Размещено на http://www.allbest.ru

На правах рукописи

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора геолого-минералогических наук

РАПАКИВИГРАНИТСОДЕРЖАЩИЕ МАГМАТИЧЕСКИЕ АССОЦИАЦИИ: ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ ПОЛОЖЕНИЕ, ВОЗРАСТ, ИСТОЧНИКИ

25.00.04 - петрология, вулканология

ЛАРИН Анатолий Михайлович

Москва 2008

Работа выполнена в Институте геологии и геохронологии докембрия Российской Академии Наук (ИГГД РАН)

Официальные оппоненты:

член-корреспондент РАН, доктор геолого-минералогических наук Верниковский Валерий Арнольдович (ИНГГ СО РАН)

доктор геолого-минералогических наук Бибикова Елена Владимировна (ГЕОХИ РАН)

доктор геолого-минералогических наук Шарков Евгений Витальевич (ИГЕМ РАН)

Ведущая организация:

Институт геологии и природопользования ДВО РАН

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИГЕМ РАН

Ученый секретарь диссертационного совета

кандидат геолого-минералогических наук М.А. Юдовская

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность исследований. Граниты рапакиви с давних пор привлекали внимание геологов необычностью своих структур и состава, размерами интрузивных тел и разнообразием ассоциирующих горных пород. Первое, что привлекает внимание - это характерные маргинационные структуры. Такие граниты, насыщенные крупными овоидами щелочного полевого шпата, заключенными в плагиоклазовые оболочки, могут прослеживаться на сотни километров, образуя гигантские батолиты, площадь которых может достигать десятков тысяч квадратных километров. Необычным является и возрастное положение этих гранитов. В истории геологического развития планеты они внезапно в больших объемах появляются в конце палеопротерозоя и исчезают к концу неопротерозоя. Необычным является и минеральный состав гранитов рапакиви, для которого характерно сочетание минералов типичных как для гранитов, так и для основных пород. Весьма специфичны и разнообразны ассоциирующие с гранитами рапакиви другие типы горных пород. Особенно характерна их ассоциация с анортозитами. Последние могут образовывать очень крупные массивы, также докембрийского возраста, известные в литературе как «massif-type anorthosite» (Ashwal, 1993) или автономные анортозиты (Богатиков, 1979). Иногда к гранитам рапакиви присоединяются щелочные граниты (Larin et al., 1997), и даже щелочные породы (Заварицкий, 1937). Наряду с этим известны рапакиви, для которых характерна ассоциация породами шошонитовой и ультракалиевой серий и гранитами S-типа (Ларин и др., 2003; Wernick, Menezes, 2001). Также достаточно привлекателен и минерагенический облик этих гранитов и ассоциирующих пород. В конце прошлого века в связи с ними было открыто большое количество промышленных (в том числе и очень крупных) месторождений различных типов, и была установлена важная рудогенерирующая роль этих пород.

Граниты рапакиви к настоящему времени достаточно хорошо исследованы (в первую очередь Балтийского щита и Северной Америки), однако существует целый ряд проблем либо еще неразрешенных, либо не до конца проработанных. Из наиболее важных можно выделить следующие: выявление характера связей различных пород, входящих в магматические ассоциации с гранитами рапакиви и типизация этих ассоциаций; длительность и дискретность их формирования; проблема источников гранитов рапакиви и ассоциирующих пород; закономерностей распределения гранитов рапакиви и связанных с ними пород в пространстве и времени; геодинамические обстановки их формирования, а также минерагения этих пород. Для решения многих из этих вопросов необходимо привлечение не только современных геохимических, петрологических и других традиционных методов, но и прецизионных геохронологических и изотопно-геохимических исследований. магматический ассоциация гранит рапакиви

Цель работы - выявить наиболее характерные особенности рапакивигранитсодержащих магматических ассоциаций, определить их место в истории геологического развития древних платформ и наметить ведущие механизмы их формирования.

Основные задачи:

1. Классифицировать магматические ассоциации, включающие граниты рапакиви.

2. Определить возрасты реперных рапакивигранитсодержащих магматических комплексов различных типов Сибирской и Восточно-Европейской платформ, а также оценить длительность и дискретность их формирования.

3. Выявить характер связей гранитов рапакиви и ассоциирующих с ними пород и идентифицировать их источники.

4. Определить геодинамические обстановки формирования рассматриваемых магматических ассоциаций.

5. Выявить характер связей различных типов оруденения с гранитами рапакиви и ассоциирующими породами, а также оценить связь геодинамических обстановок, типов магматических ассоциаций, типов и масштабов оруденения.

Фактический материал и аналитические методики исследований. В основе диссертации лежат материалы, собранные автором в ходе полевых исследований рапакивигранитсодержащих магматических комплексов и ассоциирующих с ними месторождений Балтийского щита (1971-1977, 1986 и 1991 гг.) и Сибирской платформы (1980, 1987-1990 и 1998 гг.), а также геологических экскурсий в Финляндии (1991 и 1999 гг.), Швеции (1996 г.), Китае (1992 г.), Бразилии (1995 и 2002 гг.) и США (1993 и 1998 гг.). Исследования производились в рамках тематических планов ВСЕГЕИ, ИГГД РАН, и при поддержке грантов РФФИ (94-05-17033, 96-05-65125, 97-05-65454, 00-05-64823, 06-05-64989) и ISF (RI E000), а также международных проектов IGCP № 315, 371, 426 и 510.

Было исследовано более 3000 петрографических шлифов, использовано около 1000 оригинальных анализов пород на породообразующие окислы и элементы-примеси, датированы U-Pb методом по циркону, монациту и гранату 66 образцов и Sm-Nd изохронным методом по минералам - 6, проведены изотопно-геохимические исследования 438 образцов (Sm-Nd - 139, Rb-Sr - 81, Pb-Pb - 218). Некоторое количество образцов для исследований было любезно предоставлено В.В. Булдыгеровым, В.А. Гурьяновым, И.Н. Дагелайской, А.И. Ивановым, Л.Б. Макарьевым, Ю.Л. Ронкиным, Н.А. Срывцевым, М.К. Сухановым.

Исследование химического состава пород проводилось с использованием методов РФА (основные петрогенные компоненты, Rb, Ba, Sr, Pb, Th, Zr, Nb, Y, Ti, Co, Ni, V, Cr) в ИГГД РАН и ВСЕГЕИ, ID TIMS (REE) в ИГЕМ РАН, INA (REE, Ta, Nb, Hf, Zr, Zn, Li, Cs, Rb, Sc, Th, U, Cr, Co) в ИГГД РАН и в Институте ядерной физики РАН (Санкт-Петербург), ICP MS (Be, Rb, Sr, Li, Cs, Th, U, Zr, Hf, Ta, Nb, REE, Sc, Ga, Cu, Zn) в Институте аналитического приборостроения РАН и ВСЕГЕИ (Санкт-Петербург).

Геохронологические (U-Pb, Sm-Nd) исследования были выполнены в ИГГД РАН, ВСЕГЕИ, в Геологической службе США и Канады. Изотопно-геохимические (Nd, Sr, Pb) исследования были произведены в ИГГД РАН и в Геологической службе США.

В ходе работы над диссертацией были критически проанализированы практически все опубликованные к настоящему времени результаты геохимических, петрологических, геохронологических и изотопно-геохимических исследований магматических комплексов, включающих граниты рапакиви. В тех случаях, когда в тексте диссертации отсутствуют ссылки на метод геохронологических исследований, подразумевается, что приведены результаты, полученные U-Pb методом по циркону.

Защищаемые положения.

1. Магматические ассоциации, содержащие граниты рапакиви, принадлежат к четырем типам: анортозит-мангерит-чарнокит-рапакивигранитному, анортозит-мангерит-рапакивигран-щелочногранитному, габбро-рапакивигранит-фоидитовому и рапакивигранит-шошонитовому. Гранитоиды первых трех ассоциаций относятся к «восстановленным» внутриплитным гранитам А-типа, в последней ассоциации сосуществуют граниты А- и S-типов с геохимическими характеристиками посторогенных «окисленных» гранитов.

2. Образование рапакивигранитсодержащих магматических комплексов происходило в ходе неоднократных импульсов внедрения мафических и фельзических магм, связанных с дискретно и длительно (до 50 млн. лет) функционирующим сублитосферным мантийным источником. Длительность кристаллизации магм не превышала 1-2 млн. лет.

3. Формирование магм рапакивигранитсодержащих ассоциаций протекало в ходе сложных процессов мантийно-корового взаимодействия. Для щелочных гранитов доминирующим является мантийный источник типа OIB. Смешанные, мантийно-коровые, источники характерны для субщелочных гранитов. Для всех магматических ассоциаций, за исключением рапакивигранит-шошонитовой, устанавливаются нижнекоровые источники, тогда как для последней ассоциации характерны средне- и верхнекоровые источники.

4. Рапакивигранитсодержащие магматические ассоциации формировались во внутриплитных условиях, но в различных геодинамических обстановках. Их образование контролировалось двумя главными факторами: (1) тектоническими процессами на границах литосферных плит и (2) активностью мантийных плюмов.

Научная новизна.

1. Разработана классификация рапакивигранитсодержащих магматических ассоциаций, даны их геохимические характеристики и выделены основные геохимические типы гранитоидов.

2. На основании проведенных геохронологических исследований: (1) определен возраст ряда реперных объектов рассматриваемых ассоциаций; (2) установлена длительность и дискретность формирования ряда ключевых магматических комплексов; (3) выявлена полихронность рудообразования ряда месторождений, ассоциирующих с гранитами рапакиви.

3. В результате проведения изотопных (Nd, Sr, Pb) исследований: (1) получены свидетельства о смешанной мантийно-коровой природе источников гранитов рапакиви и ассоциирующих гранитов А-типа; (2) установлена природа коровых протолитов гранитов различных магматических ассоциаций; (3) получены данные, свидетельствующие о высокой степени контаминирванности первичных базитовых магм нижнекоровым веществом при формировании автономных анортозитов; (4) выявлены характеры связей различных типов оруденения с гранитами рассматриваемых магматических ассоциаций.

4. Реконструированы геодинамические обстановки формирования магматических ассоциаций, содержащих граниты рапакиви. Показано, что их образование контролировалось как тектоническими процессами на границах литосферных плит, так и активностью мантийных плюмов.

Первое защищаемое положение. Магматические ассоциации, содержащие граниты рапакиви, принадлежат к четырем типам: анортозит-мангерит-чарнокит-рапакивигранитному, анортозит-мангерит-рапакивигран-щелочногранитному, габбро-рапакивигранит-фоидитовому и рапакивигранит-шошонитовому. Гранитоиды первых трех ассоциаций относятся к «восстановленным» внутриплитным гранитам А-типа, в последней ассоциации сосуществуют граниты А- и S-типов с геохимическими характеристиками посторогенных «окисленных» гранитов

Граниты рапакиви являются характерной и неотъемлемой частью большинства древних платформ мира (рис. 1). В их формировании можно выделить три периода: 2.8-2.6, 1.8-1.0 и 0.6-0.5 млрд. лет. Главным из них является период 1.8-1.0 млрд. лет. Распределение гранитов рапакиви в пространстве также очень неравномерно. Наиболее «насыщены» плутонами этих гранитов Восточно-Европейская, Северо-Американская и Южно-Американская платформы. Существенно менее развиты они в пределах Сибирской и Северо-Китайской платформ, а также в Австралии, Африке и Антарктиде. Плутоны гранитов рапакиви могут образовывать как гигантские трансконтинентальные полихронные пояса, так и отдельные массивы или группы массивов. Подавляющее большинство гранитов рапакиви приурочены к протерозойским складчатым поясам.

Рис. 1. Схема размещения рапакивигранитсодержащих магматических ассоциаций

1 - архейские кратоны; 2 - протерозойские складчатые пояса (частично зоны переработки архейского фундамента); 3 - платформенный чехол древних платформ; 4 - фанерозойские складчатые пояса; 5 - рапакивигранитсодержащие плутоны.

Цифры на рисунке (названия массивов): 1-13 - Восточно-Европейская платформа: 1 - Выборгский, 2 - Аландский, 3 - Салминский, 4 - Нордингра, 5 - массивы района Ямтланд-Ангерманлан, 6 - Рагунда, Родо, 7 - Селенест, 8 - Роголанд, 9 - Рижский, 10 - Мазурский, 11 - Коростеньский, 12 - Корсунь-Новомиргородский, 13 - Бердяушский; 14-23 и 40 - Северо-Американская платформа: 14 - Кап-Фарвел, 15 - комплекс Найн, 16 - провинция Гренвилл (Лак Сент Джин, Мэрси, Морин, Лабрайвилл и др.), 17 - провинция Гренвилл (Уайтстоун, Ривейре Пинтесоте, Аппер Норт Ривер), 18 - Вольф Ривер, 19 - Ларами, 20 - Пайкс Пик, 21 - массивы района Сан-Франциско, 22 - Сан Габриэль, 23 - массивы Мидконтинента и Юго-Запада США, 40 - Нуэлтин; 24-32 - Ю.Американская платформа: 24 - Паргуаза, 25 - Сурикусу, Мусайа, 26 - провинция Питинга (комплекс Мапуэра), 27-31 - провинция Рондония (27 - Сьерра да Провиденсиа, 28 - Сан Антонио, Теотонио, 29 - Сан Лоренцо-Карипунас, 30 - Санта Клара, Молодые Граниты Рондонии, 31 - Алто Кадеяс), 32 - Иту; 33 и 41 - Африка: 33 - Вади Ховар, 41 - Габороне; 34-36 - Сибирская платформа: 34 - Приморский, 35 - Каларский, 36 - Улкан-Джугджурский; Северо-Китайская платформа: 37 - Шачанг, Лэнинг, Дамайо; Австралия: 38 - Сибелла, Теннант Крик, 39 - Голер Рэндж.

Исследование целого ряда плутонов классических рапакиви Балтийского щита и Северной Америки (Свириденко, 1968; Великославинский и др., 1978; Emslie, Hunt, 1989, 1990; Anderson, 1983; Ларин и др., 1991; Rдmц, Haapala, 1995; Neymark et al., 1994; Шарков, 1999; Andersson et al., 2002 и др.) позволило установить, что наряду со специфическим геологическим положением плутонов, имеющих постектонический, дискордантный и эпизональный характер, а также своеобразными структурны ми особенностями, для гранитов рапакиви характерна принадлежность к бимодальным магматическим ассоциациям, присутствие очень высокожелезистых Fe-Mg-силикатов, обогащение большинством некогерентных элементов и F, свидетельствующие об их принадлежности к гранитам А-типа. Среди разнообразия определений гранитов рапакиви наиболее приемлемым представляется следующее - это граниты А-типа, характеризующиеся присутствием, по крайней мере, в крупных батолитах, разновидностей со структурами рапакиви (Haapala, Rдmц 1992).

1. Типы рапакивигранитсодержащих магматических ассоциаций

Выполненные автором исследования рапакивигранитсодержащих магматических комплексов Восточно-Европейской и Сибирской платформ, а также анализ литературных данных по другим регионам мира, позволили выделить 4 типа таких ассоциаций (табл. 1): анортозит-мангерит-чарнокит-рапакивигранитная (АМЧРГ), анортозит-мангерит-рапакивигранит-щелочногранитная (АМРГЩГ), габбро-рапакивигранит-фоидитовая (ГРГФ) и рапакивигранит-шошонитовая (РГШ). Для первых двух ассоциаций характерно то, что в полном объеме они практически не встречаются. Чаще всего какие-то члены ассоциаций выпадают или проявлены редуцированно. В целом в каждой из них существует некий композиционный ряд, в рамках которого наблюдается последовательное снижение роли пород основного состава и возрастание роли пород кислого состава.

Анортозит-мангерит-чарнокит-рапакивигранитная ассоциация

Эта ассоциация представлена практически на всех древних платформах мира. Ее формирование охватывает значительный интервал времени от 2.62 и до 0.61-0.51 млрд. лет, однако максимум приходится на 1.8-1.0 млрд. лет. В этой ассоциации можно выделить пять групп магматических комплексов, различающихся объемными соотношениями пород и глубинностью их становления (табл. 1). Вулканические эквиваленты для комплексов двух первых, наиболее глубинных групп, отсутствуют.

Анортозит-чарнокитовые комплексы встречается исключительно в коллизионных орогенах гималайского типа. Возрастной разрыв между коллизионным событием и их внедрением не превышает 30 млн. лет. Для этой группы характерен самый широкий возрастной диапазон формирования, от каларского комплекса (2.62 млрд. лет; Ларин и др., 2006а) до комплексов Губера и Экехёрнер (0.61-0.51 млрд. лет; Marki et al., 2004) в Антарктиде. Типичными примерами являются комплексы Лабрайвилл, Морин и др., образующие в провинции Гренвилл плутонический пояс протяженностью около 1900 км, сформированный в результате трех сближенных магматических событий: 1.16-1.13, 1.09-1.05 и 1.02-1.01 млрд. лет (Corrigan, Hanmer, 1997). Плутоны имеют зональное строение. Центральные их части сложены анортозитами, окруженными мафическими породами расслоенной серии. Кроме того, присутствуют еще две группы более поздних пород - высокоглиноземистые габбро и ферродиориты. Первые рассматриваются как возможный представитель родоначальной магмы анортозитовых комплексов (Mitchell, et al., 1995), вторые - как их поздний остаточный расплав (Ashwal, 1993). Внешнее кольцо плутонов представлено гранитоидами, среди которых преобладают чарнокиты. Реже встречаются граниты рапакиви.

Магматические комплексы остальных групп этой ассоциации были сформированы в возрастном интервале 1.8-1.3 млрд. лет и приурочены почти исключительно к длительно развивавшимся (~2.0-1.0 млрд. лет) периферическим орогенам, представляющими собой фрагменты некогда единой глобальной системы аккреционных поясов, развивавшихся по границам двух суперконтинентов Нина и Атлантика (Rogers, 1996). Возрастной интервал между завершающей складчатостью и внутриплитными магматическими импульсами составляет от 100 до 350 млн. лет. Батолиты, согласно геофизическим данным состоят из переслаивающихся пластин (0.5-3.0 км) гранитов и основных пород и прослеживаются до глубин 20-30 км (Elo, Korja, 1993). Под ними фиксируется подъем границы М и уменьшение мощности коры на 10-20 км (Buryanov et al., 2001). Гранитоиды являются доминирующим типом пород. Среди них преобладают овоидные биотит-амфиболовые граниты (выборгиты и питерлиты). Биотитовые и топазсодержащие граниты характерны для апикальных частей батолитов.

Таблица 1. Типы магматических ассоциаций, содержащих граниты рапакиви

Анортозит-мангерит-рапакивигранит-щелочногранитная магматическая ассоциация

В отличие от предыдущей она имеет более ограниченное распространение как в пространстве, так и во времени. Плутоны этого типа известны на Северо-Американской, Южно-Американской и Сибирской платформах, локализованы в протерозойских складчатых поясах и формировались в интервале 1.8-1.0 млрд. лет. Здесь также выделяется три группы комплексов (табл. 1). Комагматичные вулканиты характерны для всех трех групп. Возрастной интервал между магматизмом этого типа и предшествующими орогеническими событиями составляет не менее 100 млн. лет.

Типичный представитель этой ассоциации - Улкан-Джугджурский комплекс (1.74-1.70 млрд. лет), локализованный в центральной части Билякчан-Улканского вулканоплутонического пояса, протягивающегося более чем на 750 км по юго-восточной границе Сибирской платформы (Larin et al., 1997). Последовательность событий при формировании комплекса: Геранский массив анортозитов Южно-Учурский массив гранитов рапакиви улканская серия бимодальных вулканитов Северо-Учурский массив (субщелочные гиперсольвусные граниты I и II фазы) тела габбродиабазов Северо-Учурский массив (щелочные граниты III фазы) амундалинский вулканический комплекс комендитов и онгориолитов.

Габбро-рапакивигранит-фоидитовая ассоциация

Известен только один пример этой ассоциации - Бердяушский массив, расположенный в юго-восточной части Восточно-Европейской платформы, в Башкирском антиклинории, рифейские комплексы которого формировались в условиях пассивной континентальной окраины (Пучков, 2000). Со среднерифейским импульсом рифтогенеза связано внедрение Бердяушского массива - 135010 млн. лет и формирование базальт-липаритовой вулканической серии (Краснобаев и др., 1984). В составе массива выделяются три группы пород: гранитоиды, основные породы и щелочные породы. Преобладают граниты и кварцевые сиениты рапакиви. Редко отмечаются дайки щелочных гранитов. В центральной части массива развиты поздние тела щелочных и нефелиновых сиенитов. Основные породы (габброиды и габброанортозиты) встречаются среди гранитоидов в виде мегаинклавов.

Рапакивигранит-шошонитовая ассоциация

РГШ ассоциация, образующая узкие и протяженные пояса, развита ограниченно и связана с транспрессионными орогенами. Типичным для этой ассоциации является совмещение гранитов рапакиви с высоко- и ультракалиевыми магматическими породами. Кроме того, в нее могут входить иные граниты А-типа и калиевые граниты S-типа (Ларин, 2004). Типичный пример - Южно-Сибирский магматический пояс (1.88-1.84 млн. лет; Ларин и др., 2003), протягивающийся по юго-западному обрамлению Сибирского кратона более чем на 2500 км. Интервал между коллизионным событием и формированием пояса не превышает 30 млн. лет (Ларин и др., 2006б). В составе пояса выделено пять групп пород: (1) граниты А-типа, в том числе рапакиви и чарнокиты (приморский, татарниковский, кодарский и др. комплексы); (2) породы шошонит-латитовой серии (Cеверо-Байкальский вулканоплутонический пояс); (3) калиевые граниты S-типа (чуйско-кодарский комплекс); (4) лампроиты ханинского комплекса; (5) мафит-ультрамафитовые интрузии чинейского комплекса.

2. Особенности минерального состава гранитоидов и условия их кристаллизации

Наиболее характерной особенностью минерального состава гранитов рапакиви является высокая железистость Fe-Mg-силикатов. При этом экстремально высокая железистость этих минералов свойственна гранитам рапакиви первых трех ассоциаций, для которых типоморфны такие минералы как лепидомелан и ферригастингсит, высокожелезистые пироксены (феррогеденбергит, ферроавгит, ортоферросилит, пижонит) и фаялит (Свириденко, 1968; Великославинский и др., 1978; Anderson, Morrison, 2005 и др.). В поздних наиболее дифференцированных топазсодержащих гранитах появляется протолитионит. В гранитах рапакиви РГШ ассоциации Fe-Mg силикаты представлены биотитом и роговой обманкой, к которым иногда присоединяется гиперстен. Железистость этих минералов ниже, чем в рапакиви первых трех ассоциаций (Донская и др., 2005). В гранитах S-типа РГШ ассоциации появляются первичный мусковит и турмалин. Для щелочных гранитов типоморфны рибекит, эгирин, реже астрофиллит, Li-слюда и энигматит.

Общим для гранитов рапакиви первых трех ассоциаций является кристаллизация из «сухих» и высокотемпературных магм в условиях низкой фугитивности кислорода (f_O2 < FMQ буфера) и воды (Anderson, 1987; Salonsaari, 1995; Frost et al., 2002). Для Выборгского батолита установлены температуры кристаллизации в диапазоне 850-650С (Salonsaari, 1995; Elliot, 2001), еще более высокие температуры приводятся для гранитов комплекса Ларами, около 900С (Anderson et al., 2003). Становление массивов осуществлялось преимущественно в гипабиссальных условиях при давлениях от 5.4 до 1 кбар (Eklund, Shebanov, 1999; Elliot, 2001; Anderson et al., 2003). Граниты РГШ ассоциации также кристаллизовались из высокотемпературных магм при давлениях от ~1 до 4-7 кбар, редко больше, в условиях варьирующих, но в целом более высоких значений фугитивности кислорода (FMQ f_O2 HM) и воды (Wernick, Menezes, 2001; Донская и др., 2005). Кристаллизация щелочных гранитов осуществлялась в малоглубинных условиях из маловодных и крайне высокотемпературных расплавов (>950С) в восстановительных условиях (f_O2 FMQ буфер) (Smith et al., 1999).

3. Геохимические особенности магматических пород

Граниты рапакиви АМЧРГ ассоциации принадлежат к высокожелезистым и высококалиевым гранитам субщелочной серии, составы которых варьируют от слабо метглиноземистых до перглиноземистых. В общем, для гранитов рапакиви характерны высокие содержания K, Rb, Pb, Nb, Ta, Zr, Hf, Zn, Ga, Sn, Th, U, F, REE (за исключением Eu) и низкие содержания Ca, Mg, Al, P и Sr по сравнению с известково-щелочными гранитами. По мере усиления дифференцированности гранитов происходит последовательное увеличение содержаний Rb, Ga, Nb, Ta, Sn, F, Th, U, Y, HREE и уменьшение содержаний Ti, Fe, Mg, Al, Mn, Ca, Ba, Sr, Zr и Р. Для REE спектров биотит-амфиболовых гранитов (рис. 2а) характерно обогащение LREE, пологий наклон графика в области MREE-HREE, и наличие негативной Eu аномалии, что характерно для гранитов А-типа. По мере увеличения степени дифференцированности гранитов происходит обеднение LREE, обогащение HREE и «углубление» Eu аномалии. Для экстремально дифференцированных топазсодержащих гранитов характерен спектр с почти равноплечным распределение REE и глубокой Eu-аномалией (Eu/Eu* = 0.08), близкий спектрам фанерозойских Li-F гранитов. Спайдерграммы (рис. 2б), демонстрирующие плавное снижение содержаний элементов в ряду увеличения совместимых свойств элементов, с резкими негативными аномалиями для Sr, P, Ti и Eu и менее выраженными для Ва, Nb и Ta, также типичны для гранитов А-типа. На дискриминационных диаграммах (рис. 3) граниты рапакиви попадают в поля внутриплитных гранитов и гранитов А-типа. Чарнокиты по своим геохимическим характеристикам практически идентичны гранитам рапакиви (Свиридено, 1968; Petersen, 1980). В отличие от последних им соответствуют более глубинные уровни становления (Великославинский и др., 1978; Шинкарев, Иванников, 1983). Граниты рапакиви из АМРГЩГ и ГРГФ ассоциаций геохимически близки к классическим рапакиви Балтийского щита (рис. 2в-з, 4а,б). Однако щелочные граниты, входящие в эти ассоциации, демонстрируют существенные различия. Например, щелочные граниты Бердяушского массива геохимически очень близки к гранитам рапакиви, отличаясь лишь слегка более высокой степенью дифференцированности. Они имеют индекс агпаитности, близкий к единице, и принадлежат к К-серии.

Рис. 2. Графики распределения REE (а, в, д, ж) и спайдерграммы (б, г, е, з) пород Салминского батолита и Улкан-Джугджурского вулканоплутонического комплекса, нормированные к хондриту (Taylor, McLennan, 1985) и примитивной мантии (Sun, McDonough, 1989), соответственно.

а-б - граниты Салминского батолита (СМ - Салминский массив, УМ - Улялегский массив);

в-з - породы Улкан-Джугджурского вулканоплутонического комплекса: в-г - гранит Южно-Учурского массива и вулканиты улканской серии (СМ и ВМ - овоидные биотит-амфиболовые граниты Салминского и Выборгского массивов, средние значения); д-е - гранитоиды Северо-Учурского массива; ж-з - породы амундалинского вулканогенно-экструзивного комплекса.

Рис. 3. Дискриминационные диаграммы для гранитов рапакиви и ассоциирующих гранитов и кислых вулканитов: (а) - FeO*/MgO-(Zr+Nb+Ce+Y) по (Whalen et al., 1987); (б) - Rb-(Y+Nb) по (Pearce et al., 1984).

1 - АМЧРГ ассоциация (батолиты Балтийского щита); 2 - АМРГЩГ ассоциация (Улкан-Джугджурский и Мапуэра комплексы, Пайкс Пик массив); 3 - ГРГФ ассоциация (Бердяушский массив); 4 - РГШ ассоциация (Южно-Сибирский магматический пояс).

Примечание: высокодифференцированные граниты исключены из выборок.

Поля диаграммы: ORT - орогенические недифференцированные граниты М-, I- и S-типов; FG -фракционированные орогенические граниты; VAG - граниты островных дуг; Syn-COLG - синколлизионные граниты; Post-COLG - постколлизионные граниты; ORG - граниты океанических хребтов; WPG - внутриплитные граниты.

Щелочные граниты АМРГЩГ ассоциации (улкан-джугджурский комплекс) показывают принадлежность к высокожелезистым гранитам Na-серии с высоким индексом агпаитности (NK/A=0.98-1.57) и резко отличаются от ассоциирующих гранитов рапакиви по уровню обогащения большинством некогерентных элементов. Спайдерграммы и REE-спектры этих гранитов (рис. 2д,е) близки к типичным анорогенным редкометальным щелочным гранитам фанерозойского возраста с источником OIB типа (см. Коваленко и др., 2002). Экстремально фракционированными породами являются поздние экструзивно-вулканогенные образования, где сосуществуют комендиты и онгориолиты (рис. 2ж,з). Первые принадлежат к Na-серии агпаитовых пород, вторые - к К-серии плюмазитовых пород. Аналогичная ассоциация экстремально фракционированных гранитов этих двух серий характерна для комплексов Найн (Miller et al., 1997), Мапуэра (Lenharo et al., 2003) и Молодые Граниты Рондонии (Bettencourt et al., 1999). Все граниты этих двух ассоциаций принадлежат к типичным внутриплитным гранитам А-типа (рис. 3).

Гранитоиды РГШ ассоциации отличаются наибольшим разнообразием составов. Например, в Южно-Сибирском магматическом поясе выделяется три геохимически отличных группы гранитоидов и ассоциирующих вулканитов: шошонит-латит-трахириолитовая, рапакивигранит-чарнокитовая и S-гранитовая. В этом ряду наблюдается последовательное увеличение глиноземистости пород от низко- до высокоглиноземистых гранитов (ASI до 1.6), снижение содержаний HFS-элементов и возрастание LILE/HFSE отношения (рис. 4в-з). Породы первых двух групп относятся к гранитам А-типа (рис. 3а), однако к типично «внутриплитному» геохимическому типу можно отнести только высокалиевые гранитоиды первой группы (Северо-Байкальский вулканоплутонический пояс), которые геохимически наиболее близки к гранитам рапакиви АМЧРГ ассоциации (Неймарк и др., 1998; Ларин и др., 2003а, б). Остальные же по целому ряду своих геохимических признаков занимают граничное положение между орогеническими и внутриплитными гранитами. На дискриминационных диаграммах Дж. Пирса (рис. 3б) они вместе с S-гранитами третьей группы занимают поле посторогенных гранитов (Ларин и др., 2006б).

На диаграммах Y-Nb-Zr/4 и Y-Nb-Се (Eby, 1992) все субщелочные граниты различных ассоциаций попадают в поле А₂ - поле, представляющее магмы, отделенные от континентальной или андерплейтовой коры. В это же поле попадают и щелочные граниты, которые в крайне ограниченном объеме встречаются в массивах АМЧРГ и ГРГФ ассоциаций. В то же время щелочные граниты АМРГЩГ ассоциации ложатся в поле А₁ - поле гранитов, представляющих собой дифференциаты базальтовых магм, отделенных от источников типа OIB. На мантийный источник этого типа гранитов указывают также значения «канонических» отношений элементов, используемых для оценки источников разнообразных мантийных магм (Коваленко и др., 2007). В частности, средние значения отношений Nb/U, Zr/Nb и Th/Ta в щелочных гранитах АМРГЩГ ассоциации улкан-джугджурского комплекса - 48, 7.3 и 1.3, близки к этим отношениям в OIB - 47.05, 5.83 и 1.48 (Sun, McDonough, 1989). Субщелочные гиперсольвусные граниты этого комплекса имеют транзитный характер, перекрывая поля А₁ и А₂. Вероятно, их происхождение связано со смешением этих двух различных типов гранитных магм.

Нефелиновые и щелочные сиениты Бердяушского массива относятся к миаскитовому типу (NK/A = 0.66-1.06). По сравнению с агпаитовыми щелочными породами они обеднены некогерентными элементами. Для REE характерна высокая степень фракционированности ([La/Yb]_N = 20.0-30.6) и умеренная негативная Eu аномалия (0.68-0.39).

Породы габбро-анортозитового комплекса АМЧРГ и АМРГЩГ ассоциаций близки по химическому и минеральному составу и являются типичными представителями «massif-type anorthosite». Для анортозитов характерно обогащение элементами, имеющими геохимическое сродство с плагиоклазом (Sr, Eu) и обеднение всеми другими совместимыми и несовместимыми элементами. Для REE спектров типично обогащение LREE ([La/Yb]_N = 6.44-18.3) и заметная положительная Eu аномалия (до 6.7). Ферродиориты отличаются высокой железистостью и имеют высокие содержания Fe, Ti, P, Ba, Zr, Zn, Y и REE и низкие содержания совместимых элементов. REE спектры имеют фракционированный характер ([La/Yb]_N = 8.72-13.6) со слабо проявленной отрицательной Eu аномалией. Высокоглиноземистые габбро отличаются наибольшей магнезиальностью (Mg# = 54-59), наиболее высокими содержаниями совместимых элементов и наибольшей истощенностью некогерентными элементами. Для них характерен REE спектр близкий к анортозитам ([La/Yb]_N = 9.8; Eu/Eu* = 5.29), но с более низкими содержаниями REE.

Габброиды ГРГФ ассоциации принадлежат к умеренно титанистым и умеренно железистым породам толеитовой серии. По сравнению с основными породами АМЧРГ и АМРГЩГ они несколько обогащены совместимыми элементами и обеднены LIL-элементами.

Базальты относятся преимущественно к дифференцированным высокожелезистым континентальным толеитам, обогащенным некогерентными и обедненным когерентными элементами. Их состав варьирует от высоко-Ti базальтов повышенной щелочности в АМРГЩГ ассоциации до низко-Ti базальтов, близких к E-MORB в ГРГФ ассоциации. Низко-Ti базальты РГШ ассоциации принадлежат к шошонитовой серии. На дискриминационных диаграммах Zr/Y-Zr и Zr/4-2Nb-Y все они ложатся в поле внутриплитных базальтов. Некоторое смещение составов этих пород на графиках Th/Yb-Ta/Yb и Th-Hf/3-Ta в сторону полей базальтов активных континентальных окраин, а также наличие отрицательных Nb-Ta аномалий на спайдерграммах, указывает на литосферный компонент в источниках этих пород.

Рис. 4. Графики распределения REE (а, в, д, ж) и спайдерграммы (б, г, е, з) пород Бердяушского массива и ассоциирующих вулканитов и Южно-Сибирского магматического пояса, нормированные к хондриту (Taylor, McLennan, 1985) и примитивной мантии (Sun, McDonough, 1989), соответственно.

а-б - граниты Бердяушского массива и риолит машакской свиты (ВМ - овоидные биотит-амфиболовые граниты Выборгского массива, среднее значение);

в-з - Южно-Сибирский магматический пояс: в-г - граниты рапакиви Приморского батолита (СМ и ВМ - овоидные биотит-амфиболовые граниты Салминского и Выборгского массивов, средние значения); д-е - граниты чуйско-кодарского и кодарского комплексов; ж-з - породы Северо-Байкалского вулканоплутонического пояса.

Для гранитов приморского комплекса использованы аналитические данные из работы (Левицкий и др., 2002).

Таким образом, особенности минерального и химического состава большинства пород рассматриваемых ассоциаций указывают на их дифференцированный характер. Геохимические характеристики пород свидетельствуют об их внутриплитной природе. Среди гранитоидов можно выделить три главные группы. К первой относятся классические граниты рапакиви магматических ассоциаций первых трех типов, которые являются типичными представителями внутриплитных субщелочных гранитов А₂-типа. От других гранитов А₂-типа их отличает экстремально высокая железистость как пород, так и Mg-Fe силикатов, наиболее высокие содержания K₂O, HFSE, REE и F, а также кристаллизация из «сухих», высокотемпературных магм в резко восстановительных условиях. Высокие концентрации некогерентных элементов даже в слабо дифференцированных гранитах свидетельствуют о низких степенях парциального плавления источника в ходе генерации первичных магм этих гранитов. Эволюция этих гранитов осуществляется по плюмазитовому тренду. Конечным продуктом глубокой дифференциации этих магм являются Li-F граниты, представляющие собой типичные редкометальные граниты. Низкие значения f_O2 и f_H2O гранитов, отражают низкие f_O2 и f_H2O источника. Принадлежность гранитов к типу А₂ и наличие Nb-Ta негативной аномалии, свидетельствуют о том, что источник типа OIB для них маловероятен, и, наоборот, о важной роли литосферного компонента. Ко второй группе относятся щелочные граниты АМРГЩГ ассоциации, представляющие собой высокожелезистые, высокодифференцированные граниты А₁-типа Na-серии, максимально обогащенные некогерентными элементами, особенно группы HFSE, HREE и F. Эти граниты также кристаллизуются из «сухих», «восстановленных» и очень высокотемпературных магм, эволюция которых осуществляется по агпаитовому тренду. Наиболее дифференцированные породы этой серии представлены экстремально обогащенными некогерентными элементами альбитовыми гранитами, грорудитами и комендитами, также принадлежащими к редкометальным гранитам. Связь этих гранитов с мантийным источником типа OIB представляется наиболее вероятной.

К третьей группе относятся субщелочные калиевые граниты, варьирующие по составу от гранитов А2-типа до S-гранитов. Эти граниты принадлежат исключительно к РГШ ассоциации. Общим для всех них является повышенная глиноземистость и железистость и повышенные содержания некогерентных элементов, в первую очередь LILE. По сравнению с классическими рапакиви для них в целом характерна более высокая фугитивность кислорода и воды, они также несколько обеднены калием, HFSE и HREE, менее дифференцированы и принадлежат к геохимическому типу «посторогенных» гранитов.