Петрология и геохимия массива Ташлы-Тау, худолазовский дифференцированный комплекс, Южный Урал

Размещено на http://www.allbest.ru/

Петрология и геохимия массива Ташлы-Тау, худолазовский дифференцированный комплекс, Южный Урал

И.Р. Рахимов

Институт геологии УФИЦРАН

Аннотация

дифференцированный массив шток

Массив Ташлы-Тау представляет собой небольшой шток оливин-роговообманковых габбро, отвечая наиболее ранним по времени проявления продуктам дифференцированного магматизма худолазовского комплекса. Комплекс имеет сложное геологическое строение, поэтому детальные петролого-геохимические исследования отдельных массивов с привлечением численного моделирования параметров кристаллизации позволяют выявить особенности формирования худолазовского комплекса в целом. Цель статьи - реконструкция петрогенезиса габброидов массива Ташлы-Тау, имеющая важное значение ещё и в связи с его сульфидным Cu-Ni оруденением. Методика: Породообразующие минералы габброидов исследовались в оптическом микроскопе Axioskop 40 и на сканирующем электронном микроскопе Tescan Mira 3. Химический состав пород определялся с помощью рентгенофлуоресцентного анализа и масс-спектрометрии с индуктивносвязанной плазмой. Изотопный состав Sr и Nd изучался с помощью термоионизационной спектрометрии. Для разработки модели петрогенезиса использовалось численное COMAGMAT- моделирование и метод геохимической термометрии.

Результаты и обсуждение: Выполнено петролого-геохимическое изучение пород массива Ташлы- Тау. В них отмечается широкое развитие роговой обманки - титанистого магнезиогастингсита (~50 мае. %). Габброиды характеризуются относительной обогащённостью крупноионными литофильными элементами (Cs, Rb, Sr, Ва) и обеднённостью высокозарядными элементами (Nb, Та, Zr, Hf, REE). На основе геохимических данных сделан вывод о том, что магматический расплав являлся слабодифференцированным. Численное моделирование показало, что породы формировались из магмы, состоящей из ~20 мае. % вкрапленников оливина (Ро?б) и водонасыщенного базальтового расплава (~1.7 мае. % НгО), характеризующегося высокой глинозёмистостью, железистостью и умеренной магнезиальностью. Sr-Nd изотопный состав пород свидетельствует в пользу слабой коровой контаминации исходного расплава. Для них характерны высокие положительные значения eNd(T) (+5.2...+10.3) и пониженное содержание радиогенного стронция. В качестве источника материнского расплава мог служить мантийный резервуар типа PREMA.

Заключение: Полученные результаты важны для понимания природы формирования сложно дифференцированного худолазовского комплекса, специализированного на сульфидное оруденение. Для Урала этот комплекс является уникальным. Показано, что применение численного моделирования для водонасыщенных базальтовых систем может быть вполне эффективно до момента кристаллизации гидроксилсодержащих породообразующих минералов (роговой обманки).

Ключевые слова: массив Ташлы-Тау, расплав, численное моделирование, геохимия, Sr-Nd изотопная систематика, мантийный источник.

Abstract

Petrology and geochemistry of the Tashly-Tau massif, Khudolaz differentiated complex (Southern Urals)

I. R. Rakhimov

Institute of Geology UFRC RAS, 16/2 K. Marx st., Ufa 450077, Russian Federation

Introduction: The Tashly-Tau massif is a small olivine-hornblende gabbro stock that represents the earliest manifestations of the products of differentiated magmatism in the Khudolaz complex. The complex has a complicated geological structure. Therefore, the detailed petrological and geochemical studies of individual massifs using numerical simulation of crystallisation parameters make it possible to determine the formation features of the Khudolaz complex as a whole. The aim of the study is to reconstruct the paleogenesis of the gabbroids of the Tashly-Tau massif, which is also important because of the massifs sulphide Cu-Ni mineralisation.

Methodology: Rock forming minerals of the gabbroids were studied using an optical microscope Axioskop 40 and a scanning electron microscope Tescan Mira 3. The chemical composition of the rocks was determined using the X-ray fluorescence analysis and inductively coupled plasma mass spectrometry. The isotopic composition of Sr and Nd was studied using thermal ionisation spectrometry. To model the petrogenesis, numerical COMAGMAT modelling and the method of geochemical thermometry were used.

Results and discussion: The petrological and geochemical study of the rocks in the Tashly-Tau massif was carried out. It showed an extensive presence of the hornblende, titanous magnesiohastingsite (~50 wt. %). The gabbroids are characterised by their relative enrichment in large-ion elements (Cs, Rb, Sr, Ba) and depletion in high field strength elements (Nb, Ta, Zr, Hf, REE). Based on the geochemical data, it was concluded that the magmatic melt was poorly differentiated. The numerical simulation showed that the rocks were formed from magma, consisting of ~20 wt. % olivine phenocrysts (Fo?6) and water-saturated basalt melt (~1.7 wt. % FLO). The melt is characterised by high alumina and iron content and moderate magnesium content. The Sr-Nd isotopic composition of the rocks refers to little crustal contamination of the primitive melt. They are characterised by high positive values of eNd(T) (+5.2...+10.3) and a low content of radiogenic strontium. A mantle reservoir of the PREMA type could be a source of the parent melt. Conclusions: The obtained results are important for understanding the formation nature of the complicat- edly differentiated Khudolaz complex, specialised in sulphide mineralisation. This complex is unique to the Urals. It was shown that the use of numerical simulation of water-saturated basalt systems can be quite effective until the crystallisation of hydroxyl-containing rock forming minerals (the hornblende).

Keywords. Tashly-Tau massif, melt, numerical simulation, geochemistry, Sr-Nd isotopic systematics, mantle source.

Введение

Худолазовский дифференцированный комплекс является одним из интереснейших объектов Южного Урала в связи со сложностью его геологического строения, петрогенезиса и геодинамической интерпретации обстановки магмогенерации, а также наличию сульфидно-платинометального оруденения [1]. Ранее особенности петрогенезиса и оруденения комплекса наиболее детально изучались Д. Н. Салиховым [2, 3], U-Pb методом по циркону и бадделеиту определён возраст его формирования - 325-329 млн лет [4]. Однако не была предложена модель, удовлетворительно объясняющая петрографическое разнообразие и различия внутреннего строения отдельных массивов, не решены вопросы источника родоначального расплава и целый ряд более частных проблем.

Особенностью худолазовского комплекса, в отличие от других известных ультрабазит-базитовых сульфидоносных комплексов, является то, что он представлен не крупным расслоенным массивом, а множеством интрузивных тел, соответствующих отдельным «расслоенным горизонтам». В его строении было выделено три типа интрузивных тел: 1) мелкие штоки ультраосновных пород однородного строения, 2) относительно крупные хонолиты дифференцированного состава неоднородного строения, 3) небольшие хонолиты переходного состава от основных пород к средним относительно однородного строения. Штоки расположены в западной части мульды. Они представляют собой первую фазу внедрения наименее дифференцированного расплава [1], что даёт возможность наиболее обоснованно охарактеризовать природу и геохимические особенности родоначальной магмы. Среди штоков худолазовского комплекса одним из наиболее изученных является массив Ташлы-Тау [5]. Как и в других интрузиях, его породы метасоматизированы, что выражается, прежде всего, в хлоритизации, серпентинизации и пелитизации при воздействии гидротермального флюида. Однако в настоящей статье этот этап рассматривается мало, а делается попытка реконструировать именно магматический этап формирования интрузии.

Настоящая статья сфокусирована на петролого - геохимической характеристике пород массива Таш- лы-Тау и численном моделировании параметров кристаллизации расплава для оценки его геохимических особенностей и температуры ликвидуса. Её цель - реконструкция петрогенезиса магматических пород массива, которая важна также в связи с открытием в нём ликвационно-магматических сульфидных Ni-Cu руд [6].

Краткая геологическая и петрографическая характеристика

Массив Ташлы-Тау расположен в западном борту Худолазовской мульды (рис. 1а). Его размеры в плане составляют 100x150 м. Через него пробурена единственная скважина, в результате чего магмоподводящий канал не был выявлен. Глубина залегания подошвы не менее 112.5 м. По имеющимся геологическим данным предполагается корытообразная форма массива в поперечном сечении. Контакты имеют падение под углом 70-80°. Предполагается, что он продолжается на глубину в юго-восточном направлении. Вмещающими породами являются туфопесчаники бияго- динской свиты (D3f). В экзоконтактовой зоне вмещающие породы ороговикованы. Линзовидные сульфидные рудные тела были вскрыты рядом с подошвой интрузии (рис. 1б).

Методы исследований

Изучение прозрачно-полированных шлифов выполнялось на поляризационном микроскопе Axioskop 40 A, а также сканирующем электронном микроскопе Tescan Mira 3. Составы минералов определялись при помощи ЭДС приставки (Oxford Instruments) с использованием программного комплекса INCA Energy. Измерения производились при ускоряющем напряжении 20 кВ, токе 15 нА, времени накопления спектра 40 с. Предел обнаружения большинства элементов около 0.1-0.3 мас. %.

Химический состав пород определялся с помощью рентгенофлуоресцентного анализа (РФА) (для петро- генных элементов) и масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой (ИСП МС) (микроэлементы). РФА проводился на спектрометре Carl Zeiss VRA-30 (ИГ УФИЦ РАН, Уфа) с использованием вольфрамовой трубки при напряжении 30-40 кВ, силе тока 40 мА. Для построения калибровочных графиков были использованы государственные стандартные образцы магматических пород с аттестованными содержаниями элементов. Анализ ИСП МС выполнялся при помощи масс-спектрометра Perkin Elmer ELAN 9000 (ЦКП «Геоаналитик», ИГГ УрО РАН, Екатеринбург). Типичные операционные условия масс-спектрометра ELAN 9000 при мультиэлементном анализе проб следующие: мощность радиочастотного генератора - 1300 Вт, материал конусов интерфейса - платина или никель. Для построения градуировочных зависимостей применяли мультиэлементные стандартные растворы.

Измерения изотопного состава неодима и концентраций Sm и Nd проводились на 7-канальном твердофазном масс-спектрометре Finnigan-MAT 262 (RPQ) (ЦКП ГИ КНЦ РАН, Апатиты) в статическом двухленточном режиме с использованием рениевых и танталовых лент. Ошибка в 147Sm/144Nd отношениях составляет 0.3 % (2о) - среднее значение из 7 измерений в стандарте BCR. Погрешность измерения изотопного состава Nd в индивидуальном анализе не превышала 0.005 %. Изотопный состав Sr и определение содержаний Rb и Sr проводили на масс-спектрометре МИ-1201-Т(ЦКП ГИ КНЦ РАН, Апатиты) в одноленточном режиме на танталовых лентах. Погрешности изотопного состава (95 %-й доверительный интервал) 87Sr/86Sr не превышают ±0.04 %, определения 87Rb/86Sr отношений ±1.0 %. При расчёте величин sNd(T) и sSr(T) использованы современные значения CHUR по [7] (i43Nd/i44Nd = 0.5i2630, i47Sm/i44Nd = 0.1960), UR по [8] (87Rb/86Sr = 0.08i99, 87Sr/86Sr = 0.704250).

Рис. 1. Схематическая геологичеккая карта Худолазовской мульды (а) и план обнажения массива Ташлы-Тау с геологическим разрезом через линию I-I (b) по [5]: 1-8 - стратифицированные вулканогенно-осадочные отложения: 1 - ирендыкской свиты (D2efi), 2 - карамалыташской свиты (D2ef2), 3 - ярлыкаповской свиты (D2ef2), 4 улутауской свиты (Dz-3zv-f), 5 - мукасовской свиты (Dsf), 6 - биягодинской свиты (Dsf-fm), 7 - нижней подсвиты (Dsfmi-2) / верхней подсвиты (D3fm2-Citi) зилаирской свиты, 8 - берёзовской свиты (Cit-v); 9-15 - массивы интрузивных комплексов карбона: 9 - басаевского (долериты), 10 - кизильского (плагиограниты), 11-14 - худолазовского (11 - перидотиты и габброперидотиты, 12 - оливиновые габбро, 13 - безоливиновые габбро, 14 - диориты), 15 - япрактинского (плагиограниты); 17-20 - породы массива Ташлы-Тау: 17 - габбро с редкой сульфидной вкрапленностью, 18 убогие Ni-руды (Ni < 0.3 мас. %), 19 - рядовые Ni-руды (Ni 0.3-1 мас. %), 20 - дайки долеритов. [Fig. 1. Schematic geological map of Khudolaz trough (a) and outcrop plan of Tashly-Tau massif with geological section across line I-I (b) after [5]: 1-8 - stratified voulcanogenic-sedimentary deposits: 1 - Irendyk Suite (Df 2 - Karamalytash Suite (D2ef2), 3 - Yarlykapovo Suite (D2ef2), 4 - Ulutau Suite (Dz-3zv-f), 5 - Mukasovo Suite (Dsf), 6 - Biyagoda Suite (Dsf-fm), 7 - Lower SubSuite (Dsfmi-2) / Upper SubSuite (Dsfm2-Citi) of Zilair Suite, 8 - Beryozovskiy Suite (Cit-v); 9-15 - massifs of Carboniferous intrusive complexes: 9 - Basaevo (dolerites), 10 - Kizil (plagiogranites), 11-14 - Khudolaz (11 - peridotites and gabbroperidotites, 12 - olivine gabbro, 13 - oliviness gabbro, 14 - diorites), 15 Yaprakty (plagiogranites); 17-20 - rocks of Tashly-Tau massif: 17 - rare sulfide impregnation gabbro, 18 - poor Ni-ores (Ni < 0.3 wt. %), 19 - ordinary Ni-ores (Ni 0.3-1 wt. %), 20- dolerite dykes.]

Численное моделирование параметров кристаллизации исходного расплава проводилось в программе COMAGMAT 3.73 (полибарическая «водная» версия) [9]. Для оценки состава и температуры исходного расплава был применён метод геохимической термометрии [i0].

Результаты исследований

Массив Ташлы-Тау сложен, большей частью, оли- вин-роговообманковыми габбро c пойкилоофитовой структурой (рис. 2). Текстура пород массивная, но иногда встречаются признаки такситовой (шлировой) текстуры, когда наблюдается тенденция к формированию зёрнами оливина обособленных скоплений-сростков, хотя из-за метасоматических преобразований их часто не удаётся обнаружить.

Роговая обманка является самым распространённым минералом пород (около 45 об. %). Она образует ксеноморфные зёрна - ойкокристаллы размером до 35 мм. По составу отвечает титанистому магнезиогасти- нгситу (TiO2 до 3 мас. %, (Mg/Fe2+)=0.86-0.98).

Плагиоклаз (~ 35%) образует таблитчатые кристаллы длиной 0.5-1.5 мм и по составу соответствует лабрадору An6i,3-65,6Ab34,i-38,4Or0,3-0,5.

Оливин (Fo78-73) присутствует в количестве около 20% объёма пород. Он представлен часто округлыми или слабо вытянутыми призматическими зёрнами размером до 2 мм.

Второстепенные минералы - клинопироксен (~ 5 об. %), флогопит (~ 5%). Среди рудных минералов распространены сульфиды (от 0.1-0.5 до 5-7%), представленные сростками пирротина, халькопирита и пентландита, также в небольшом количестве встречаются шпинелиды.

Геохимия

Относительная петрографическая однородность массива Ташлы-Тау не согласуется с выявленными вариациями химического состава пород. С одной стороны, это можно объяснить такситовой текстурой пород в результате чего пробы могли быть отобраны из более лейкократовых или меланократовых участков. С другой стороны, это, вероятно, связано с неравномерными метасоматическими преобразованиями пород. Содержания MgO и FeOt варьируют в пределах 9.920.2 и 11.2-18.2 мас. % соответственно, SiO2 = 40.548.8 мас. % (табл. 1). Для габброидов характерны довольно умеренные вариации Mg# (100xMgO/(MgO+FeOt+Mn)) = 42-57. Они низкоглинозёмистые с широкими вариациями значений коэффициента глинозёмистости al' (Al2O3/(FeO+Fe2O3+ MgO)) - 0.28-0.61, в среднем составляет 0.44. По содержанию TiO2 (0.4-0.7 мас. %) габброиды классифицируются как низкотитанистые. При этом они имеют стабильно повышенные содержания P2O5 (~ 0.33 мас. %). Они отвечают ряду нормальнощелочных ультра- базит-базитов с калий-натровым типом щёлочности (Na/K ~ 3.9). Содержание SiO2 в них составляет 40.545.8 мас. %. По соотношению FeOt/MgO и SiO2 габброиды характеризуются промежуточным положением между известково-щелочной и толеитовой сериями, что типично для всего худолазовского комплекса [1].

Рис. 2. Микрофотографии пород массива Ташлы-Тау (проходящий свет): а) участок габбро, богатый оливином; Ь) участок габбро, богатый плагиоклазом. Примечание: hbl - роговая обманка, mgta - изменённый магнетит, ol - оливин, pla - изменённый плагиоклаз.

[Fig. 2. Photomicrografs of Tashly-Tau massif rocks (transmitted light): a) olivine-rich gabbro fragment; Ь) plagioclase-rich gabbro fragment. Note: hbl - hornblende, mgt“ - altered magnetite, ol - olivine, pla - altered plagioclase.]

Таблица. 1. Химический состав пород массива Ташлы-Тау (петрогенные оксиды в мас. %, редкие элементы - в г/т) [Table 1. Chemical composition of Tashly-Tau massif rocks (oxides in wt. %, trace elements in ppm)]

Примечание: 3777 и K18-95 - данные микроэлементов по РФА, остальные - ИСП МС; 3750s - кальцит-полевошпат-хлоритовая метасоматическая жила, остальные - различно изменённые габброиды; < - ниже предела обнаружения.

[Note: 3777 and K18-95 - XPF data, others - ICP MS; 3750s - calcite-feldspar-chlorite metasomatic vein, others - altered gabbroids;

< - below limit of detection.]

На бинарных диаграммах, построенных в координатах “MgO-оксид” (рис. 3) хорошо видны зависимости концентраций ряда петрогенных оксидов от содержания MgO, контролируемого в породах в основном оливином. Так, в поведении SiO2, TiO2, Al2O3 и Na2O наблюдается довольно отчётливая отрицательная корреляция с MgO. Содержания этих компонентов (кроме TiO2) контролируются полевыми шпатами, соответственно более лейкократовые разновидности обогащены этими элементами и обеднены магнием. Отчасти содержания глинозёма и оксида натрия, а также оксид титана, контролируются роговой обманкой. Между содержаниями FeOt и MgO отсутствует корреляция, что также может быть связано с метасоматизацией.

Микроэлементный состав габброидов массива Ташлы-Тау характеризуется относительно высокими концентрациями крупноионных литофильных элементов (Cs, Rb, Sr, U, Th) и относительно пониженными содержаниями таких высокозарядных элементов, как Nb, Ta, Zr, Hf, Sc, Y, REE. Первой группе присущи значительные количественные вариации, обусловленные, по-видимому, метасоматическими процессами. На спайдер-диаграмме наблюдается резкая положительная аномалия Sr и достаточно чёткий минимум Nb (рис. 4а).

Поведение стронция достаточно ясно коррелирует с глинозёмистостью пород (коэф. корр. = 0.54). Спектры распределения редкоземельных элементов в целом единообразны (рис. 4б), отмечается их незначительное фракционирование (Lan/Ybn ~ 3.4). Характерно либо отсутствие, либо слабое положительное значение Eu-аномалии (Eun/Eun*=1.23).

Рис. 3. Бинарные диаграммы в координатах “MgO-оксид” для пород массива Ташлы-Тау. Примечание: r - коэффициент корреляции Пиркона.

[Fig. 3. Binary plots in “MgO-oxide” series for Tashly-Tau massif rocks. Note: r - Pearson correlation coefficient.]

Рис. 4. Мультиэлементные спайдер-диаграммы для пород массива Ташлы-Тау по данным табл. 1: а - нормировано на состав примитивной мантии [11], b - нормировано на состав хондрита [12].

[Fig. 4. Multi-element diagrams for Tashly-Tau massif rocks from Table 1 data: a - normalized in primitive mantle composition, b - normalized in chondrite composition [12].]

Вариации концентраций рудных элементов (Cu, Ni, Co) и TABS-элементов (Te, As, Bi, Sb, Se) в породах обусловлены главным образом распределением в них сульфидных минералов. Так наибольшие концентрации указанных элементов приурочены к рудным телам (пробы 3775 и 3777, табл. 1), залегающим в донной части массива. Ранее также было установлено значительное влияние гидротермально-метасоматических процессов на перераспределение этих элементов в массиве [13].

Sm-Nd и Rb-Sr изотопная систематика

Sm-Nd и Rb-Sr изотопные исследования проводились в 3 порошковых пробах массива Ташлы-Тау, а также в 1 пробе из неизменённых вмещающих песчаников бугодакской свиты. Для расчёта начальных изотопных отношений были приняты значения абсолютного возраста массива по датировке соседних интрузий худолазовского комплекса - 325 млн лет [4]. Возраст отложения туфопесчаников бугодакской свиты, сформировавшихся за счёт разрушения изверженного материала франских вулканических построек [14] и являющихся вмещающими породами массива Ташлы-Тау, был принят как 380 млн лет.

Первичный изотопный состав неодима характеризуется высоким значением sNd(325) (+5.2...+10.3) (табл. 2). Высокорадиогенный состав Nd свидетельствует о ювенильной природе деплетированных мантийных расплавов, материнских для массива Ташлы- Тау. Изотопный состав Nd вмещающих песчаников отличается более низким значением sNd(380) (+2.06), вероятно отражая специфику изотопного состава пород источника сноса - бугодакских базальтоидов.

Величины первичных отношений изотопов стронция 87Sr/86Sr(T) в 3 пробах весьма однородны (табл. 3) и характеризуются около нулевыми или слабоположительными значениями sSrUR(325) (0...+3.72), отражая близость к составу модельного резервуара UR (uniform reservoir). Напротив, вмещающие песчаники обогащены радиогенным стронцием, sSrUR(380) = +30.92, что вполне характерно для терригенных осадочных пород.

Таблица. 2. Sm-Nd изотопные данные для габброидов (1-3) массива Ташлы-Тау и вмещающих песчаников (4) [Table 2. Sm-Nd isotopic data for Tashly-Tau massif gabbroids (1-3) and host sandstones (4)]

Таблица. 3. Rb-Sr изотопные данные для габброидов массива Ташлы-Тау и вмещающих песчаников [Table 3. Rb-Sr isotopic data for Tashly-Tau massif gabbroids and host sandstones]

Численное моделирование

Применение компьютерных программ для моделирования параметров кристаллизации магматического расплава, сформировавшего породы массива Ташлы- Тау, осложнено их интенсивной метасоматической переработкой. К тому же расплав, очевидно, был водонасыщенным, что подтверждается широким развитием роговой обманки. В существующих петрологических приложениях-симуляторах (например, MELTS, COMAGMAT, PETROLOG и др.) набор кристаллизующихся минеральных фаз не включает гидроксилсодержащие минералы. Исходя из этого, а также из представления о позднемагматическом происхождении роговой обманки (~50 мас. %), на что указывают структуры пород, степень кристаллизации расплава для каждой сессии ограничивалась 50%. Также в основу было заложено представление о закрытости моделируемой системы, о чём свидетельствует внутреннее строение массива и закономерности химического состава породообразующих минералов. Параметры моделирования включали: равновесная кристаллизация, кислородный буфер QFM, давление 2 кбар, содержание воды 1.5 мас. %. Оценка давления основывалась на геологических представлениях и степени литификации вмещающих песчаников.

Содержание воды обусловлено, во-первых, наличием в породах роговой обманки (~50 мас. %), содержащей в своём химическом составе около 2 мас. % H2O, а также некоторыми водосодержащими акцессорными минералами (флогопит, апатит). Это определяет минимальное количество воды в расплаве (>1 мас. %). Во-вторых, согласно экспериментальным данным [15, 16], кристаллизация роговой обманки при давлении 2 кбар возможна лишь при содержании воды в расплаве не менее 3-3.5 мас. %. Подбирая параметры симуляции, для получения 3 мае. % воды в остаточном расплаве после 50 % кристаллизации необходимо её исходное содержание в 1.5 мас. %.

Для получения состава исходного расплава были использованы модельные кривые кристаллизации по составам 3 образцов. Два из них - пробы оливин-рого- вообманковых габброидов - 3750t и 3759, а в качестве третьего (ТТМ) использовался средний состав по 10 пробам (табл. 4). Выбор этих проб обусловлен спецификой метода геохимической термометрии, требующей обеспечения контрастности моделируемых составов [10]. Проба по средним составам использовалась из-за неравномерной метасоматической переработки пород массива. Составы пород были пересчитаны на 98.5% за вычетом ППП, поскольку количество ППП в анализах превышает расчётное содержание воды (1.5 %). Величина ППП в пробах обусловлена и высоким количеством воды из-за метасоматической хлоритизации, серпентинизации и пелитизации, и присутствием летучих (CO32, F , CO2, N2).

На бинарных диаграммах (рис. 5) показаны кривые кристаллизации расплавов природных и модельных составов. Состав исходного расплава, согласно методу геохимической термометрии [10], оценивался по точкам пересечения и узлам сближения модельных кривых. От оси ординат построены линии, пересекающие узлы пересечения и фиксирующие температуру ликвидуса на уровне 1148°С. От оси абсцисс к точкам пересечения или к средним кривым построены проекции с указанием содержания каждого элемента (рис. 5). В табл. 4 показан оценённый таким образом состав расплава (C). В дальнейшем этот состав был смоделирован, чтобы воспроизвести количественные характеристики петрогенных оксидов в породе и в минералах. Оказалось, что для получения начальной температуры кристаллизации в 1148°С содержание воды в рассчитанном расплаве нужно было увеличить до значения 1.7 мас. %. В результате был получен модельный состав (М), в целом очень близкий к составу C, отличающийся лишь по кремнекислотности на 0.5 мас. % (табл. 4). Тренд кристаллизации модельного состава (М) нанесён на бинарные диаграммы (рис. 5).

Таблица. 4. Составы проб и модельных расплавов, использованных в COMAGMAT-моделировании

[Table 4. Composition of samples and model melts, used in COMAGMAT-simulation]

Примечание: TTM - средний состав по 10 пробам (табл. 1); С - состав расплава, полученный методом геохимической термометрии; М - состав расплава, скорректированный по результатам моделирования.

[Note: TTM - average composition of 10 samples (from Table 1); C - composition of melt, derived from simulation; M - composition of melt, corrected according simulation.]

Рис. 5. Тренды кристаллизации природных и рассчитанных составов пород (из табл. 4) массива Ташлы-Тау в координатах “оксид-температура”.

[Fig. 5. Crystallization plots of natural and calculated compositions of Tashly-Tau massif rocks (from Table 4) in “oxide-temperature” pairs.]

Обсуждение результатов. Петрографическая номенклатура

По минеральному составу габброиды массива Ташлы-Тау довольно необычны. Породы со столь высоким количеством роговой обманки, вероятно, должны называться горнблендитами, хотя номенклатура богатых гидроксилсодержащими минералами пород имеет различные неопределённости [17]. В мире отмечаются оливиновые (аржеиниты, до 40% оливина) и полевошпатовые (исситы, иногда - иситы, до 10-22% плагиоклаза) разновидности горнблендитов, встречающиеся очень редко [18, 19]. В нашем случае целесообразно использовать наименование “оливиновый пла- гиогорнблендит”, однако, применение данной терминологии к изучаемым породам пока проблематично из- за высокой степени их вторичных изменений. Первично магматическое происхождение горнблендитов у некоторых исследователей вызывает сомнение [20]. Магматогенное происхождение роговой обманки в массиве Ташлы-Тау подтверждается её характерным составом, взаимоотношениями с оливином и плагиоклазом в малоизменённых породах, отсутствием признаков замещения ею других минералов, а также замещениями самой роговой обманки низкотемпературными амфиболами (например, актинолитом) и хлоритом.

Петрогенезис и численное моделирование

Массив Ташлы-Тау, согласно петрогенетической модели образования худолазовского комплекса [1, 5], отвечает первой фазе внедрения магмы из единой крупной магматической камеры, эволюционирующей во времени. Соответственно данный массив, как и вся серия однотипных штоков, формировался из наименее фракционированных порций расплава. Эти выводы подтверждаются результатами моделирования в программе COMAGMAT 3.57 и имеющимися геолого-геофизическими данными [1].

Внутреннее строение массива Ташлы-Тау характеризуется относительной однородностью, при этом в химическом составе отмечаются вариации ряда петро- генных элементов, связанные с неоднородной (шлиро- такситовой) текстурой пород и их метасоматической переработкой. Различия среднего состава пород с модельным расплавом (табл. 4) связаны с наличием в магме фенокристов оливина, находящихся в равновесии с расплавом. Это подтверждается присутствием зёрен оливина в приконтактовых породах. То есть в момент внедрения in situ магма состояла из расплава и твёрдой фазы - вкрапленников оливина (и возможно, шпинели). При этом состав оливина во вкрапленниках мог отличаться от состава оливина, который мы наблюдаем в породах, поскольку этот минерал может переуравновешиваться за счёт взаимодействия с интеркумулусом [21]. Тем не менее, руководствуясь данными о составе оливина (Fo77-73) можно рассчитать, что для компенсации недостающей разницы в содержаниях MgO между модельным расплавом и средним составом изучаемых пород нужно около 16-18 мас. % вкрапленников оливина в магме.

Согласно численной модели кристаллизации состава М первым на ликвидусе при температуре 1148°С появляется плагиоклаз An86. Далее при снижении температуры на 6°С система достигает точки эвтектической кристаллизации оливина (Fo75). При 1096°С начинает кристаллизоваться авгит (En39.97Fs21.54Wo38.49). При степени кристаллизации 50% температура расплава снижается до 1087°С, количество плагиоклаза в этот момент составляет 31 мас. %, оливина - 14%, авгита - 5%. Содержание H2O достигает 3 .36 мас. %, что удовлетворяет условиям стабильности роговой обманки. Если симулятор не останавливать на уровне 50% кристаллизации, в системе продолжается медленный рост содержаний оливина и плагиоклаза и существенный рост количества авгита. В реальности вместо пироксена кристаллизуется роговая обманка, что связано и с водонасы- щенностью расплава, и с его повышенной глинозёми- стостью. Содержание H2O в изучаемой системе определяется как обилием роговой обманки (не менее 50 мас. %), так и пределом растворимости воды в магме, оцениваемым в алюмосиликатных расплавах при давлении 2 кбар на уровне 4-8 мас. % [22-24]. Также, судя по минеральному составу пород, присутствие повышенного количества воды ограничивает кристаллизацию Ti-оксидов и весь титан входит в структуру амфибола. В целом воспроизводимые в симуляторе массовые доли плагиоклаза и авгита соответствуют наблюдаемым природным, но доля оливина, учитывая вкрапленники, выше реальной в 1 .5 раза. Возможно, природный расплав изначально содержал количество воды больше, чем 1.7 мас. %. Хотя составы модельного и природного оливина очень близки. Напротив, в составах плагиоклазов различия между модельной системой и природной существенны: модельный плагиоклаз (An86-68) богаче анортитовым миналом, чем природный (An66-61). Однако это может быть связано с недостаточной выборкой анализов из-за интенсивных метасоматических замещений основного плагиоклаза в породах.

Источники магмы

Изотопно-геохимические данные, включая Pb и S [1], свидетельствуют о несущественной роли коровой контаминации родоначального расплава, как минимум в верхнекоровых условиях. Так, на диаграмме “sSr(T)- sNd(T)” (рис. 6), построенной на время формирования худолазовского комплекса (325 млн лет), фигуративные точки массива Ташлы-Тау занимают область, наиболее близкую к мантийной компоненте PREMA. Близость к источнику PREMA демонстрирует и изотопный состав свинца [1]. Однако изучаемые габбро- иды характеризуются более высоким отношением 87Sr/86Sr, в целом отвечая по Sr-Nd изотопному составу внутриплитным океаническим базальтам с высоким отношением 143Nd/144Nd. Худолазовский комплекс часто сопоставлялся исследователями с норильским интрузивным комплексом благодаря специализации на Ni-Cu сульфидное оруденение [1, 2]. Эти объекты действительно очень схожи по морфологии, петрографии и внутреннему строению тел, а также по химическому составу рудовмещающих пород, однако как видно на диаграмме “sSr(T)-sNd(T)” интрузии Норильского района, включая и норильский комплекс, отличаются в значительной мере контаминированными магмами. Это, наряду с различием в размерах тел, в конечном итоге могло стать одной из основных причин более низкого ресурсного потенциала худолазовского комплекса в сравнении с норильским [25-27].

Рис. 6. Диаграмма sSr(T)-eNd(T) для пород массива Ташлы- Тау. Глобальные мантийные изотопные резервуары: DM - истощённая мантия, EM I и EM II - обогащённые источники, PREMA - преобладающая мантия; OIB - поле базальтов океанических островов. Поля OIB и интрузий сибирских траппов заимствованы из [28], составы остальных компонент взяты из [29, 30]. [Fig. 6. eSr(T)-eNd(T) diagram for Tashly-Tau massif rocks. General mantle isotope reservoirs: DM - depleted mantle, EM I and EM II- enriched sources, PREMA - prevalent mantle, OIB - oceanic island basalts field. The OIB and Siberia intrusive trap fields taken from [28], other component compositions taken from [29, 30].]

Выводы

По результатам проведённых исследований можно сделать следующие выводы:

- массив Ташлы-Тау худолазовского дифференцированного комплекса сложен богатыми первичной роговой обманкой (~ 50 мас. %) оливиновыми габброи- дами, к которым можно применить термин «оливино- вые плагиогорнблендиты»;

- породы характеризуются повышенными, но варьирующими содержаниями MgO и FeOt, низкой глино- зёмистостью, а также повышенными концентрациями крупноионных литофильных элементов (Cs, Rb, Sr, Ba) и пониженными - высокозарядных элементов (Nb, Ta, Zr, Hf, REE);

- согласно методу геохимической термометрии и численному моделированию параметров кристаллизации исходная магма состояла из водонасыщенного (~1.7 мас. % H2O), умеренномагнезиального, высокоглинозёмистого и высокожелезистого базальтового расплава и ~ 20 мас. % вкрапленников оливина (Fo76); температура ликвидуса - 1148 °С;

- Sr-Nd изотопные данные свидетельствуют о низкой роли коровой контаминации родоначального расплава (є№(Т) = +5.2...+10.3, є8гцк(Т) = 0...+3.72);

- в качестве источника родоначального расплава мог служить мантийный резервуар типа PREMA (ювенильная дебетированная мантия);

- особенности внутреннего строения и элементноизотопных геохимических свойств пород массива Ташлы-Тау позволяют его рассматривать как закрытую систему, сформированную в результате одноактной инъекции магматического расплава в место консолидации.

Литература

1. Рахимов И. Р. Г еология, петрология и рудоносность позд- недевонско-карбонового интрузивного магматизма ЗападноМагнитогорской зоны Южного Урала: дис. ... канд. геол.- мин. наук. Уфа, 2017. 181 с.

2. Салихов Д. Н., Пшеничный Г. Н. Магматизм и оруденение зоны ранней консолидации Магнитогорской эвгеосинклинали. Уфа: БФАН СССР, 1984. 112 с.

3. Салихов Д. Н., Бердников П. Г. Магматизм и оруденение позднего палеозоя Магнитогорского мегасинклинория. Уфа, 1985. 94 с.

4. Салихов Д. Н., Беликова Г. И., Пучков В. Н., Эрнст Р., Сёдерлунд У., Камо С., Рахимов И. Р., Холоднов В. В. Никеленосный интрузивный комплекс на Южном Урале // Литосфера. 2012. № 6. С. 66-72. URL: https://www.lithosphere.ru/ jour/article/view/705/704 (дата обращения: 22.05.2020).

5. Рахимов И. Р., Вишневский А. В., Зайлямов Ш. Р., Михеева А. В. Минералогия пород и руд интрузии Ташлы-Тау худолазовского комплекса // Геология. Известия Отделения наук о Земле и природных ресурсов АН РБ. 2018. № 25. С. 7785. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=37173518 (дата обращения: 22.05.2020).

6. Бучковский Э. С., Перминов Г. М., Калташов А. П., Караваев И. Н. Отчёт о результатах работ, проведённых Худолазовской геолого-поисковой партией в северной части Бай- макского и южной части Абзелиловского районов БАССР «Оценка никеленосности основных интрузий Худолазовского комплекса». Уфа: ГосГеолФонд, 1971. Т.1. 275 c.

7. Bouvier A., Vervoort J. D., Patchetta J. P. The Lu-Hf and Sm Nd isotopic composition of CHUR: Constraints from unequilibrated chondrites and implications for the bulk composition of terrestrial planets // Earth and Planetary Science Letters. 2008. Vol. 273. I. 1-2. pp. 48-57. DOI: https:ZZdoi.org/10.1016Zj. epsl.2008.06.010

8. Toyama C., Muramatsu Y., Yamamoto J., Nakai S., Kaneoka

9. Sr and Nd isotope ratios and trace element concentrations in kimberlites from Shandong and Liaoning (China) and the Kimberley area (South Africa) ZZ Geochemical Journal. 2012. Vol. 46. pp. 45-59. DOI: https:ZZdoi.orgZ10.2343Zgeochemj.1.0151

10. Ariskin A. A., Barmina G. S., Frenkel M. Ya., Nielsen R. COMAGMAT: a Fortran program to model magma differentiation processes ZZ Computers and Geosciences. 1993. Vol. 19. pp. 1155-1170. DOI: https:ZZdoi.orgZ10.1016Z0098-3004(93)90020-6

11. Ариккин А. А., Бармина Г. С. Моделирование фазовых равновесий при кристаллизации базальтовых магм. М.: Наука, 2000. 363 с. URL: https:ZZwww.rfbr.ruZrffiZruZbooksZ о_63545 (дата обращения: 22.05.2020).

12. Lyubetskaya T., Korenaga J. Chemical composition of earth's primitive mantle and its variance ZZ Journal of geophysical research. 2007. Vol. 112. pp. 1-21. DOI: https:ZZdoi.orgZ10.1029Z 2005JB004224

13. Lodders K., B. Fegley. The Planetary Scienctist's Companion. Oxford University Press, New York, 1998. 400 p.

14. Рахимов И. Р., Вишневский А. В., Савельев Д. Е. Роль гидротермально-метасоматических изменений в формировании полигенной сульфидной и благороднометалльной минерализации габброидов худолазовского комплекса, Южный Урал // Металлогения древних и современных океанов. Миасс: ЮУ ФНЦ УрО РАН, 2019. С. 55-58. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=38165446 (дата обращения: 22. 05.2020).

15. Маслов В. А., Арт...