Изучение образования континентальной литосферы остается одной из важнейших задач современной геологии. Пример данного явления – развитие Сихотэ-Алинского орогенного пояса восточной окраины Азии, синорогенный гранитоидный магматизм которого характеризуется этапами активности в готерив-барреме (130–123 млн лет) и альб-сеномане (110–98 млн лет). Гранитоиды раннего этапа представлены породами высокоглиноземистого типа хунгарийского комплекса, расположенного локально на севере пояса, а позднего – известково-щелочного татибинского комплекса, массивы которого распространены по всему Сихотэ-Алиню [1–3]. Успенский массив располагается на самом юге орогенного пояса, а время его внедрения соответствует позднему этапу. Гранитоиды массива выделены в успенский комплекс, характеризующийся наличием в главной интрузивной фазе гранатовых гранитов и лейкогранитов, которые связаны фациальными переходами с гранодиоритами и меланогранитами [4]. Контактовые взаимоотношения этих пород не установлены в силу пространственного разобщения и плохой обнаженности района работ.
Гранат – акцессорный минерал многих магматических пород, где может быть магматогенным либо реликтовым. Собственный гранат образуется из низкотемпературной водонасыщенной кислой магмы в биотитовых и двуслюдяных гранитах, а в более высокотемпературных расплавах, как гранодиоритовый, кристаллизуется из остаточного расплава либо является постмагматическим образованием [5].
Цель данной публикации: показать особенности химического состава гранатов из пород Успенского массива и определить их генетическую принадлежность.
Материалы и методы исследования
Основой исследования являются полевые наблюдения и микрозондовые исследования гранатов из отобранных в морских береговых обнажениях Успенского массива образцов. Породы, содержащие гранат, были выделены петрографическими методами. Особенности химического состава гранатов были изучены на микрозондовых анализаторах «Camebax» в ИГМ СО РАН (аналитик Е.Н. Нигматулина) и «JXA-8100» в ДВГИ ДВО РАН (аналитик Н.И. Екимова). Железо анализировалось в виде суммарного FeO. Расчеты химического состава на формулы минералов произведены с помощью программы PetroExplorer v.3.2.
Результаты исследования и их обсуждение
Успенский массив находится в южной части Приморского края в зоне выхода Центрально-Сихотэ-Алинского разлома (ЦСАР) на побережье Японского моря (рис. 1). Гранитоиды массива прорывают либо имеют тектонические контакты со средне-позднеюрскими турбидитами и олистостромами, слагающими матрикс юрской аккреционной призмы Самаркинского и тектонических пластин раннемеловой аккреционной призмы Таухинского террейнов, а также c развитыми по ним в Самаркинском террейне динамометаморфитами раннемелового шайгинского комплекса. Последние образуют многочисленные провесы кровли совместно с метагабброидами сергеевского комплекса – наиболее распространенными породами аллохтонной платины фрагмента раннепалеозойской континентальной окраины, залегающей к северу от массива и включенной в состав Самаркинского террейна [4–7].
Существенное различие в петрохимическом, редкоэлементном и изотопном составе гранитоидов массива позволило выделить две магматические ассоциации, внедрившиеся без существенного разрыва во времени. Ранняя (103 ± 2 млн лет) объединяет гранатовые биотитовые и двуслюдяные гранит-лейкограниты и их постгранитную жильную серию, поздняя (99 ± 2 млн лет) – биотитовые (± амфибол) гранодиориты, меланограниты и граниты, их аплиты и пегматиты, а также наиболее поздние дайковые породы спессартитового ряда. Гранитоиды ранней ассоциации соответствуют гранитоидам S-типа, а характеристики пород поздней ассоциации - переходному S-I типу гранитоидов. Гранитоиды обеих ассоциаций сформированы за счет частичного плавления субстратов верхней континентальной коры (вероятнее всего метаморфических аналогов осадков Самаркинской аккреционной призмы). Их различие обусловлено неоднородностью источников магмогенерации и взаимодействием анатектических выплавок с более щелочными и обогащенными несовместимыми элементами базитовыми расплавами мантийного генезиса [6].
Нерешенным оставался вопрос о широком распространении [4] граната в гранитоидах обеих ассоциаций. Гранат устойчив при выветривании, что сделало его индикаторным признаком при картировании. Полевыми наблюдениями и петрографическими исследованиями установлено, что собственный гранат содержится только в гранатовых гранитах и лейкогранитах, а в породах гранодиорит-гранитной ассоциации (точнее, в их эндоконтактовых фациях) – ксеногенный, захваченный из динамосланцев шайгинского комплекса.
Гранатовые граниты и лейкограниты имеют незначительные по протяженности (около 5 км) выходы в береговых обнажениях юго-западной части массива (рис. 1). Это массивные равномерно крупно- либо среднезернистые породы с гипидиоморфнозернистой структурой. В зонах тектонических дислокаций имеются признаки хрупкопластических деформаций. По минеральному составу выделяются фациальные разновидности преобладающих биотитовых, реже двуслюдяных и наименее распространенных мусковитовых гранитов. Породы сложены решетчатым микроклином (около 50 %), плагиоклазом и кварцем, находящимися в равных соотношениях, а также слюдами (менее 10 %). Акцессории представлены апатитом, цирконом, монацитом и магнетитом. Гранат содержится в количествах, близких к акцессорным и редко до 7–10 %. Гранат имеет бледную красновато-розовую окраску, в шлифах – бесцветный, представлен идиоморфными кристаллами (0,3–0,5 мм, реже крупнее). Гранат в виде единичных зерен или их скоплений располагается между зернами кварца и микроклина либо включен в последний, также находится в жилоподобных агрегатах ксеноморфного кварца отдельно или совместно со слюдой, что указывает на совместную кристаллизацию из расплава. Гранат также входит в состав пород постгранитной жильной серии.
Рис. 1. Схематическая карта Успенского массива и прилегающей территории: 1 – Самаркинский террейн (J2–3); 2 – Таухинский террейн (K1); 3 – гранитоиды успенского комплекса (K1) (а – гранодиориты и граниты, б – ареал распространения гранатовых гранит-лейкогранитов); 4 – динамометаморфиты шайгинского комплекса (K1); 5 – гранитоиды ольгинского комплекса (K2) Восточно-Сихотэ-Алинского вулкано-плутонического пояса (ВСАВПП); 6 – вулканогенно-осадочные породы ВСАВПП (K2-
); 7 – четвертичные отложения; 8 – разломы
Иной характер имеют выделения граната в породах гранодиорит-гранитной ассоциации, фациальные разновидности которой встречаются к востоку от мыса Корево. Породы гранодиорит-гранитной ассоциации характеризуются широким разнообразием, что связано с колебаниями соотношений породообразующих минералов (K-Na полевого шпата, плагиоклаза, кварца, биотита и роговой обманки) и текстурно-структурных особенностей, обусловленными кристаллизацией пород в апикальной части интрузива, взаимодействием с вмещающими породами (гибридизацией при ассимиляции шайгинских динамосланцев и сергеевских метагабброидов), воздействием стрессовых напряжений во время и после завершения кристаллизации пород, приведшим к развитию пластических, хрупко-пластических и хрупких деформаций, а также преобразованию в порфиробластовые динамогнейсы гранитоидов северо-восточной части массива. Наиболее распространены гранодиориты и меланограниты. Их акцекссорные минералы – титанит, апатит, ильменит, циркон, ортит. Гранат присутствует только в порфировых и резкопорфировидных разностях меланогранитов на контакте с содержащими гранат слюдяными сланцами, при удалении от которого на первые метры количество зерен граната уменьшается, вплоть до полного исчезновения. Гранат представлен мелкими (до 0,1 мм) неправильной формы зернами или их скоплениями, такими же, как в сланцах. Взаимодействие с гранитоидным расплавом выражено в замещении граната по периферии и трещинам мелкочешуйчатым биотитом и зернами пирофанита (MnTiO3). В шлифах из образцов, взятых непосредственно на контакте, в резкопорфировидных меланогранитах отмечены участки, обладающие составом и бластовой структурой, аналогичным таковым основной ткани сланцев, которые дезинтегрированы и подвергаются перекристаллизации.
Источником ксеногенного граната являются динамосланцы шайгинского комплекса, слагающие экзонтактовые зоны массива и многочисленные различного размера (до нескольких квадратных километров) останцы кровли на площади выходов пород гранодиорит-гранитной ассоциации, а также повсеместно распространенные в них ксенолиты (преимущественно 0,1–0,5 м в поперечнике). Преобразования терригенных пород под воздействием стрессового метаморфизма произошли на пике тектонических дислокаций на рубеже раннего и позднего мела [4] одновременно с внедрением пород гранодиорит-гранитной ассоциации [6], оказавшими, несомненно, температурно-химическое контактовое воздействие. Среди пород шайгинского комплекса преобладают разнообразные метапелиты (кварц-серицитовые, кварц-альбит-эпидотовые, гранат-мусковит-альбитовые, гранат-мусковит-биотитовые, гранат-мусковит-биотит-кордиеритовые) и кварциты. Значительно реже встречаются зеленые сланцы (альбит-хлорит-эпидот-амфиболовые, глаукофан-хлоритовые, хлорит-магнетитовые), первичными для которых являются вулканиты основного состава.
Гранаты изучены в тонкозернистых слюдяных сланцах, сложенных кварцем (30–40 %), мусковитом (20–25 %), гранатом (20–25 %), биотитом (5–15 %) и олигоклазом (до 5 %). Гранат в виде мелких (менее 0,1 мм) неправильных зерен содержится в основной ткани, образует скопления в виде параллельных сланцеватости слойков, а также секущие сланцеватость «прожилки». Макроскопически агрегаты зерен граната имеют красноватый оттенок, в шлифах бесцветны.
Особенности химического состава изученных гранатов демонстрируются на рис. 2. Гранаты из биотитовых гранитов и двуслюдяных лейкогранитов представлены спессартин-альмандинами с низкими содержаниями гроссулярового и пиропового миналов. Содержание MnO в гранатах из биотитовых гранитов колеблется в пределах 9,23–12,64 %, а из двуслюдяных лейкогранитов – 10,01–12,67 %, FeO – 25,90–30,53 % и 28,36–30,35 %, CaO – 0,88–3,76 % и 0,69–2,27 %, и MgO – 0,14–1,17 % и 0,04–1,07 % соответственно. При этом центральные зоны кристаллов имеют более высокие содержания FeO и MgO и низкие MnO и CaO. Гранаты гранит-лейкогранитов полностью соответствуют низкокальциевым гранатам спессартин-альмандинового ряда из низкотемпературных высокоглиноземистых гранитов, в которых гранат кристаллизуется из водонасыщенного гранитного расплава, а наиболее марганцовистые разности внешних зон зерен – из постмагматического водного флюида при Р–Т-условиях, близких к обстановке кристаллизации гранитных пегматитов (Т = 750–400 °С, Р < 3 кбар). Точки составов изученных гранатов лежат в поле мусковитовых пегматитов. В составе гранатов не обнаружено наличие примесей La, Ce, Pr, Nd, Sm, Gd и Th, что подтверждает отсутствие родства с редкометалльными гранитами и пегматитами [5]. Состав и форма выделений граната – идиоморфные хорошо ограненные кристаллы без признаков коррозии расплавом указывают на принадлежность изучаемого граната к субсолидусным фазам, а его наличие в аплитах и пегматитах гранит-лейкогранитной ассоциации подтверждает его формирование в постмагматический этап.
Гранаты из слюдяных сланцев представлены альмандин-спессартинами с низкими содержаниями гроссуляровой и пироповой компонент. Гранат из сланца содержит MnO 18,50–23,30 %, FeO 17,91–20,77 %, CaO 1,06–2,55 % и MgO 1,33–2,30 %. Установлена зональность в распределении этих элементов, аналогичная таковой в гранатах из высокоглиноземистых гранитов. В условиях зеленосланцевой фации образуются гранаты с высокими содержаниями Mn и Ca [5]. Гранаты из шайгинских сланцев отличаются значительно более высокими содержаниями Mn и более низкими – CaO. Последнее обусловлено спецификой химического состава родоначальных пород – низкокальциевых и относительно высококремнекислых терригенных осадков Самаркинского террейна [2].
Ксеногенные гранаты из меланогранитов характеризуются промежуточными составами ряда альмандин-спессартин. Содержание MnO в этих гранатах изменяется от 13,67 % до 24,13 %, FeO (15,08–28,44 %), MgO (0,45–2,04 %) и СаО (0–5,76 %) (рис. 2). Наблюдающаяся зональность в распределении этих оксидов аналогична таковой в гранатах из гранит-лейкогранитов и сланцев и отличается максимальными среди определенных содержаниями СаО на краях зерен.
Рис. 2. Составы гранатов из пород Успенского массива и его обрамления: а – минальный состав; б, в – соотношения между содержаниями CaO, MgO и MnO [5]. 1–6 – гранаты из: 1–2 – гранитоидов гранит-лейкогранитной ассоциации (1 – биотитовых гранитов, 2 – двуслюдяных лейкогранитов); 3 – меланогранитов гранодиорит-гранитной ассоциации; 4 – слюдяных сланцев шайгинского комплекса; 5 – гранитных пегматитов (А – редкометалльных, B – редкометалльных-мусковитовых, С – мусковитовых); 6 – метаморфических пород (Е–G – зеленых, хлоритовых, слюдяных сланцев и тавролитсодержащих пород, H – биотитовых, биотит-силлиманитовых гнейсов и сланцев, J – гиперстеновых, биотит-гиперстеновых, полевошпатовых гранулитов, K – глубинных гранулитов, L – амфиболитов, амфиболовых гнейсов, альмандиновых эклогитов, M – двупироксеновых, гиперстен-амфиболовых гранулитов, диопсид-плагиоклазовых пород)
Таким образом, все три изученных группы гранатов относятся к спессертин-альмандиновому ряду с низкими содержаниями гроссуляровой и пироповой компонент. Гранаты из биотитовых гранитов и двуслюдяных лейкогранитов характеризуются преобладанием альмандинового минала при содержании MnO ниже 13 %. В гранатах из сланцев преобладает спессартиновый, при этом содержания MnO находятся в пределах 19–23 %. В гранитоидах эндоконтактовой фации гранодирит-гранитной ассоциации при ассимиляции сланцев в гранатах происходит снижение концентраций MnO, которые остаются превышающими рубеж в 13 %. Полученные результаты исследования химического состав гранатов подтвердили, что собственные магматические гранаты присутствуют только в гранитоидах гранит-лейкогранитной ассоциации. В породах гранодиорит-гранитной ассоциации встречаются ксеногенные гранаты из вмещающих сланцев и считать эти гранитоиды гранатовыми неправомочно.
Заключение
Для выяснения генезиса гранатов из пород Успенского массива и его обрамления были проведены петрографические исследования и изучен химический состав этих минералов из пород гранит-лейкогранитной и гранодиорит-гранитной ассоциаций, а также из метапелитов шайгинского динамометаморфического комплекса. Во всех породах гранат представлен разностями спессартин-альмандинового ряда с низкими долями гроссулярового и пиропового миналов. Отличием является содержание MnO и соответствующей ей доли спессартиновой компоненты. Собственные магматические гранаты альмандинового состава, кристаллизация которых происходила из гранитного расплава, свойственны только гранитоидам гранит-лейкогранитной ассоциации. В гранитоидах гранодиорит-гранитной ассоциации присутствуют метаморфогенные гранаты, соответствующие спессартинам из слюдяных сланцев, и их наличие не является отличительной чертой от гранодиоритов и гранитов татибинского комплекса. Выявленные особенности химического состава граната могут использоваться при картировании для уточнения распространения разновидностей гранитоидов Успенского массива.