Научный журнал

Успехи современного естествознания

ISSN 1681-7494

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 0,775

• Авторы
• Резюме
• Файлы
• Ключевые слова
• Литература

Гребенникова А.А. 1 Кузьмина Т.В. 1

---

1 Дальневосточный геологический институт ДВО РАН

Выявление тетрад-эффекта в магматических образованиях, несомненно, имеет ряд петрологических следствий, поскольку он связан с характерными аномальными параметрами флюидного режима в магматических системах, обогащенных летучими компонентами, в первую очередь F, H, B, CO, P и Cl. Воздействие высокотемпературных флюидов на гомогенный гранитоидный расплав вызывает его гетерогенизацию и образование флюидонасыщенных расплавов, что приводит к перераспределению лантаноидов между несмесимыми жидкими фазами магмы и появлению тетрад-эффектов. «Тетрадный эффект» в различных геологических образованиях является одним из показателей рудогенерирующей способности магматических сред, поскольку, в частности, фторкомплексы служат важными переносчиками ряда рудообразующих элементов при формировании рудных гидротермальных месторождений - Sn, W, Mo, Be, Ta, Nb, Li и РЗ. Палеоценовые породы Южно-Якутинской вулкано-тектонической структуры (ВТС) Сихотэ-Алиня сложены кремнекислыми экструзивно-лавовыми и пирокластическими образованиями. Широкое развитие игнимбритов, развитие флюидальных и сферолитовых текстур в вулканических породах, наличие газовых полостей и миароловых пустот в лавах и сферолоидах свидетельствуют о насыщенности летучими компонентами исходных магм. Все это указывает на аномальные параметры флюидного режима в магматических расплавах. Следует отметить, что на прилегающих к ВТС площадях локализованы золото-серебряные и бериллиевые с флюоритом рудопроявления, а в пределах вулканитов самой ВТС отмечается повсеместная флюоритовая минерализация. В данной работе рассматривается наличие тетрад-эффекта в породах Южно-Якутинской ВТС как следствие флюидизации первичных магматических расплавов. Наиболее дифференцированные высококремнеземистые породы характеризуются самыми значимыми величинами тетрадного эффекта, в то время как в «низкокремнеземистых» величины ТЕ1-3 менее выражены, но представляют собой наиболее F-обогащенные породы. Умеренные концентрации F в рассматриваемых риолитах не характеризуют его истинное начальное содержание. Фтор на поздней стадии перераспределяется исключительно во флюидную фазу, обедняя расплав по мере снижения температуры и концентрирования F в кристаллизующихся фторсодержащих минералах, что подтверждают экспериментальные исследования.

Статья в формате PDF

0 KB

Южно-Якутинская ВТС

лантаноидный тетрадный эффект

риолиты

палеоцен

Сихотэ-Алинь

1. Kemkin I.V., Kemkina R.A. Comparative geochemical study of the cherty rocks of the Taukha terrane (Sikhote-Alin) and its paleogeodynamic significance. Acta geochimica. 2019. DOI: 10.1007/s11631-019-00385-3.

2. Кемкин И.В. Геохимическая характеристика кремниевых пород разновозрастных тектоно-стратиграфических комплексов Таухинского террейна (Сихотэ-Алинь): История дрейфа и динамика движения Палеотихоокеанской плиты // Успехи современного естествознания. 2019. № 6. С. 125–137.

3. Гребенников А.В., Максимов С.О. Причины появления вулканических пород А-типа на активных окраинах континентов на примере Южного Сихотэ-Алиня (Дальний Восток России) // Геология и геофизика. 2020. [Электронный ресурс]. URL: https://www.sibran.ru/journals/issue.php?ARTICLE_ID=178370 (дата обращения: 15.03.2020) DOI: 10.15372/GiG2020114.

4. Гребенников А.В., Попов В.К. Петрогеохимические аспекты позднемелового и палеогенового игнимбритового вулканизма Восточного Сихотэ-Алиня // Тихоокеанская геология. 2014. Т. 33. № 1. С. 41–57.

5. Grebennikov, A.V., Khanchuk, A.I., Gonevchuk, V.G., Kovalenko, S.V., 2016. Cretaceous and Paleogene granitoid suites of the Sikhote-Alin area (Far East Russia): geochemistry and tectonic implications. Lithos. 2016. Vol. 261. P. 250–261. DOI: 10.1016/j.lithos.2015.12.020.

6. Гребенников А.В. Гранитоиды А-типа: проблемы диагностики, формирования и систематики // Геология и геофизика. 2014. Т. 55. № 9. С. 1356–1373.

7. Martynov Yu.A., Khanchuk A.I., Grebennikov A.V., Chashchin A.A., Popov V.K. Late Mesozoic and Cenozoic volcanism of the East Sikhote-Alin area (Russian Far East): A new synthesis of geological and petrological data. Gondwana research. 2017. Vol. 47. P. 358–371. DOI: 10.1016/j.gr.2017.01.005.

8. Коваленко А.П., Журавлев В.Н., Коваленко Р.А. О бертрандитовой минерализации в молодых вулканогенных образованиях // Геология рудных месторождений. 1968. Т. 10. № 5. С. 87–90.

9. Irber W. The lanthanide tetrad effect and its correlation with K/Rb, Eu/Eu*, Sr/Eu, Y/Ho and Zr/Hf of evolving peraluminus granite suites. Geochimica et cosmochimica acta. 1999. Vol. 63. P. 489–508. DOI: 10.1016/S0016-7037(99)00027-7.

10. Гусев А.И. Петрология, геохимия и рудоносность анорогенных гранитоидов шибеликского комплекса Горного Алтая // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2016. Т. 327. № 6. С. 71–82.

11. Jahn B.-M., Wu F., Capdevila R., Martineau F., Zhao Z., Wang Y. Highly evolved juvenile granites with tetrad REE patterns: the Woduhe and Baerzhe granites from the Great Xing’an Mountains in NE China. Lithos. 2001. V. 59. P. 171–198.

12. Коренева В.Н., Зарайский Г.П., Граменицкий Е.Н. Экспериментальное изучение фазовых соотношений в системе Na-Al-Si-O-F-H2O при Т = 800 °С и Р = 1 кбар, в зависимости от концентрации воды // Экспериментальная минералогия. 2004. Т. 2. С. 125–134.

13. Перетяжко И.С., Савина Е.А. Тетрад-эффекты в спектрах распределения редкоземельных элементов гранитоидных пород как индикатор процессов фторидно-силикатной жидкостной несмесимости в магматических системах // Петрология. 2010. Т. 18. № 5. С. 536–566.

14. Гусев А.И., Гусева А.А. Тетрадный эффект фракционирования редкоземельных элементов и его использование в решении проблем петрологии гранитоидов // Успехи современного естествознания. 2011. № 5. С. 45–49.

15. Гвоздев В.И., Гребенникова А.А., Вах А.С., Горячев Н.А., Федосеев Д.Г. Эволюция процессов минерало-образования при формировании золото-редкометалльных руд Средне-Голготайского месторождения (Восточное Забайкалье) // Тихоокеанская геология. 2020. Т. 39. № 1. С. 70–91. DOI: 10.30911/0207-4028-2020-39-1-70-91.

16. Manning D.A.C. The effect of fluorine on liquidus phase relationship in the system Qz-Ab-Or with excess water at 1 kb. Contributions to mineralogy and petrology. 1981. Vol. 76. P. 206–215.

17. Jahn B.-M., Valui G., Kruk N., Gonevchuk V., Usuki M., Wu J.T.J. Emplacement ages, geochemical and Sr–Nd–Hf isotopic characterization of Mesozoic to early Cenozoic granitoids of the Sikhote-Alin Orogenic Belt, Russian Far East: crustal growth and regional tectonic evolution. Journal of asian earth sciences. 2015. Vol. 111. P. 872–918.

Объектом исследования являются экструзивно-лавовые и пирокластические образования Южно-Якутинской вулкано-тектонической структуры (ВТС), расположенной в пределах южной части Восточного Сихотэ-Алиня в Кавалеровском рудном районе (~N 44 °17', E 135 °17'). Структура морфологически представляет собой вулканический массив депрессионного типа практически округлой формы, достигающий в поперечнике 14 км. Вмещающими породами служат образования Горбушинского субтеррейна - фрагмента раннемеловой неокомской аккреционной призмы Таухинского террейна. Они представлены многократно повторяющимся разрезом кремнистых пород с остатками триасово-юрских микрофоссилий, согласно перекрытых преимущественно берриас-валанжинскими песчаниковыми турбидитами. [1, 2]. Новые изотопно-геохимические данные для вулканических комплексов Южно-Якутинской ВТС свидетельствуют об их образовании на границе палеоцен-эоцена: 54,3 ± 2,9 млн лет [3]. В ряде работ было показано, что раннепалеогеновый магматический комплекс в пределах Сихотэ-Алиня (богопольский вулканический и якутинский плутонический комплекс) объединяет горные породы особого минерало-геохимического состава, которые резко отличаются от таковых предшествующего и последующего этапов магматизма. Этот комплекс характеризуется высокодифференцированным составом обогащенных летучими компонентами исходных магм и принадлежностью к магматическим породам A-типа [4–7].

Линейно-концентрические интрузивные тела Южно-Якутинской вулкано-тектонической структуры (ВТС) подчеркивают внутреннюю структуру изометрических кальдер обрушения и трещинный (по кольцевым сбросам) тип извержений. Широкое развитие пирокластических образований, развитие флюидальных и сферолитовых текстур в вулканических породах, наличие газовых полостей и миароловых пустот в лавах и центральных частях сферолоидов свидетельствуют о насыщенности исходных магм летучими компонентами. Южно-Якутинская ВТС относится к типу открытых магматических систем, в которой развитие игнимбритообразующего очага завершается взрывом и выбросом на поверхность магматической и газовой компонент. Субвулканические и экструзивные тела заключительных стадий магматизма относятся к типу условно закрытых (переходных) систем, где четко проявлены процессы близповерхностной дифференциации, отделения летучих компонентов и автометасоматическое изменение пород. Повышение кремнекислотности расплавов с одновременным накоплением щелочей, магмофильных: B, F и рудных компонентов, вплоть до появления аномальных высококремнистых, ультракалиевых риолитов, может быть обусловлено фильтрацией флюидов, связанной с быстрой потерей летучих компонентов в результате быстрого подъема магмы к земной поверхности. Логичным продолжением эволюции магматической системы является появление в постмагматический этап гидротермальных растворов – производных остывающего очага кислой магмы, обусловивших проявления различного типа минерализации в пределах ВТС. Необходимо отметить, что в прилегающих районах исследованной территории локализована золото-серебряная и бериллиевая с флюоритом минерализация [8].

Цель настоящего исследования состоит в выявлении лантаноидного тетраэдного эффекта в зависимости от содержаний флюидного компонента (F) на примере экструзивно-лавовых и пирокластических образований Южно-Якутинской ВТС.

Материалы и методы исследования

Определение содержания фтор-иона в горных породах выполнено ионометрическим методом с использованием фторид-селективного электрода. Этот метод обладает высокой специфичностью к ионам фтора, прост в обращении, надежен и позволяет определять фторид-ион с чувствительностью от 0,05 мг/мл. Особенностью используемой методики является осаждение мешающих элементов (Al, Th, Be, РЗЭ и др.) с малорастворимыми соединениями двухвалентного железа при рН = 8,5–9,5. Пробы предварительно сплавляли с KNaCO3 при температуре 850 °С и выщелачивали горячей дистиллированной водой. Аликвоты фильтрата (25 см3) нейтрализовали HCl (1:1) по метиловому оранжевому с последующим добавлением ацетатного буферного раствора для установления необходимого рН 5,5. Растворы доводили дистиллированной водой до метки в мерных колбах вместимостью 50 см3. Концентрацию фторид-иона выполняли измерением ЭДС ячейки, составленной из фторидного ЭЛИТ 221 и вспомогательного хлор-серебряного ЭВЛ-1М3.1 электродов на иономере «IONOMETER I-500», Россия. Содержание F– определяли по градуировочному графику. Достоверность полученных результатов анализа на содержание фтор-иона подтверждена анализом стандартных образцов состава (ДВД-1, СГД-2А, ДВМ) и методом добавок известных концентраций фторид-иона в анализируемые растворы.

Результаты исследования и их обсуждение

Поведение микроэлементов в геохимических системах и их интерпретация основаны на фундаментальных параметрах: изовалентные микроэлементы с равными или очень сходными ионными радиусами должны оставаться тесно связанными в геологических процессах. Если нарушается геологическая система, то происходит прерывание когерентности «парных» элементов и появляется лантаноидный тетрадный эффект фракционирования РЗЭ. Это явление связано с нарушением формы спектра нормированных по хондриту содержаний редкоземельных элементов, выраженных в разделении всего спектра из 15 элементов на 4 группы (тетрады) с образованием зигзагообразной кривой: 1: La-Ce-Pr-Nd; 2: Pr-Sm-Eu-Gd; 3: Gd-Tb-Dy-Ho; и 4: Er-Tm-Yb–Lu. Для количественного определения тетрадного эффекта в настоящий момент используют только первую (TE1) и третью (TE3) тетрады. Вторая тетрада (Pr–Gd) малозаметна в связи как с отсутствием в природе Pr, так и с исключительным поведением Eu2+ при низкой кислородной летучести и высоких температурах в магматических системах. Четвертая тетрада (Er–Lu) в основном является слабо развитой [9]. Лантаноидный тетрадный эффект впервые был установлен экспериментально при изучении экстракции редкоземельных элементов в системах водных фаз. Позднее он был отмечен как в магматических породах, так и в отложениях гидротермальных флюидов [10]. Существуют два различных типа тетрадных эффектов (M и W), относящихся к кривым REE с изогнутыми вверх и вниз линиями каждой тетрады соответственно. В гранитах известен только M-тип, в то время как W-тип типичен для жидких фторидных фаз, отделяющихся от силикатных расплавов и/или минералов поздних стадий кристаллизации. Оба типа производны друг от друга и по определению являются зеркальными. Тетрад-эффект считается значимым при ТЕ1-3 < 0,9 (W-тип) и ТЕ1-3 > 1,1 (M-тип).

Данный эффект часто сопровождается другим модифицированным, так называемым не заряд-радиус-контролируемым (non-CHARAC) геохимическим поведением многих микроэлементов. «Чистые» силикатные расплавы характеризуются соответствием поведения заряд-радиусных характеристик микроэлементов, поэтому элементы с одинаковыми зарядом и радиусом демонстрируют согласованное поведение и сохраняют когерентность элементов, нормированных к хондриту, а нормированные графики (спайдер-диаграммы) представляют собой плавные функции ионных радиусов и атомных номеров. Высокодифференцированные составы магм, богатые такими компонентами, как H2O, Li, B, F, P и/или Cl [11], часто имеют некогерентное поведение REE типа non-CHARAC и нехондритовые соотношения Y/Ho, La/Nb и Zr/Hf.

На примере редкоземельного состава пород Южно-Якутинской структуры нами рассчитаны значения тетрадного эффекта фракционирования РЗЭ и построены спайдер-диаграммы (таблица, рисунок). Значительные показатели тетрадного эффекта установлены в наиболее дифференцированных высококремнеземистых породах, в то время как показатель ТЕ1-3 имеет меньшие величины в «низкокремнеземистых разностях», но при этом в F-обогащенных породах. В то же время оба типа пород Южно-Якутинской ВТС не характеризуются аномальными величинами содержания F (таблица).

Как известно, содержание F может быть достаточно низким в магматических породах, но это не соответствует его действительному содержанию в первичных расплавах. Даже небольшое количество F заметно влияет на минеральные равновесия и существенно мобилизует целый ряд редкометалльных элементов. На поздней стадии F перераспределяется исключительно во флюидную фазу, обедняя расплав по мере снижения температуры, и концентрируется в кристаллизующихся F-содержащих минералах [12].

В дальнейшем возможны разделение фторидных и силикатных расплавов в магматических очагах, внедрение силикатных расплавов во вмещающие породы и образование интрузивных, субвулканических или эффузивных пород с тетрад-эффектами M-типа в спектрах РЗЭ [13]. Как известно, F-комплексы являются важными переносчиками ряда элементов при формировании рудных гидротермальных месторождений – Sn, W, Mo, Ta, Nb, Li, РЗЭ и Au и Be [14, 15].

Согласно данным [16] обогащение системы F смещает эвтектические и котектические отношения кислого расплава в менее кремнекислотную область, богатую щелочами, подтверждая природный феномен Южно-Якутинской ВТС.

Одним из следствий полученных результатов является наблюдаемое значительное уменьшение концентраций Zr в высокодифференцированных порциях «высококремнеземистых» расплавов. В подобных случаях использование Zr в качестве одного из элементов дискриминантных диаграмм для выявления геодинамических обстановок проявлений магматических комплексов может привести к их ошибочной интерпретации [17]. В тех случаях, когда взаимодействие расплав-флюид вызывает тетрадный эффект и «нехарактерное» поведение микроэлементов, их тектоническая интерпретация не может быть корректной.

Заключение

На основании проведенных исследований можно сделать следующие выводы.

1. Приведенные материалы показывают наличие лантаноидного тетрадного эффекта M-типа в риолитах Южно-Якутинской ВТС.

2. Выявленный тетрадный эффект подтверждает факт эволюции магматической системы Южно-Якутинской ВТС в условиях аномального флюидного режима, что в свою очередь приводит к значительному перераспределению РЗЭ.

Микроэлементный состав (г/т) вулканических пород Южно-Якутинской ВТС

Примечание: геохимический состав из работы [3].

Степень тетрадного эффекта = TE1,3 = (t1 x t3)0,5 [8], где t1 = (Ce/Cet x Pr/Prt)0.5 и t3 = (Tb/Tbt x Dy/Dyt)0.5. Ce/Cet = Cecn/(Lacn2/3 x Ndcn1/3); Pr/Prt = Prcn/(Lacn1/3 x Ndcn2/3); Tb/Tbt = Tbcn/(Gdcn2/3 x Hocn1/3); Dy/Dyt = Dycn/(Gdcn1/3 x Hocn2/3). Lncn = хондрит-нормализованные лантаноидные концентрации [11].

Составы вулканических пород Южно-Якутинской ВТС, нормированные по хондриту (а); вариационные диаграммы отношений элементов ключевых величин тетрад эффекта для «низкокремнеземистых» (1) и «высококремнеземистых» пород (2) и сферолита риолитовых лав Южно-Якутинской ВТС (3) (б–ж)

3. Флюидонасыщенные магматические расплавы Южно-Якутинской ВТС обладают потенциальной рудогенерирующей способностью. При проведении детальных поисковых работ необходимо учитывать парагенетическую связь флюоритовой с бериллием минерализации с наиболее дифференцированными породами раннепалеогеновых комплексов Сихотэ-Алиня.

Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 19-05-00100.

Библиографическая ссылка