Минералогия и геохимия щелочных и субщелочных пород

Татарского комплекса, Енисейский кряж

Романова И.В.*, Матушкин Н.Ю.**, Романов М.И.***

*Институт геологии и минералогии, Новосибирск, Россия; **Институт нефтегазовой геологии и геофизики, Новосибирск, Россия; ***ФГУП СНИИГГиМС, Новосибирск, Россия

vernikovskayaiv@gmail.com

 

В пределах Татарско-Ишимбинской сутурной зоны Енисейского кряжа в неопротерозойское время происходило формирование разнообразных по составу интрузивных и вулканогенных пород повышенной щелочности, включая нефелиновые и щелочные сиениты, а также карбонатиты и граниты А-типа. Они образуют как небольшие массивы овальной или округлой формы, так и дайки, пластовые и линзообразные тела, трассирующие эту сутуру вдоль всего ее протяжения. К этой зоне приурочены щелочные и ассоциирующие с ними породы Среднетатарского и Ягодкинского массивов, для которых приводятся новые минералогические, геохимические и геохронологические (U-Pb) данные.

Среднетатарский щелочной массив расположен в южной части Центрально-Ангарского террейна Енисейского кряжа, в среднем течении р. Татарки – правого притока р. Ангары. Массив занимает площадь около 15 км², имеет изометричную форму, на юго-восток от него расположен шток (~ 5 км²), сложенный породами аналогичного состава. Породы Среднетатарского массива представлены нефелиновыми сиенитами (фойяитами), полевошпатовыми (ПШ) ийолитами и щелочными сиенитами.

Среди фойяитов выделяются средне- и крупнозернистые разновидности, вплоть до пегматоидных. Фойяиты состоят, главным образом, из калиевого полевого шпата, обычно, c микроклиновой решеткой (~40-65 об. %), нефелина (~30-40 об. %) и эгирина (до 15 об. %). В этих породах отмечаются отдельные зерна арфведсонита и биотита, а среди акцессорных минералов присутствуют сфен, флюорит, астрофиллит, эвдиалит, циркон, апатит, анальцим. ПШ ийолиты внешне представляют собой средне-, крупнозернистые темно-серые породы с такситовой текстурой. Они сложены нефелином (~45-50 об. %), микроклином (~20-25 об. %), эгирин-авгитом (~25-30 об. %). Акцессорные минералы представлены флюоритом и сфеном. В нефелинсодержащих породах альбит встречается в виде пертитовых вростков или замещает калиевый полевой шпат. Щелочные сиениты представлены лейкократовыми среднезернистыми породами, сложенными ортоклазом (~70 об. %), альбитом (~15 об. %), эгирином (до 15 об. %), биотитом, флюоритом и цирконом. В породах массива были установлены пирохлор, колумбит, ловенит, эвксенит, монацит, ильменит и др. (Свешникова и др., 1976).

Проведенные исследования на рентгено-спектральном микроанализаторе “Camebax”, показали, что в нефелине из фойяитов и ПШ ийолитов содержания K₂O варьируют от 4.9 до 6.1 мас.%, а Na₂O – от 14.2 до 16.1 мас.%. Он характеризуется невысокими содержаниями примесей FeO_общ, TiO₂, MnO, Cr₂O₃, MgO, CaO (всего < 0.7 мас.%), основная доля которых приходится на FeO_общ. Эгирины из фойяитов и фойяит-пегматитов содержат 80-97 % эгиринового, 2-20 % геденбергитового и до 1 % диопсидового миналов. Они характеризуются повышенными концентрациями TiO₂ (0.5-2.9 мас.%), Al₂O₃ (1.1-3.3 мас.%) и MnO (0.3-1.2 мас.%). В эгиринах обнаружена слабовыраженная зональность, связанная с распределением Ti и Fe. В эгирин-авгитах из ПШ ийолита содержание эгиринового минала (27-36 %) снижается, а диопсидового (19-29 %) и геденбергитового (41-48 %) миналов повышаются. Концентрации TiO₂ снижаются до 0.3-0.9 мас.%.

В ПШ ийолитах, фойяитах и щелочных сиенитах содержание SiO₂ варьирует от 51.21 до 64.53 мас.%, сумма щелочей К₂О+Na₂O составляет 12.37-14.03 мас.%, а значение отношения Na₂O/К₂О меняется от 1.16 до 2.37. Умеренные для нефелинсодержащих пород значения суммы К₂О+Na₂O и в тоже время повышенные содержания Al₂O₃ (21.23-23.72 мас.%) отражаются на минералогических особенностях пород – высоких содержаниях щелочного полевого шпата и нефелина. В фойяитах и ПШ ийолитах установлены низкие содержания MgO (< 0.05 мас.% и 0.40 мас.% соответственно) и невысокие – CaO (0.74-1.81 мас.% и 4.74 мас.% соответственно). Содержания этих компонентов значительно ниже в эгиринах, чем в эгирин-авгитах.

Ягодкинский массив расположен в северной части Ангаро-Канского террейна Енисейского кряжа, в бассейне рек Ягодкина и Малая Ягодкина. Породы Ягодкинского массива формируют штокообразные тела (площадь выхода 0.5-1.2 км²), представленные щелочными, кварцевыми и щелочнополевошпатовыми (ЩП) сиенитами, ассоциирующими с трахибазальтами. Щелочные сиениты представлены крупнозернистыми породами такситовой текстуры, которые состоят преимущественно из щелочного полевого шпата (90-95 %) и небольшого количества эгирин-авгита, роговой обманки, рибекита, биотита, сфена, циркона и ильменита (Кузнецов, 1988).

ЩП сиениты и кварцевые сиениты – серые массивные породы среднезернистой и крупнозернистой структуры. В такситовых обособлениях среди крупных зерен щелочного полевого шпата расположены сростки темноцветных минералов, зачастую ассоциирующие с акцессорными. Содержание полевого шпата в ЩП сиенитах составляет около ~85 об. %, биотита ~10 об. %. В этих породах присутствует кварц, а также циркон, апатит и рудные минералы. В кварцевых сиенитах содержание калиевого полевого шпата уменьшается (~55-70 об. %), тогда как содержания кварца и плагиоклаза увеличиваются до 5-15 и 10-15 об. % соответственно. В этих породах также присутствуют авгит, роговая обманка, грюнерит, биотит (до 10 об. %) и акцессорные минералы – циркон, сфен, апатит, флюорит, ильменит, гематит.

В биотитах из ЩП и кварцевых сиенитов установлены высокие содержания FeO_общ (34.6-37.5 мас.%), умеренные – Al₂O₃ (10.9-13.1 мас.%) и низкие – MgO (0.2-1.7 мас.%). Содержание в них TiO₂ варьирует от 1.3 до 3.7 мас.%, Cl достигает 1.4 мас.%, MnO – 0.8 мас.%. Также выявлены примеси Ca, Na, Nb. Пироксены из кварцевых сиенитов согласно классификации (по Morimoto et al., 1988) отвечают авгитам с переходом к геденбергитам, содержание геденбергитового минала в них достигает 81-90 %, диопсидового – 7-13 %, а эгиринового – 2-8 %. По сравнению с щелочными пироксенами Среднетатарского массива в этих минералах установлены меньшие содержания Al₂O₃ (0.01-0.7 мас.%), TiO₂ (0.03-0.4 мас.%) и, напротив, бóльшие концентрации MnO (0.9-2.0 мас.%). В грюнеритах выявлены низкие значения отношения Mg / (Mg + Fe²⁺) (0.02-0.04), а также достаточно высокие содержания MnO (2.7-3.1 мас.%) и небольшие – CaO и Nb₂O₅ (по 0.2-0.8 мас.%), Na₂O, Al₂O₃, TiO₂, K₂O, Cl (вместе < 0.8 мас.%). По сравнению с грюнеритами роговые обманки содержат в меньших количествах MnO (0.6-2.1 мас.%) и в бóльших количествах CaO и Al₂O₃ (до 10.7 мас.% каждого), K₂O и Na₂O (по 1.1-2.7 мас.%), MgO и TiO₂ (по 0.1-1.6 мас.%), Cl (до 1.4 мас.%), Nb₂O₅ (до 0.5 мас.%). По значению отношения Mg / (Mg + Fe²⁺) (0.01-0.09) и содержанию Si (6.18-6.90 ф.е.) кальциевые амфиболы относятся к ферроэденитам и гастингситам (^VIAl < Fe³⁺) по (Leake et al, 1997). В ильменитах установлены содержания MnO (3.1-7.0 мас.%) и Nb₂O₅ (0.9-3.5 мас.%).

В ЩП и кварцевых сиенитах содержания SiO₂ меняются от 61.85 до 66.82 мас.%, значения Na₂O+K₂O – от 10.23 до 12.02 мас.%, а Na₂O/К₂О составляет 0.68-1.18. Породы характеризуются высокими содержаниями Fe₂O_3общ. (3.84-6.29 мас.%), повышенными Al₂O₃ (14.72-17.35 мас.%), пониженными MgO (до 0.36 мас.%) и невысокими CaO (1.18-1.94 мас. %). Установлено, что Fe₂O_3общ. концентрируется в мафических и рудных минералах – авгите, грюнерите, роговой обманке, биотите, ильмените, гематите.

Магматические породы изученных массивов имеют однотипный характер распределений редких, включая редкоземельные, элементов. Породы обогащены легкими РЗЭ и имеют ровные распределения тяжелых. Они характеризуются отрицательными аномалиями Eu (Eu/Eu* = 0.22-0.79), более низкими для пород Ягодкинского массива. На мультиэлементных спектрах, нормированных по примитивной мантии, породы характеризуются отрицательными аномалиями Ba, Sr, P, Ti и обогащением Rb, Th, U, Nb, Ta, Hf, Zr, Tb и Y. Значения (La/Yb)_N отношений меняются от 4.5 до 16.6, наибольшие величины которых установлены для фойяитов и ЩП сиенитов. Присутствие отрицательных аномалий Ba, Sr, Eu, P и Ti указывает на широко развитый процесс фракционной кристаллизации на этапах эволюции щелочной магмы, связанный, главным образом, с фракционированием калиевого полевого шпата (Ba), плагиоклаза (Sr, Eu), апатита (P), сфена или ильменита (Ti).

Нами получены U-Pb возраста по сфену и циркону из фойяита Среднетатарского массива (приборы Finnigan MAT-261 и SHRIMP-II), которые составляют 700 ± 2 млн. лет и 711 ± 3 млн. лет соответственно (Верниковский и др., 2008). U-Pb возраст циркона из кварцевого сиенита Ягодкинского массива (прибор SHRIMP-II) соответствует 681 ± 7 млн. лет.

Породы Среднетатарского и Ягодкинского массивов образуют плавный спектр от щелочных основных до субщелочных кислых пород. Среди них фойяиты и ПШ ийолиты первого массива отличаются, главным образом, присутствием нефелина и щелочных минералов, а изученные субщелочные породы второго массива – содержанием обогащенных FeO минералов. Пироксены, близкие по составу к геденбергиту, и грюнерит достаточно редко встречаются в кварцевых сиенитах, обычно характерны их более магнезиальные аналоги. Установленные нами для этого спектра пород близкие геохимические особенности и возраста свидетельствуют о формировании Среднетатарского и Ягодкинского массивов в одной тектонической Татарско-Ишимбинской зоне.

 

Список литературы:

Верниковский В.А., Верниковская А.Е., Сальникова Е.Б., Бережная Н.Г., Ларионов А.Н., Котов А.Б., Ковач В.П., Верниковская И.В., Матушкин Н.Ю., Ясенев А.М. Позднерифейский щелочной магматизм западного обрамления Сибирского кратона: результат континентального рифтогенеза или аккреционных событий? // Доклады РАН. 2008. Т. 419. № 1. с. 90-94.

Кузнецов Ю.А. Избранные труды. Новосибирск: Наука, 1988. Т. 1. 221 с.

Свешникова Е.В., Семенов Е.И., Хомяков А.П. Заангарский щелочной массив, его породы и минералы. Москва: Наука, 1976. 80 с.

Leake B.E., Woolley A.R., Arps C.E.S., Birch W.D., Gilbert M.C., Grice J.D., Hawthorne C., Kato A., Kisch H.J., Krivovichev V.G., Linthout K., Laird J., Mandarino J.A., Maresch W.V., Nickel E.H., Rock N.M.S., Schumacher J.C., Smith D.C., Stephenson C.N., Ungaretti L., Whittaker E.J.W., Youzhi G. Nomenclature of amphiboles: report of the subcommittee on amphiboles of the International Mineralogical Association, commission on new minerals and mineral names // Canadian Mineralogist. 1997. Vol. 35. P. 219-246.

Morimoto N., Fabries J., Ferguson A.K., Ginzburg I.V., Ross M., Seifert F.A., Zussman J., Aoki K., Gottardi G. Nomenclature of pyroxenes // American Mineralogist. 1988. Vol. 73. P. 1123-1133.