам Б типа, за исключением явно выраженного обогащения Бг и Ва. Гранитоиды насыщены летучими компонентами как в валовых пробах породы, так и в ряде минералов. В породе отмечены Р (до 0,38 мас. %), Б (до 0, 4 мас. %), СО2(до 1,78 мас. %), вода (около 1 мас. %) [10; 14]. Во вкрапленниках амфиболов содержание Р составляет 0,7-1,64 мас. %, в слюдах - до 7,76 мас. % [10].
ТЕКСТУРНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ГРАНИТОИДОВ КМВ
Отличительная черта всех гранитоидных тел - прекрасно выраженная полосчатая текстура за счет чередования темно- и светлоокрашенных полосок {рис. 2). Полосчатость Рцс 4 характер проявления темноокрашенных
нередко образует складки (рис. 3). Темноокра- полосок в гранитоидах КМВ
шенные полоски - часто укороченные и напо- на фото А.М. Курчавова - обнажения горы Змейка
Рис. 3. Полосчатость, образующая складки
Слева - г. Шелудивая (южное подножье), справа - гора Змейка (севе-
ТОМ 19
КР И' ^ П1 С21' ПП'
наблюдаются более темные «затеки» из контактовой зоны между основной массой и вкрапленниками. Эта полоска не затрагивает вкрапленники, что свидетельствует об ее образовании после кристаллизации вкрапленников.
Замеры пространственной ориентировки полосчатости пород позволили существенно уточнить особенности строения слагаемых тел (в данном примере массив г. Змейки), однозначно свидетельствуя о штокообразном залегании (рис. 5).
Флюидонасыщенность светлых и темных полос (н/магнитная и эл/магнитная фракции) резко различна (таблица 1, рис. 6). В сумме флюидонасыщенность в высокотемпературной области (Т = 550-700° С) составляет 14.8 условных единиц (усл. ед.) в светлых и 0.33 усл. ед. в темных полосах (таблица 1). В обогащенных флюидом (светлых) полосах основная масса более зернистая, кристаллизовалась несколько позднее и при более низких температурах, чем в обедненных флюидом (темных) полосах. В последних основная масса более тонкозернистая, вкрапленники более интенсивно деформированы, их поверхность меньше корродирована. И хотя основная масса полос, обогащенных и обедненных флюидом, состоит из одних и тех же минералов (полевых шпатов, пироксена, амфи-
Рис. 5. Схема геологического строения г. Змейка
Условные обозначения: 1 - полосчатые граносиенит-пор фиры, 2 - прибортовые брекчии, 3, 4 - зоны ороговикования бола, чешуек биотита, рассеянных кристаллов маги скарнирования, 5 - нижнемиоценовые мергели, 6 - разло- нетита и кварца в интерстициях между ними), соот-мы, 7 — элементы залегания полосчатости ..„...„....„ ..„,.,„,, „-■-...... „ ....„
ношения между этими минералами в них разные.
Основная масса светлых полос содержит больше
минают фьямме в иг-нимбритах. На границе со светлыми полосками они имеют эндоконтак-товую зону (мощностью около 1 см) более плотного сложения и более темного цвета, чем основная масса. Зона перехода от контактовой зоны к светлым полосам более резкая, чем к темным (рис. 4) [6]. В темных полосах
Таблица 1
Флюидонасыщенность разноокрашенных полосок. Гора Верблюд
Фракции Окраска полос Температурные интервалы газовыделения и коэффициенты флюидонасыщенности в них (Бусл.ед.) Сумма Б усл.ед.
Не- магнитная темная 225-360 Б=0.8 нет 575-675 Б=0.18 Б=0.98
светлая 150-340 Б=5.6 нет 550-700 Б=13.4 Б=19.0
Электромагнитная темная 225-363 Б=2.5 420-480 Б=0.05 590-635 Б=0.15 Б=2.7
светлая 150-335 Б=40.0 375-410 Б=0.7 590-640 Б=1.4 Б=42.1
Таблица 2
Пример резкого различия состава соседних разноокрашенных полосок. Образец 128 взят в карьере на юго-западном склоне западной вершины горы Верблюд
Данные хим. анализов Данные РФА
~ . ..у" ■ \
, ■ ." " V
л * V* V- ' V —в' й■
--
1>ЧММе ЦНПККЯ 4 немии ■ОЛНК1 Темные II№ ИСКИ Светлая ПОЛОСКИ
128-Ь ргл-н 11*. 1" 1 рглксс Н1 3 12А-А 128/6 128/н 128/г 128/д Сред. 4 128/а
■,¡11. 66,32 66,Л5 66,19 66.42 6632
ti.Hl> Ь5.М ЛМ.4Н1
тю4 0,40 0.41 0.41 0,38 0,40 0.30
г/о, О^В 11.411 0.47 11.4]
Л1.0, 15.26 15Д0 1539 15,36 15Л 14.54
Л|.Г>, ил 14-1И 14.4) N.411
Р'Л 2,48 г.47 2,46 2,47 2,47 2.10
Т*Рг ш I.» 1.2 К
№0 1.05 1,10 1Д15 1 :■': М(0 1,55 1,61 132 1,46 1.М 1,46
МжО 1Л 1,55 № О!
(.О гл1 2_Ю 2,и 1,111 Г «о 1Д1 2,31 2.2» 2.21 2.28 2»0Э
1,11 9,1« «114 5.09 5.2й 4.20 4,22 4.24 4,26 4,23 4.45
к,о 7,« Н.Л5 7,37 ЬМ к,о 6.42 637 6.39 6,39 ич 537
¡'.О, 0,41 0,46 М7 »..VI ¡>-41 0.35 033 03« 0«35 •-15 0,2К
ТОМ 19
50
устойчивое развитие
Ttvu.HH полоса, электромагнитная
t I
¿v -
¡емнзн полоса, иемагинтная фракция
j-i jlV
№23
iH » № <н m
Сн*лпая полоса, элепроматитнэя фракция
Светпэн лолосз. немагнитная фракция
' F^fflTWtffl
Рис. 6. Характер распределения флюидонасыщенности в разноокрашенных полосках. Гора Верблюд
плагиоклаза (№ 28-32) и кварца и потому более светлая. В основной массе темных полос больше пироксена, сфена, что и придает ей темную окраску.
По химическому составу в некоторых случаях эти полоски существенно отличаются друг от друга, причем это фиксируется разными химическими методами (таблица 2). В большинстве же случаев состав соседствующих разноокрашенных полосок основной массы пород близок (таблица 4). В целом, можно говорить лишь о некоторых тенденциях к обогащению светлых полосок кремнеземом, натрием, РЬ, ТИ и к обеднению - Мд, Ва. Близки содержания и характер распределения редкоземельных элементов в разноокрашенных полосках (таблица 3, рис. 7). Обращает на себя внимание, что рисунок распределения РЗЭ во всех случаях идентичен (см. рис. 7 и 8).
СОСТАВ И ТЕМПЕРАТУРЫ ГОМОГЕНИЗАЦИИ РАСПЛАВНЫХ И ФЛЮИДНЫХ ВКЛЮЧЕНИЙ В МИНЕРАЛАХ
Все минералы вкрапленников содержат обильные расплавные (РВ) и флюидные (ФВ) включения, систематизированные в таблице (таблица 6). Цирконы часто состоят из корродированных ядер и оболочек (рис. 9, № 1). Поверхность ядер цирконов часто облеплена полностью раскристаллизованными
РВ, внутри ядер наблюдаются вторичные РВ и ФВ, образовавшиеся в результате проникновения в них по трещинам расплава и флюида. В оболочках присутствуют редкие первичные полностью раскристаллизован-ные РВ и субмикроскопические включения сжиженной С02. В пи-роксенах, кроме включений ко-роткопризматического циркона и апатита, присутствуют многочисленные первичные полностью раскристаллизованные РВ с флюидной фазой. Температура гомогенизации РВ одинакова в светлых и темных полосах и составляет 1 280 ± 10° С (среднее из 4 измерений). В нескольких кристаллах пироксена обнаружены пузырьки сжиженной С02. Присутствие в пироксенах РВ с флюидной фазой (вероятно, жидкой С02) свидетельствует об их кристаллизации до проявления в расплавах интенсивной дегазации, а наличие первичных ФВ с жидкой С02 позволяет предположить, что давление при их кристаллизации было не менее 5 кбар. В сфенах присутствуют единичные мелкие (2-3 мкм) первичные РВ с флюидной
фазой.
В длиннопризматическом цирконе присутствуют сингенетичные с ними ФВ газовой, реже газовожид-кой СО2. Кроме того, в длиннопризматических цирконах наблюдаются затеки остаточного расплава
Таблица 3
Содержание РЗЭ в темных (128-Б,В,Г.Г/1) и светлых (128-А) полосках гранитоидов горы Верблюд (см. таблица 2)
12 8-A 128-Б 128-B 128-1 128-171
La 63,93 66,18 66.67 69,19 69,72
Се 111,22 113,14 115,29 118,75 119,75
Рг 11,39 11,72 11,76 12.08 12,22
Nd 41,07 42,87 42,69 43,93 44.47
Sm 7,08 7.46 7.43 7,63 7,74
Eu 1,83 2,13 2,14 2,2 2,22
Gd 5,7 6,07 5,97 6,17 6,21
Tb 0,62 0,67 0,67 0.68 0.69
Dy 2,59 2,77 2,75 2,8 2,83
Ho 0,43 0,46 0,45 0.46 0,47
Er 1,17 1,25 1,24 1,26 1,28
Tm 0,14 0,14 0,14 0,14 0,15
Yb 0,9 0,92 0.93 0,94 0,96
Lu 0,13 0,13 0,13 0,13 0,13
ТОМ 19
иЮ СЙ
ю.ю
1.ю *
Рис. 7. Характер распределения РЗЭ в темных (вверху) и светлых (внизу) полосках
в образце 128 на горе Верблюд (см. таблица 3).
флкшртсцен тин и^ю.л (шдлэсзнь. Д гори я 0.5 зз1 ч! г першгии. тс-чиа 2Ф7
11 Я »л та е-п | Горд Точи I 20? н
-сея-гро-амточюлП склон г ерь: в I ил
20$ - кфьер ил нее гок-с»еро воезочнеш экземе ■ЙТ перста:
ТОМ 19
52
устойчивое развитие
Рис. 8. Характер распределения РЗЭ (нормированных по хондриту) в темных (вверху) и светлых (внизу) полосках гранитоидов КМВ (см. таблица 5).
по осям кристаллов, что характерно для вулканогенных пород. В амфиболах и плагиоклазах с включениями длиннопризматического циркона многочисленны сингенетичные первичные полностью раскристаллизованные РВ без флюидной фазы и ФВ, а также многочисленные вторичные РВ и ФВ. Температуры гомогенизации первичных РВ во вкрапленниках амфибола одинаковы в светлых и темных полосах - 1 010-950° С (10 измерений).
Флюид, отделившийся от расплава, был гетерогенным: он состоял из сингенетичных включений водных растворов солей с кристаллами тех же солей и углекислотных включений (рис. 9, обр. 5). Гетерогениза-ция флюида происходила при давлениях не более 2.5-3.0 кбар, так как снижение давления до этих величин приводит к проявлению несмесимости во флюиде. Солевые фазы в во-дносолевых включениях представлены NaCl, реже KCl, апатитом, недиагностированными минералами. Концентрация солевых фаз в водносолевых включениях варьирует, но не менее 50 мас. % в экв. NaCl. Температура гомогенизации первичных водносолевых включений в плагиоклазах 620 ± 30° С. Следовательно, вкрапленники
плагиоклаза кристаллизовались при температуре не менее 620 ± 30° С, но, по-видимому, при более высоких температурах и при участии гомогенного флюида, перегретого выше температуры гомогенизации водносолевого флюида во включениях. Причины, приводящие к гете-рогенизации флюида, могут быть разными, но в данном случае основной причиной является резкое снижение давления (от 5 кбар и более до 2.5-3.0 кбар), приводящее к снижению растворимости солей щелочных металлов и углекислоты во флюиде.
ОСОБЕННОСТИ ЦИРКОНОВ ГРАНИТОИДОВ КМВ
Еще одна примечательная черта гранитоидов КМВ - присутствие разных генераций первично магматических цирконов: короткопризма-тических и длиннопризматических. Многие цирконы содержат переработанные ядра более древних цирконов (рис. 9). Короткопризма-тические цирконы заключены в пи-роксенах, а длиннопризматические ассоциируют с плагиоклазами, роговой обманкой. Различие по времени образования подтверждается наблюдениями над температурой гомогенизации расплавных включений в минералах (таблица 6). Температура гомогенизации первичных РВ в пироксенах, заключающих короткопризматические цирконы, составляет 1 280 ± 100 С, а в амфиболах, с которыми ас-
Таблица5
Содержание РЗЭ в темных и светлых полосках гранитоидов КМВ
1-Ü-Mu iii'i 1ВД 101 Ii 191« iqwi IHH №1
U «LH Ut>4 HL« SS.fll id шм Я.Т (LH
Сс LU.5 LIT,8 IOIJ LÖ+j HJ.T IHW UB I14J
J*r нл j(H tl.M li^i TUM» I0A» Iii» U£1
Nd Wt JJ4? 41,44 4] Л WJi tt,{n 4JJH
Srfi tM 7,47 Mi 4.H 4,4 0.J U1 fl.KS
Ku м 1.Ш Li l.Si 1.41 ill I.SS 3.11 t.M
ftd о J.ilT 4Д1 + 13 AM 4M sJi 4г7Уь
од fl.fiS OJ* <W Cl,5t OJT W* V U1
■J) и* 2, 3J9 Wl 3.4 2Jt 3JT :JI 2A%
Ii» 9J9 a.* Г-Ч й/Я W UM IMF tfl
Er tt.42 IJ01 ÖL4 Iii! 0,99 O.tH Ml I.W
Tai а,] 5 Mi OLM 0,u flL M O.H 0,34 Ü.l* 0,1»
Vb eis« CVH ш 0.1) DJr 0.» 0,41 0.4) 0,91
Lu in 0,11 Olli Q.Si № 0,1 J 0,1 J 0,14 0,14
Примечание:
Выполнены в ИГЕМ РАН на приборе ICPMS. Гора Змейка, карьер на северо-восточном склоне горы: 101/10, 109/1 - темные полоски, 101/5, 101/9, 109/1, 109, 109а - светлые полоски; восточный склон горы; 130/1 - темная полоска. Гора Верблюд, юго-восточное подножье восточной вершины: 125/1 - светлая полоска, 125/2 - темная полоска
ТОМ 19
Таблица 6
Температуры гомогенизации включений, их состав, последовательность и условия кристаллизации минералов гранитоидов КМВ
Кристаллизующиеся минералы Типы первичных включений Р-Т- условия захвата включений и особенности кристаллизации минералов
Циркон (короткопризматический), апатит РВ ?
Вкрапленники сфена, пироксена РВ п.р. с флюидной фазой. Редкие ФВ жС02 Т гом. 1280 ± 100С (4 измерения РВ в пироксене), более 5 кбар. Кристаллизация в очаге генерации магмы. Т,Р одинаковы в светлых и темных полосках
Вкрапленники амфибола, плагиоклаза, циркона (длиннопризматического), биотита, магнетита Сингенетичные РВ п.р. без флюидной фазы и ФВ (гж Н20 + соли и г., гж. С02). Солевые фазы в водно-солевых включениях представлены ЫаС1, реже КС1 и рудными минералами (С не менее 50 мае. %в экв.КаСТ) Т гом. РВ = 1010 - 950°С (10 измерений в амфиболе). Р = 5 - 3 кбар. Кристаллизация в процессе подъема магмы и дегазации в ней. Т,Р одинаковы в светлых и темных полосках.
Деформация вкрапленников и формирование полосчатости в процессе продолжающегося подъема магмы (Т = 950 - 9000С)
Лейсты плагиоклаза в основной массе темных полосок. РВ п.р. Т гом. РВ = 900 - 850°С (2 измерения)
Лейсты плагиоклаза в основной массе светлых полосок РВ п.р. Т гом. РВ = 880 - 820°С
Примечание:
РВ п.р. - полностью раскристаллизованные расплавные включения. ФВ - флюидные включения (гж -газово-жидкие, г - газовые, ж - жидкие). Т гом. РВ - температура гомогенизации расплавных включений.
Рис. 9. Минералы и включения в них
1 - короткопризматический циркон с ядром, облепленным полностью рас-кристаллизованными расплавными включениями, 500Ч; 2 - первичное расплавное полностью раскристалли-зованное включение во вкрапленнике пироксена, 1000Ч; 3 - длиннопризма-тический циркон с затеком остаточного расплава (без флюидной фазы), 500Ч; 4 - сингенетичные РВ, ФВ в периферической части зонального вкрапленника плагиоклаза, 1000Ч; 5 - сингенетичные высококонцентрированные первичные водно-солевые и газовые включения в плагиоклазе, 1000Ч; 6 - изогнутый вкрапленник биотита с магнетитом во флюидаль-ной основной массе, 250Ч; 7 - затеки остаточного расплава (и флюида) по трещинам во вкрапленник амфибола, 500Ч; 8, 9 - более крупнозернистая основная масса в светлых полосках (8) и более мелкозернистая в темных (9), 500Ч; 10, 11 - разная степень коррозии поверхности вкрапленников в светлых (10) и темных (11) полосах, 250Ч; 12 -пористая текстура основной массы в светлых полосах, 250Ч.
ТОМ 19
54
устойчивое развитие
IM -
Пал t ¡DiTae^i лдин»м-пршшшигит икр«;«»
IICJl Ii fOCIJL'-OU
liipm 4cmpn5«aTH«fCMHK
цнрксчноы
1 I I г | l I l | ] l l Г" U Cr Pr Md im EU Gd
TT'T' T I T 1 Г [ 1
Di ir Mi LH
Рис. 10. Характер распределения РЗЭ
в ранних (короткопризматических) (крестообразная штриховка) и поздних (длиннопризматических) (синее поле) цирконах
социируют длиннопризматические цирконы, равна 1 010-950° С и одинакова у амфиболов светлых и темных полосок. Определение содержания РЗЭ в отобранных чистых (от включений древних ядер) цирконах показало заметное различие их в разных генерациях при общем сходном характере распределения (рис. 10). Ранние цирконы обеднены РЗЭ, а поздние (длиннопризматические) цирконы обогащены этими элементами. Также особенно заметно меняется содержание ТИ, и, ЫЬ, Ва, Бг у ранних и поздних цирконов. Так, вариации ТИ в ранних цирконах колеблются в пределах 48-157 ррт, а в поздних - 201-2 808 ррт. Содержания и в ранних цирконах варьируют в пределах 136-1067 ррт, а в поздних - уже в пределах 2 212-5 943 ррт. Заметна также тенденция к обогащению поздних цирконов ЫЬ, Ва, Бг.
ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ И ВЫВОДЫ
Наличие полосчатости в гранитоидах КМВ говорит о высокой подвижности расплава вследствие насыщенности его летучими компонентами. Наличие полосок позволяет предположить изначальную гетерогенность субстрата, давшего расплав. Об этом свидетельствует более резко проявленная полосчатость пород в местах с обильными ксенолитами, наличие цирконов с более древними ядрами. Этим объясняется неуравновешенность начального изотопного состава Аг и Бг [9]. В то же время отсутствие резких различий в химизме полосок говорит о высокой первоначальной гомогенности расплава. Это подтверждают также практически
идентичный изотопный состав Sr в сиенит-, гра-носиенит- и гранит-порфирах и сходный характер распределения РЗЭ в разноокрашенных полосках.
Изотопные данные и геохимические особенности гранитоидов КМВ свидетельствуют о преимущественно коровой природе породившего их расплава [4; 9; 10]. Об этом говорят высокие отношения изотопов стронция (87Sr/86Sr = 0.7082 - 0.7086, [4; 11]) и отрицательные значения £Nd(T), варьирующие от -4,2 до -2.1 [4].
Соотношения между минералами и разные температуры гомогенизации содержащихся в них расплавных включений позволяют проследить последовательность кристаллизации вкрапленников в гранитоидах (таблица 6). Первыми кристаллизовались из расплава короткопризматические идиоморфные кристаллы циркона, игольчатые кристаллы апатита, идиоморфные кристаллы сфена и пироксена. Размеры их не превышают 0.1 мм. Все эти минералы содержат первичные, часто субмикроскопические (в среднем менее 1-2 мкм) расплавные, полностью раскристаллизованные включения с флюидной фазой. В кристаллах пироксена, в которых расплавные включения (РВ) немного крупнее, Т гомогенизации РВ с флюидной фазой составляет 1 280 ± 10° С (среднее из 4 измерений) и одинакова в светлых и темных полосах. В нескольких кристаллах пироксена в РВ обнаружены пузырьки, представленные, судя по оптическим признакам, сжиженной СО2. Присутствие в этих минералах РВ с флюидной фазой позволяет предположить их кристаллизацию до проявления в расплавах интенсивной дегазации, обусловленной перемещением расплавов вверх, а присутствие в РВ жидкой фазы СО2 свидетельствует о том, что давление при их кристаллизации было не менее 5 кбар [12].
Позднее кристаллизовались более крупные (0.5-1.5 мм.) вкрапленники амфибола и плагиоклаза, захватывающие идиоморфные мелкие кристаллы длиннопризматического циркона, а также апатита, сфена, пироксена и многочисленные первичные РВ, полностью раскристаллизо-ванные, без флюидной фазы, и сингенетичные с ними флюидные включения (ФВ). Очевидно, магма была флюидонасыщена, так как на поверхности захваченных минералов (например, циркона) наблюдаются как РВ, так и ФВ. Температуры гомогенизации РВ во вкрапленниках амфибола одинаковы в светлых и темных полосах и колеблются в интервале 1 010-950° С (10 измерений). Давление оценивается в пределах 5-3 кбар (таблица 6) [8]. Кроме того, на этом этапе флюид был, по-видимому, гетерогенным, так как в цепочках первичных Фв наблюдаются сингенетичные высококонцентрированные водно-солевые газо-во-жидкие (Н20+соли) и более многочисленные существенно газовые (СО2) включения. Солевые фазы в водно-солевых включениях представлены NaCl, реже KCl, и рудными минералами. Концен-
ТОМ 19
трация хлоридов в водно-солевых включениях сильно варьирует, но была не менее 50 мас. % в экв. ЫаС!. Температура гомогенизации первичных водно-солевых включений в плагиоклазе равна 620 ± 30° С. Гетерогенизация флюида позволяет предположить, что давление при кристаллизации амфибола и плагиоклаза было не более 3.0 кбар. Таким образом, кристаллизация вкрапленников амфибола и плагиоклаза происходила из гетерогенной среды (расплава и отделившегося от него флюида), что связано с проявлением дегазации в магме в процессе ее подъема и связанной с этим декомпрессии. Подъем магмы был быстрым и дегазация была интенсивной, о чем свидетельствует многочисленность в них первичных ФВ.
Кроме того, во вкрапленниках амфибола и плагиоклаза часто наблюдаются затеки остаточного расплава по трещинкам, вторичные расплавные включения и многочисленные цепочки вторичных включений. Температуры гомогенизации вторичных водно-солевых включений колеблются в интервале 580°- 420° С.
Несколько позднее (или одновременно с амфиболом и плагиоклазом) кристаллизовались вкрапленники биотита и идиоморфные кристаллики магнетита, образующие срастания, состоящие из одного кристалла биотита с множеством мелких кубических идиоморфных кристаллов магнетита в нем, расположенных по зонам роста в биотите или на поверхности зерен. Они кристаллизовались из остаточного расплава, судя по присутствию затеков расплава и вторичных флюидных включений между пластинками в биотите.
Таким образом, одинаковый минеральный состав вкрапленников в темных и светлых полосах, одинаковые температуры гомогенизации РВ в них и одинаковая последовательность кристаллизации минералов свидетельствуют о едином магматическом очаге различно окрашенных полос.
Дальнейший подъем магмы с вкрапленниками сопровождался не только дегазацией, но также интенсивным дроблением и дезинтеграцией более крупных вкрапленников плагиоклаза, появлением субпараллельных изогнутых пластинок биотита, выносом из вкрапленников первичного флюида в межзерновые пространства, внедрением в образовавшиеся при деформациях трещины во вкрапленниках остаточного расплава и флюида и образованием вторичных расплавных и флюидных включений. Главное, это приводило к неравномерному распределению флюида в остаточном расплаве - образованию полос (струй), обогащенных или обедненных флюидом, создающим полосчатую текстуру кристаллизующейся основной массы.
При прохождении расплава сквозь эвапаритовую толщу юры - миоцена он, заимствуя и перерабатывая эти породы, обогащался фтором, бором, серой, а также Бг и Ва.
Неоднородность субстрата при движении расплава к поверхности земли привела к его расслоению в виде разноокрашенных полосок разной степени флюидонасыщенности. Высокая флюи-донасыщенность расплава способствовала его быстрому подъему и расслоенности, а различия в насыщенности флюидами основной массы (раз-ноокрашенных) полос обусловили разные условия и время ее кристаллизации, разные структурно-вещественные особенности и, соответственно, разную окраску полос.
Таким образом, изучение текстуры магматических пород, в данном случае полосчатое строение гранитоидов КМВ, позволяет предполагать высокую подвижность расплава, который в процессе длительного движения, а зарождение расплава происходило на глубинах порядка 20-15 км, начал расслаиваться, фиксируя тем самым разнородность породившего его субстрата. Изначально расплав был обогащен преимущественно углеродистыми производными и хлором. В дальнейшем, при прохождении сквозь эвапаритовую толщу позднего мезозоя - миоцена, расплав обогатился фтором, бором, серой, а также стронцием и барием. Дополнительное обогащение флюидами ускорило подъем расплава к поверхности земли и его расслоение.
Изучение флюидных и расплавных включений в минералах, взаимоотношений минералов и характер насыщенности их редкими элементами позволяет детальнее проследить процесс перемещения расплава и его кристаллизацию. В данном случае кристаллизация расплава началась с выделения вкрапленников при температуре 1 280 ± 10° С и давлении более 5 кбар и снижалась до 1 010-950° С во время кристаллизации амфиболов и плагиоклаза. Остаточный расплав насыщался летучими, РЗЭ, ТИ и и. Флюид распределялся в расплаве неравномерно с обособлением отдельных полос и струй. Первыми начали обособляться более темноокрашенные полоски при температурах 900-850° С, в то время как обособление светлоокрашенных полосок происходило в пределах 880-820° С.
Дальнейший подъем магмы к поверхности земли сопровождался интенсивным катаклазом выделившихся вкрапленников. При этом в менее обогащенных флюидом (темноокрашеных) полосках деформация вкрапленников более интенсивная, чем в обогащенных (светлоокрашенных) полосках.
Исследования проведены при финансовой поддержке РФФИ (проекты 08-05-00423 и 14-0500728), программ фундаментальных исследований Президиума РАН (программы 4 - 20102011 гг. и программы 18 - 2012-2014 гг.) и базовой тематики ИГЕМ РАН (1.15 П).
ТОМ 19
ЛИТЕРАТУРА
56
устойчивое развитие
1. Богатиков О.А., Курчавов А.М., Газеев В.М., Гурбанов А.Г., Докучаев А.Я., Носова А.А. Гзолого-петрографиче-ские особенности, позднемиоценовыхгранитоидов Кавказских Минеральных Вод и их связь с воздействием суперплю-ма //Доклады Академии Наук, 2010. Т. 432. № 3. С. 365-369.
2. Борсук А.М., Иваненко В.В., Карпенко М.И. и др. Прецизионные K - Ar датирование неогеновых интрузивов Транскавказской поперечной зоны и возможные геодинамические следствия //Доклады АН СССР, 1989. Т. 308. № 5. С. 1188-1191.
3. Гдологический атлас Кавказских Минеральных Вод // Отв. ред. Н.И. Пруцкий. Ессентуки: Министерство природных ресурсов Российской Федерации, федеральное государственное унитарное геологическое предприятие (ФГУГП) «Кавказгеолсъемка», 2003.
4. Дубинина Е.О., Носова А.А., Авдеенко А.С., Аранович Л.Я. Изотопная (Sr, Nd, O) систематика высоко - Sr -Вагранитоидовпозднемиоценовых интрузивов района Кавказских Минеральных Вод // Петрология, 2010, том 18, № 3. С. 22- 256.
5. Короновский Н.В., Молявко В.Г., Остафийчук И.А. Пе-
трохимические особенности и условия формирования неогеновых интрузивов района Кавказских Минеральных Вод //Изв. АН СССР. Сер. Геол. 1986. № 6, С. 39-51.
6. Курчавов А.М. Полосчатость лакколитов Кавказских Минеральных Вод и проблемы ее формирования // Магматизм и рудообразование. Материалы конференции, посвященной 125 - летию со дня рождения академика А.Н. Зава-рицкого. - М., ИГЕМ, 2009. С. 75-77.
7. Курчавов А.М. Проблемы формирования полосчатости кремнекислых вулканитов //Литосфера, 2010. № 3. С. 128134.
8. Курчавов А.М., Толмачева Е.В., Богатиков О.А., Котов А.Б. Особенности формирования гранитоидов Кавказских Минеральных Вод (по результатам изучения расплавных и флюидных включений в минералах) // Доклады Академии наук, 2013. Т. 452. № 3. С. 308-312.
9. Лебедев В.А., Чернышев И.В., Авдеенко А.С., Носова А.А., Докучаев А.Я., Олейникова Т.И., Гольцман Ю.В. Неуравновешенность начального изотопного состава Ar и Sr в сосуществующих минералов миоценовых гипабиссальных гранитоидов района Кавказских Минеральных Вод // Доклады академии наук, 2006. Т. 410, № 1. С. 95-100.
10. Носова А.А., Сазонова Л.В., Докучаев А.Я., Греков И.И., Гурбанов А.Г. Неогеновыепозднеколлизионные субщелочные гранитоиды района Кавказских Минеральных Вод: T - P - fo2 условия становления, фракционная и флю-идно-магматическая дифференциация//Петрология, 2005. Т. 13. № 2. С. 139-178.
11. Поль И.Р., Хесс Ю.С., Кобер Б., Борсук А.М. Происхождение и петрогенезис миоценовых трахириолитов (А-тип) из северной части Большого Кавказа //Магматизм рифтов и складчатых поясов. - М.: Наука, 1993. С. 108-125.
12. Рёддер Э. Флюидные включения в минералах. - М.: Мир, 1987. Т. 1/2. 560 с.
13. Собисевич А.Л., Собисевич Л.Е., Лиходеев Д.В. Флю-идно-магматические системы и вулканические центры Северного Кавказа // Вестник РФФИ. 2015.
14. Соболев Н.Д., Лебедев-Зиновьев А.А., Назарова А.С., Вилюнова Л.П., Баталов Ш.С., Брылина О.М., Афанасьева Л.К. Неогеновые интрузивы и домезозойский фундамент района Кавказских Минеральных Вод // Труды ВИМС. Новая серия. 1959. Выпуск 3. 211 с.
CONDITIONS OF FORMATION AND TRANSPORT OF MELT TO THE EARTH'S SURFACE DURING FORMING OF GRANITOIDS IN THE CAUCASIAN MINERAL WATERS A.M. Kurchavov*, E.V. Tolmacheva** , A.I. Yakushev***
* Dr, Institute of Geology of Ore Deposits, Petrography, Mineralogy and Geochemistry of Russian Academy of Sciences (IGEM RAS). Russia, Moscow (kam@igem.ru).
** PhD, Institute of Geology and Geochronology of Precambrian of Russian Academy of Sciences. Sankt-Petersburg (Helena-Tolmacheva@yandex.ru).
*** Researcher, Institute of Geology of Ore Deposits, Petrography, Mineralogy and Geochemistry of Russian Academy of Sciences (IGEM RAS). Russia, Moscow
Abstract. CMWgranitoids are represented by syenite - granosyenite - alkaline granitic association. There are two stages in the formation of the melt that created them. Initially it was saturated with volatile, predominantly carbonic, and chlorine. This contributed to its rapid rise to the surface of the earth and delamination with the formation of banality. Primary ratios of Sr and Nd isotopes, abundant and diverse xenoliths, zircons containing more ancient nuclei, violations of the Ar and Sr isotopic equilibria indicate that the melt was the result of a deep transformation of a heterogeneous starting material, mainly of crustal origin. At the same time, the proximity of the Sr isotopic ratios in different types of granitoids, the proximity of the composition of differently colored stripes, the identity of the content and distribution pattern of REEs indicate a high degree of homogenesis of the melt. Its crystallization began with the separation of short-prismatic zircons, apatite, sphene, then pyroxenes at temperatures of 1280 ° C ± 10 ° C and pressures of more than 5 kbar. The residual melt was saturated with volatile and rEe. Later, long-prismatic zircons, plagioclase, amphibole, biotite were formed at a temperature of 1010 - 950° C and a pressure of 5 - 3 kbar. The interaction of the melt with the rocks of the Jurassic -Miocene evaparite strata when moving to the surface of the earth led to its enrichment by xenoliths of varying degrees of processing and borrowing from the host rocks F, B, S, Sr, Ba. The further rise of magma to the earth's surface was accompanied by an intense cataclase of released phenocrysts, an uneven distribution of fluid in the melt, which enriched individual bands or streams. In the less enriched (dark-colored) strips of fluid, the phenocrysts are more intense than in the enriched (light-colored) strips.The temperature of homogenization of RV in the sheets of plagioclase of dark-colored strips varies from 9000 С to 850 С, and light-colored strips - within 880 - 8200 С. The main mass of strips of different colors consists of the same minerals (feldspars, pyroxene, amphibole, biotite, quartz, magnetite), but in the (light-colored) strips enriched with fluid, more plagioclase and quartz are found, with which they are lighter in color. In the fluid-depleted (dark-colored) strip, there are more dark-colored minerals, which gives it a darker color. Keywords: Granitoids banding, melt formation stages, composition of inclusions, zircon generation.
ТОМ 19
REFERENCES
1. Bogatikov O.A., Kurchavov A.M., Gazeev V.M., Gurbanov A.G., Dokuchaev A.YA., Nosova A.A. Geologo-petrograficheskie osobennosti, pozdnemiocenovyhgranitoidov Kavkazskih Mineral'nyh Vod i ih svyaz' s vozdejstviem superplyuma // Doklady Akademii Nauk, 2010. T. 432. № 3. S. 365-369.
2. Borsuk A.M., Ivanenko V. V., Karpenko M.I. idr. Precizionnye K-Ardatirovanie neogenovyhintruzivov Transkavkazskoj poperechnoj zony i vozmozhnye geodinamicheskie sledstviya //Doklady AN SSSR, 1989. T. 308. № 5. S. 1188-1191.
3. Geologicheskij atlas Kavkazskih Mineral'nyh Vod //Otv. red. N.I. Pruckij. Essentuki: Ministerstvo prirodnyh resursov Rossijskoj Federacii, federal'noe gosudarstvennoe unitarnoe geologicheskoe predpriyatie (FGUGP) «Kavkazgeols» emka», 2003.
4. Dubinina E.O., Nosova A.A., Avdeenko A.S., Aranovich L.YA. Izotopnaya (Sr, Nd, O) sistematika vysoko - Sr -Bagranitoidovpozdnemiocenovyh intruzivov rajona Kavkazskih Mineral'nyh Vod // Petrologiya, 2010, tom 18, № 3. S. 22- 256.
5. KoronovskijN.V., Molyavko V.G., Ostafijchuk I.A. Petrohimicheskie osobennosti i usloviya formirovaniya neogenovyh intruzivov rajona Kavkazskih Mineral'nyh Vod//Izv. AN SSSR. Ser. Geol. 1986. № 6, S. 39-51.
6. Kurchavov A.M. Poloschatost' lakkolitov Kavkazskih Mineral'nyh Vod i problemy ee formirovaniya // Magmatizm i rudoobrazovanie. Materialykonferencii, posvyashchennoj 125-letiyuso dnya rozhdeniya akademika A.N. Zavarickogo. - M., IGEM, 2009. S. 75-77.
7. Kurchavov A.M. Problemy formirovaniya poloschatosti kremnekislyh vulkanitov // Litosfera, 2010. № 3. S. 128-134.
8. Kurchavov A.M., Tolmacheva E.V., Bogatikov O.A., Kotov A.B. Osobennosti formirovaniya granitoidov Kavkazskih Mineral'nyh Vod (po rezul'tatam izucheniya rasplavnyh i flyuidnyh vklyuchenij v mineralah) // Doklady Akademii nauk, 2013. T. 452. № 3. S. 308-312.
9. Lebedev V.A., CHernyshev I.V., Avdeenko A.S., Nosova A.A., Dokuchaev A.YA., Olejnikova T.I., Gol'cman YU.V. Neuravnoveshennost' nachal'nogo izotopnogo sostava Ar i Sr v sosushchestvuyushchih mineralov miocenovyh gipabissal'nyh granitoidov rajona Kavkazskih Mineral'nyh Vod//Doklady akademii nauk, 2006. T. 410, № 1. S. 95-100.
10. Nosova A.A., Sazonova L.V., Dokuchaev A.YA., Grekov 1.1., Gurbanov A.G. Neogenovyepozdnekollizionnye subshchelochnye granitoidy rajona Kavkazskih Mineral'nyh Vod: T - P - fo2 usloviya stanovleniya, frakcionnaya i flyuidno-magmaticheskaya differenciaciya // Petrologiya, 2005. T. 13. № 2. S. 139-178.
11. Pol' I.R., Hess YU.S., Kober B., Borsuk A.M. Proiskhozhdenie i petrogenezis miocenovyh trahiriolitov (A-tip) iz severnoj chasti Bol'shogo Kavkaza //Magmatizm riftovi skladchatyh poyasov. - M.: Nauka, 1993. S. 108-125.
12. Ryodder E. Flyuidnye vklyucheniya v mineralah. - M.: Mir, 1987. T. 1/2. 560 s.
13. Sobisevich A.L., Sobisevich L.E., Lihodeev D.V. Flyuidno-magmaticheskie sistemy i vulkanicheskie centry Severnogo Kavkaza // Vestnik RFFI. 2015.
14. SobolevN.D., Lebedev-Zinov'evA.A., Nazarova A.S., Vilyunova L.P., Batalov SH.S., Brylina O.M., Afanas'eva L.K. Neogenovye intruzivy i domezozojskij fundament rajona Kavkazskih Mineral'nyh Vod // Trudy VIMS. Novaya seriya. 1959. Vypusk 3. 211 s.
ТОМ 19
