Научный журнал
Современные наукоемкие технологии
ISSN 1812-7320
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,909

ПЕТРОЛОГИЯ И ОРУДЕНЕНИЕ АНОРОГЕННЫХ ГРАНИТОИДОВ АЛАХИНСКОГО ШТОКА ГОРНОГО АЛТАЯ

Гусев А.И. 1
1 Алтайская государственная академия образования им. В.М. Шукшина
Уникальные сподуменовые гранит-порфиры, лейкогранит-порфиры и тарантулиты Алахинского штока отнесены к плюмазитовому типу анорогенного магматизма. Впервые описаны тарантулиты, представляющие собой крайнюю стадию ликвационной дифференциации кислого расплава, протекавшей в условиях высокой флюидонасыщенности, обогащённости такими летучими компонентами, как фтор и бор. Кристаллизационная дифференциация в очаге сопровождалась проявлением тетрадного эффекта фракционирования редкоземельных элементов М-типа. Генерация штока сподуменовых гранитоидов на финальных стадиях привела к формированию крупного уникального по составу редкометалльного комплексного оруденения: лития, тантала, ниобия, рубидия, цезия.
гранит-порфиры
лейкогранит-порфиры
тарантулиты
руды
сподумен
ликвация
тетрадный эффект фракционирования элементов
литий
тантал
ниобий
рубидий
цезий
1. Гусев А.И. Петрология редкометалльных магмо-рудно-метасоматических систем Горного Алтая // Известия Томского политехнического университета. – Томск, 2005. – № 4. – Т. 308. – С. 43–47.
2. Гусев А.И. Классификация гранитоидов на основе составов биотитов // Успехи современного естествознания. – 2010. – № 4. – С. 57–59.
3. Anders E., Grevesse N. Abundences of the elements: meteoric and solar // Geochim. Cosmochim. – Acta, 1989. – Vol. 53. – P. 197–214.
4. Barbarin B. Granitoids: main petrogenetic classifications in relation to origin and tectonic setting // Geol. Journ. – 1990. –Vol. 25. – P. 227–238.
5. Halliday A.N., Davidson J.P., Hildreth W., Holden P. Modelling the petrogenesis of high Rb/Sr silicic magmas // Сhemical Geology. – 1991. – Vol. 92. – P. 107–114.
6. Irber W. The lanthanide tetrad effect and its correlation with K/Rb, Eu/Eu*, Sr/Eu, Y/Ho, and Zr/Hf of evolving peraluminous granite suites // Geochim Comochim Acta. – 1999. – Vol. 63. – № 3/4. – P. 489–508.

Плюмазитовые граниты, формирующиеся в анорогенной обстановке [1], генерируют разнообразные редкометалльные месторождения [1, 2]. В настоящее время на юге Горного Алтая выявлено два уникальных проявления сподуменовых гранит-порфиров плюмазитового типа [1, 2]. Первое располагается в северной части Чиндагатуйского массива и представлено сподуменовыми гранит-порфирами, которые образуют интрузивное тело, известное в литературе как Алахинский «шток». Второе расположено в пределах Кунгурджаринского массива, где выявлена единственная дайка сподуменовых аплитов мощностью около 50 см, которая прорывает мусковит-турмалиновые лейкограниты. Обычно выделяются две фазы внедрения: первая, представленная высокоглиноземистыми лейкогранитами с высоким содержанием Rb, Li, Be, U, и вторая, включающая гранит-порфиры, апогранитовые альбититы и танталоносные альбит-порфиры. В дайковую фазу (фацию) выделены сподумен-содержащие умеренно-щелочные гранит-порфиры, аплиты и лейкограниты.

Результаты исследований и их обсуждение

Алахинский шток сложен относительно однообразными, с вкраплениями кварца и сподумена гранит-порфирами, с крупными (около 100 м в поперечнике), инъецированными гранит-порфирами останцами и мелкими угловатыми ксенолитами вмещающих гранитов рахмановского комплекса. Фациально в южной части Главного штока, гранит-порфиры плавно сменяются лейкогранитами аплитовидного облика, а также полосами тарантулитов и обособлений мономинерального кварца. В северном эндоконтакте Главного штока развита зона тонкозернистых, обогащенных скоплениями турмалина (шерла), альбититов, с удалением от контакта в интервале от первых метров до 20–30 м, сменяющаяся равномернозернистыми альбититами, кварцевыми альбититами и, затем, гранит-порфирами, при этом альбититы развиты и по границам крупных гранитных останцов. По данным В.И. Тимкина, граница зоны альбититов расплывчатая, при удалении от контакта в данных метасоматитах постепенно возрастает количество вкрапленников кварца, появляются таблитчатые выделения сподумена, в результате чего альбититы плавно переходят в гранит-порфиры, которые, наряду с ксенолитами гранитов, иногда содержат небольшие шлироподобные обособления и прожилки кварца с тонкоигольчатым турмалином. На контакте с алахинскими гранит-порфирами (и в останцах среди последних) гранитоды рахмановского комплекса в полосе мощностью до 50 м превращены в грейзеноподобные турмалин-слюдисто-кварцевые метасоматиты, на большем удалении от контакта наблюдается чередование метасоматитов и относительно слабо измененных гранитов. Минеральный состав гранит-порфиров характеризуется доминированием чистого альбита в основной массе породы, а сподумена и кварца – в крупных кристаллах при резко подчиненном количестве слюды и калиевого полевого шпата; среди акцессорных минералов установлены апатит, сфен, петалит, полуцит, амблигонит, бисмуто-танталит, танталит, холмквистит, пирохлор, в протолочках присутствуют тантало-ниабаты. В целом, в вертикальном разрезе, от апикальной к более глубинным зонам массива устанавливается смена парагенезисов: альбит (кварц, мусковит) – альбит, кварц, сподумен (мусковит) – альбит, кварц, калишпат, мусковит (сподумен), где в скобках указаны второстепенные минералы, при этом в наиболее глубоких горизонтах тел сподумен заменяется биотитом. В Малом штоке данная зональность проявлена менее четко. Химический состав гранитоидов алахинского комплекса весьма специфичен. Сподуменовые гранит-порфиры характеризуются как высоколитиевые и высоконатриевые (Na2O = 6,5 %; К2О = 2,4 % при SiО2 = 69 %), высокожелезистые и весьма высокоглиноземистые (индекс Шенда = 1,39) породы умеренно-щелочной серии (субщелочные микроклин-альбитовые меланограниты – граносиениты) с низким коэффициентом агпаитности (0,70) и очень низкими известковистостью (0,02) и окисленностью железа (0,05). Аплитовидные лейкократовые и мезократовые граниты без сподумена, в среднем, резко отличаются от гранит-порфиров низкой общей щелочностью (Na2О = 3,03 %; К2О = 2,73 % при SiО2 = 73,42 %) при более высокой калиевости (0,39), уникально низкой агпаитности (0,46) и уникально высокой глиноземистости (2,09), при этом известковистость, железистость (0,85) и окисленность остается на том же уровне, что и в сподуменовых гранит-порфирах, а меняются только содержания лития и натрия при снижении содержания кремнезема. В целом, минеральная и петрогеохимическая зональность с образованием зон альбититов и турмалин-слюдисто-кварцевых метасоматитов может свидетельствовать о развитии в Алахинском массиве мощных процессов щелочного (Li–Na) метасоматоза во внутренних частях массива и зон кислотного выщелачивания с повышенным содержанием фтора и бора в его экзоконтакте. Сподуменовые гранит-порфиры Главного штока, кроме лития, обогащены танталом (до промышленных содержаний), рубидием, цезием, в меньшей степени – ниобием, бериллием, висмутом, на отдельных участках фиксируются повышенные концентрации фосфора, титана, вольфрама, фтора. Высокие концентрации Nb указывают на кристаллизацию пирохлора на субсолидусной стадии. Тарантулиты обнаружены в апикальной части Главного штока в его южной части, где среди лейкогранит-порфиров отмечены полосы тарантулитов светло-серой окраски мощностью от 10 до 30 см. Это почти мономинеральные кварцевые породы с редкими включениями сподумена, полевых шпатов и фенгита. Микроструктура их аллотриоморфнозернистая. Тарантулиты характеризуются обеднением всех элементов, в том числе и редкоземельных (таблица). Во всех породах Алахинского и Кургурджаринского штоков проявлен тетрадный эффект фракционирования редкоземельных элементов (М-тип), но наибольшая его величина характерна для лейкогранит-порфиров Алахинского штока (1,99; таблица), свидетельствуя о насыщенности расплава летучими компонентами. Ранее нами показано, что проявление тетрадного эффекта фракционирования РЗЭ связано с высоководными, обогащенными летучими компонентами флюидами, и, в первую очередь, фтором, бором, углекислотой, фосфором, хлором. Такие летучие компоненты имеют значительное влияние на эволюцию магматизма, температур солидуса и ликвидуса магм, вязкости силикатного расплава, кристаллизационной последовательности минералов из расплавов, а также на поведение рассеянных элементов и их разделение между флюидом и расплавом. Фракционирование РЗЭ при тетрад-эффекте происходит при участии сложных комплексных соединений фтор-комплексов. В тарантулите М-тип тетрадного эффекта также проявлен, но в меньшей мере (таблица).

По мнению В.И. Тимкина с соавторами (1990), алахинские гранит-порфиры по своим петрогеохимическим и минералогическим характеристикам близки пегматитам натрий-литиевого типа и субформации литий-фтористых гранитов (плюмазитовые редкометальные лейкограниты по Л. Таусону), отличаясь от них широким развитием сподумена в ассоциации с амблигонитом, а не литиевых слюд. Нами по комплексу признаков гранитоиды Алахинского штока отнесены к анорогенным гранитоидам плюмазитового типа [1, 2].

Химический состав гранитоидов Алахинского и Кунгурджаринского штоков приведен в таблица.

Представительные анализы пород Алахинского и Кунгурджаринского штоков (оксиды – в масс. %, элементы в – г/т)

 

1

2

3

4

5

6

7

SiO2

69,2

71,81

72,2

73,67

72,05

79,92

85,1

TiO2

0,03

0,03

0,03

< 0,03

0,03

0,02

< 0,01

Al2O3

19,25

17,91

17,75

17,14

17,1

15,79

9,6

Fe2O3

1,09

0,40

0,45

0,40

0,58

1,45

0,11

MnO

0,04

0,04

0,05

< 0,03

0,05

0,23

< 0,01

MgO

0,25

0,11

0,11

0,01

0,10

0,06

< 0,01

CaO

0,23

0,12

0,2

0,30

0,35

0,25

0,1

Na2O

7,61

5,2

6,76

7,25

5,22

4,62

3,1

K2O

1,45

3,32

1,74

0,44

3,12

3,27

2,1

P2O5

0,15

0,16

0,17

0,18

0,21

0,43

0,05

H2O

0,22

0,54

0,40

0,20

0,65

0,30

0,1

Σ

99,9

99,7

99,71

99,61

99,35

99,9

100,06

Li

4250

5110

3530

3800

2940

18170

2500

Rb

1580

1900

805

135

2125

1380

610

Cs

250

270

122

74

101

160

50

Be

50

91

60

98

43

181

10

Ba

35

31

30

20

30

21

15

Sr

15

1,5

37

80

20

10

5

Nb

155

175

127

123

206

108

20

Ta

145

150

111

122

160

50

7

Y

48

50,6

24,0

3

71

18

8

Zr

12

8,1

17,0

16

19

26

3

La

8,1

0,16

0,6

0,3

7,4

0,15

0,13

Ce

11,5

1,3

2,8

2,1

11,2

3,8

1,2

Pr

1,4

0,53

0,56

0,52

1,3

0,65

0,45

Nd

8,5

2,1

3,9

3,16

7,3

4,0

1,8

Sm

2,1

0,09

0,71

0,16

1,9

0,7

0,08

Eu

0,06

0,0033

0,08

0,009

0,05

0,004

0,003

Gd

1,02

0,35

0,37

0,35

0,99

0,38

0,31

Tb

0,3

0,01

0,07

0,011

0,26

0,08

0,01

Dy

1,25

0,38

0,4

0,38

1,3

0,41

0,31

Ho

0,26

0,08

0,07

0,06

0,25

0,08

0,05

Er

0,68

0,15

0,16

0,15

0,67

0,17

0,14

Tm

0,15

0,07

0,04

0,03

0,14

0,05

0,04

Yb

0,05

0,02

0,25

0,018

0,11

0,13

0,02

Lu

0,027

0,0016

0,032

0,0026

0,15

0,02

0,001

Hf

3,5

3,6

3,8

3,2

4,0

3,5

1,3

Th

0,8

0,7

2,2

2,1

2,1

23,0

0,6

U

0,3

0,2

1,1

0,9

1,0

11,0

0,2

F

850

870

900

160

910

1051

1100

ΣTR

83,4

55,74

34,04

10,25

104,02

28,62

9,089

(La/Yb)N

107,1

5,31

1,58

11,04

44,3

0,76

4,27

(Sm/Yb)N

45,3

4,89

3,06

9,65

18,56

5,76

4,27

 

1

2

3

4

5

6

7

Ta/Nb

0,91

0,9

0,89

0,99

0,78

0,46

0,35

Rb/Cs

6,0

7,04

6,5

1,82

21,2

8,6

12,2

Rb/Sr

100

1267

47,4

1,69

106,2

138

122

Th/U

2,67

3,5

2,0

2,33

2,1

2,09

3,0

Li/Rb

2,8

2,68

4,3

28,1

1,3

13,2

4,09

Kагп

0,47

0,47

0,49

0,45

0,47

0,5

0,54

TE1,3

0,99

1,21

1,12

0,95

1,05

1,99

1,31

Примечания: силикатный анализ на главные компоненты и микроэлементы методом ICP-MS выполнены в Лаборатории Ульбинского завода (Казахстан). N-элементы нормированы по [3]. TE1,3 – тетрадный эффект фракционирования РЗЭ по В. Ирбер [6]:1 – 3 сподуменовые гранит-порфиры Алахинского штока; 4 – cподумен-альбитовый лейкогранит-порфир; 5 – сподуменовые гранит-порфиры Кунгурджаринского штока; 6 – сподуменовые лейкогранит-порфиры; 7 – тарантулит.

На диаграмме (La/Yb)N – (Yb)N (рис. 1) все породные типы тяготеют к тренду плавления кварцевых эклогитов.

pic_121.wmf

Рис. 1. Диаграмма (La/Yb) N – (Yb)N для пород Алахинского и Кургурджаринского штоков. Тренды плавления различных источников по [4]:I – кварцевые эклогиты; II – гранатовые амфиболиты; III – амфиболиты; IV – гранатсодержащая мантия, с содержанием граната 10 %; V – гранатсодержащая мантия, с содержанием граната 5 %; VI – гранатсодержащая мантия, с содержанием граната 3 %; ВМ – верхняя мантия; ВК – верхняя кора:1 – сподуменовые гранит-порфиры; 2 – сподуменовые лейкогранит-порфиры

На диаграмме Rb–Sr анализируемые породы тяготеют к тренду Релеевской фракционной кристаллизации (рис. 2).

pic_122.wmf

Рис. 2. Модели концентраций Rb относительно Sr, ожидаемых как результат различной степени частичного плавления или Релевской фракционной кристаллизации для одного и того же родонального состава по [5] для пород Алахинского и Кунгурджаринского штоков. Fractional cristallization – фракционная криcталлизация; Partial melting – частичное плавление; Parent – родоначальный состав. Породы Алахинского и Кунгурджаринского штоков: 1 – сподуменовые гранит-порфиры;2 – сподуменовые лейкогранит-порфиры; 3 – тарантулит

На диаграмме Rb–Sr по [5] породы Алахинского и Кунгурджаринского штоков попадают в поле с аномально высокими отношениями Rb и Sr и тяготеют к гранитоидам Травенах Бэй Плутона, относящегося к анорогенному типу (рис. 3).

Становление данного комплекса происходило, по всей видимости, в два этапа на рубежах 230–240 и 190–200 млн лет. На первом этапе сформировались сподуменовые аплиты Кунгурджаринского массива. Для лейкогранитов данного массива Ar-Ar методом по мусковиту был установлен возраст 240 ± 1 млн лет. Примечательно, что для одного из тел гранитов южной части Чиндагатуйского массива Ar–Ar изотопным методом по биотиту получен практически идентичный возраст. Достоверность существования данного магматичекого этапа подтверждается так же данными Rb–Sr изохронного определения возраста для лейкогранитов Кунгурджаринского массива. Изохрона имеет характеристики T = 236 ± 9 млн лет (87Sr/86Sr)i = 0,7107 ± 6, СКВО = 7. На втором этапе (200 млн лет) были сформированы сподуменовые гранит-порфиры Алахинского штока. Для них, совместно с лейкогранитами Чиндагатуйского массива была получена Rb-Sr изохрона. Эти данные о возрасте штока совпали (в пределах аналитической ошибки) с предшествовавшими данными Rb–Sr и U–Pb изотопного датирования.

pic_123.wmf

Рис. 3. Диаграмма Rb – Sr для риолитов, ассоциированных базальтов и гранитоидных образований по [5] и гранитоидов Алахинского и Кунгурджаринского штоков:1 – Риолиты Гласс Маунтин; 2 – риолиты Ла Примавера; 3 – риолиты Йеллоустона; 4 – гранитоиды Травенах Бэй Плутона; 5 – туфы Бишоп; 6–9, 11 – гранитоиды Россис Комплекса; 10 граниты Гриффел; 12 – граниты I – типа Батолита Коскиоско; 13 – Главные Граниты Донегал; 14 – минетты Нью Брансуика; 15 – Коустэл Батолит Перу; 16 – базальты Йеллоустона; 17 – базальты Ла Примавера; 18 – граниты Дун; 19 – гранитоиды Алахинского и Кунгурджаринского штоков (1 – сподуменовые гранит-порфиры; 2 – сподуменовые лейкогранит-порфиры; 3 – тарантулит)

Литий-танталовые месторождения в сподуменовых гранитах. К этому типу относится недавно выявленное Алахинское месторождение (Республика Алтай). Рудное тело, оконтуренное по бортовому содержанию 0,007 % Ta2O5, образует куполовидную залежь в апикальной части небольшого (площадь выхода 0,4 км2) массива сподуменовых гранитов. Литиевые минералы представлены в основном сподуменом, встречаются также петалит и монтебразит, а танталовые минералы – танталитом и микролитом. В небольшом количестве присутствует поллуцит. Среднее содержание Li2O в рудах 0,71 %. Алахинское месторождение – одно из крупнейших литиевых месторождений Сибири. Прогнозные запасы его оцениваются в 68 млн т руды со средним содержанием сподумена 5 %, то есть приблизительно 3,4 млн т сподуменового концентрата или 448 тыс. т Li2O. Наряду со сподуменовым из руд можно извлекать танталовый, слюдяной, полевошпатовый концентраты. Оруденение локализовано в пределах интрузива сподуменовых гранит-порфиров в виде двух тел неправильной формы (Главное и Малое) площадью 0,3 и 0,2 км2 соответственно. Основными рудными минералами являются сподумен, танталит, поллуцит, слюды, полевые шпаты. Средние содержания в рудных телах (%): литий – 0,8, тантал – 0,012, ниобий – 0,015, рубидий – 0,12, цезий – 0,026. Запасы тантала первой очереди месторождения утверждены ГКЗ по Главному штоку до глубины 50 м. По утвержденным запасам объект в настоящее время относится к среднему с рядовыми рудами, по прогнозным ресурсам лития до глубины 250 м – к весьма крупному, а по ресурсам тантала, рубидия и цезия – к крупному.

Сподуменовые гранит-порфиры и лейкогранит-порфиры с тарантулитами в заключительной фазе Алахинского штока демонстрируют ликвационный характер становления этого уникального массива, где в самой апикальной части под покышкой гранитов Рахмановского массива, проявлен ритмично-расщеплённый полосчатый парагенезис тарантулитов, лейкогранит-порфиров и существенно кварцевых обособлений, переходящих в грейзены. В куполовидных выступах гранитов, вероятно проходила и эманационная дифференциация. Насыщенность расплава летучими компонентами и особенно фтором и бором привела к формированию и уникального месторождения лития, тантала, ниобия, рубидия и цезия.

Заключение

Алахинские сподуменовые гранит-порфиры, лейкогранит-порфиры и тарантулиты, обязаны своим происхождением мантийным процессам с участием фракционной кристаллизации. Становление штока протекало в условиях насыщенности флюидами и летучими компонентами по механизму ликвации, что привело к формированию концентрированного оруденения редких элементов.


Библиографическая ссылка

Гусев А.И. ПЕТРОЛОГИЯ И ОРУДЕНЕНИЕ АНОРОГЕННЫХ ГРАНИТОИДОВ АЛАХИНСКОГО ШТОКА ГОРНОГО АЛТАЯ // Современные наукоемкие технологии. – 2013. – № 6. – С. 170-175;
URL: http://www.top-technologies.ru/ru/article/view?id=32053 (дата обращения: 21.01.2020).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074