Нами на основе опубликованных составов биотитов и авторских данных по различным регионам Мира (2701 анализ) проведена оценка средних содержаний элементов в биотитах для основных петрогенетических типов гранитоидов, имеющих достоверную диагностику (табл. 1). Использовались комплексные критерии для отнесения гранитоидов к шести стандартным типам - M, AD, I, S, SH, A [3].
Анализ данных таблицы 1 показывает, что средние содержания элементов в слюдах закономерно меняются от M- к А-типу. На фоне уменьшения концентраций титана происходит снижение температуры кристаллизации. В этом же направлении происходит увеличение концентраций фтора (от 0.31 до 2.26%), суммарного железа (от 18.79% для М-типа до 24.66% у А-типа) и общей железистости (от 39.9 до 75.4). Увеличение титанистости слюд с ростом температуры установлено экспериментально и подтверждено на многочисленных природных примерах [6]. Известно, что вхождение в кристаллическую решётку триоктаэдрических слюд дополнительных многовалентных катионов, таких как титан, облегчается с повышением температуры [5].
Заметные вариации составов биотитов позволили после пересчётов на кристаллохимические коэффициенты индивидуальных анализов построить трёхкомпонентную диаграмму, на которой уверенно дискриминируется принадлежность биотитов к конкретному петрогенетическому типу. Координаты диаграммы охватывают наиболее важные структурогенные компоненты биотита, участвующие в его тетраэдрических и октаэдрических позициях (железистость, глинозёмистость биотитов), а также F и OH, являющиеся первичными в анионном каркасе, и определяющими, в значительной степени, флюидный режим петрогенезиса пород. Петрогенетические типы гранитоидов отражают геодинамическую обстановку формирования.
Таблица 1.Средние составы биотитов стандартных типов гранитоидов (масс.%)
|
Компоненты |
М-тип, n = 59 |
I-тип, n = 1043 |
S-тип, n = 267 |
А-тип, n = 941 |
SH-тип, n=256 |
AD-тип, n=135 |
||||||
|
X |
S |
X |
S |
X |
S |
X |
S |
X |
S |
X |
S |
|
|
SiO2 |
35.5 |
0.7 |
37.2 |
0.9 |
37.2 |
1.0 |
37.4 |
1.8 |
39,0 |
1,45 |
36,5 |
0,97 |
|
TiO2 |
3.29 |
1.3 |
3.19 |
0.7 |
2.80 |
0.5 |
2.29 |
1.0 |
2,24 |
0,97 |
2,89 |
0,78 |
|
Al2O3 |
11.9 |
1.6 |
15.1 |
1.3 |
17.7 |
1.9 |
15.1 |
3.8 |
13,9 |
1,78 |
16,56 |
1,06 |
|
Fe2O3 |
3.26 |
0.3 |
3.98 |
1.5 |
3.7 |
1.9 |
6.72 |
4.5 |
6,89 |
1,23 |
4,18 |
2,13 |
|
FeO |
15.5 |
3.3 |
16.2 |
2.6 |
18.9 |
2.5 |
17.9 |
6.1 |
10,5 |
1,77 |
14,53 |
1,98 |
|
MnO |
0.54 |
0.1 |
0.45 |
0.1 |
0.47 |
0.3 |
0.64 |
0.3 |
0,75 |
0,44 |
0,26 |
0,34 |
|
MgO |
18.7 |
5.3 |
10.5 |
2.4 |
6.89 |
2.4 |
5.61 |
4.7 |
12,5 |
2,23 |
13,11 |
2,43 |
|
CaO |
1.07 |
0.6 |
0.82 |
0.8 |
0.32 |
0.4 |
0.77 |
0.5 |
0,03 |
0,01 |
0,60 |
0,07 |
|
Na2O |
0.13 |
0.1 |
0.22 |
0.1 |
0.18 |
0.1 |
0.54 |
0.5 |
0,15 |
0,02 |
0,17 |
0,03 |
|
K2O |
6.93 |
0.6 |
8.1 |
0.9 |
8.56 |
1.0 |
7.87 |
0.8 |
9,45 |
1,11 |
8,44 |
1,34 |
|
P2O5 |
0.22 |
0.1 |
0.07 |
0.1 |
0.15 |
0.1 |
0.09 |
0.1 |
0,32 |
0,12 |
0,19 |
0,06 |
|
F |
0.31 |
0.1 |
0.54 |
0.2 |
0.88 |
0.3 |
2.26 |
1.8 |
1,67 |
1,22 |
0,45 |
0,14 |
|
H2O+ |
2.81 |
0.5 |
3.06 |
0.4 |
3.27 |
0.8 |
2.35 |
0.9 |
2,21 |
0,89 |
1,92 |
1,32 |
|
Cl |
0.2 |
0.0 |
0.38 |
0.3 |
0.12 |
0.1 |
0.07 |
0.1 |
0,06 |
0,01 |
0,62 |
0,33 |
|
Li2O |
- |
- |
- |
- |
0.06 |
0.1 |
0.43 |
0.2 |
0,34 |
0,11 |
- |
- |
|
Rb2O |
- |
- |
- |
- |
0.07 |
0.1 |
0.82 |
0.3 |
0,77 |
0,21 |
- |
- |
|
Fe2O3/FeO |
0.21 |
|
0.24 |
|
0.19 |
|
0.37 |
|
0,65 |
|
0,29 |
|
|
f |
39.9 |
|
55.9 |
|
67.7 |
|
75.4 |
|
73,4 |
|
52,9 |
|
|
l |
25.6 |
|
33.0 |
|
38.5 |
|
33.4 |
|
31,5 |
|
36,9 |
|
|
У |
188 |
|
191 |
|
191 |
|
188 |
|
188 |
|
188,6 |
|
|
lg fO2 |
-8.1 |
|
-12.1 |
|
-14.2 |
|
-12.5 |
|
-12,9 |
|
-11,8 |
|
|
T˚C |
915 |
|
710 |
|
625 |
|
565 |
|
585 |
|
910 |
|
|
lg fHF/fHCl |
-4.32 |
|
-2.71 |
|
-1.2 |
|
0.40 |
|
0,34 |
|
-3,12 |
|
|
AlIV |
1.71 |
|
1.82 |
|
1.94 |
|
1.77 |
|
1,72 |
|
1,82 |
|
|
AlVI |
-0.12 |
|
0.27 |
|
0.50 |
|
0.35 |
|
0,38 |
|
0,48 |
|
Примечание: f - железистость (f = 100x (Fe / Fe+Mg); l - глинозёмистость (l = 100x Al / Al+Si+Fe+Mg); y - условный потенциал ионизации по В.А. Жарикову (1967); lg fO2 - логарифм фугитивности кислорода; Т˚С - температура; lg fHF/fHCl - логарифм отношений фугитивностей плавиковой и соляной кислот; AlIV и AlVI - алюминий тетраэдрической и октаэдрической координации в структурной формуле биотита; n - объёмы выборок; Х - среднее содержание, %; S - стандартные отклонения.
На классификационной диаграмме (построенной в координатах Mg - (R3+, TiVI) - (Fe2+, Mn)) средние составы биотитов образуют устойчивый тренд от магнезиального (М-тип) к железистым (А- и SH -типам) биотитам. Слюды первого наиболее приближены к флогопитам, а последних - к сидерофиллитам и лепидомеланам. Биотиты I- и S-типов относятся к железистым разностям с различными соотношениями магния и железа. Наиболее железистые биотиты гранитов А- и SH-типов имеют самые низкие значения условного потенциала ионизации по В.А. Жарикову (у=188,14 и 187,8) и, следовательно, характеризуется наименьшей кислотностью и наибольшей основностью сравнительно со слюдами других типов гранитоидов. В то же время это наиболее щёлочнометальные типы (в понимании Д.С. Коржинского) и обогащённые такими летучими компонентами как фтор, бор и другими. А-тип гранитоидов обогащён не только щёлочными металлами, но и часто содержит щелочные темноцветные минералы (эгирин, арфведсонит, рибекит, озанит и другие). Характеризуясь обогащённостью щелочными металлами, этот тип обладает высокой степенью окисленности, создающей благоприятную среду, необходимую для поддержания химической активности высокозарядных катионов (Fe3+, Nb, Ta, некоторых REE и других) на достаточно высоком уровне. В биотитах А-типа гранитоидов, в соответствии с выше сказанным, наблюдаются и максимальные концентрации триоксида железа, а также отношения Fe2O3/FeO. Слюды I-типа гранитоидов характеризуются максимальной величиной условного потенциала ионизации, отвечающего высокой кислотности минерала, сравнительно с другими типами (табл.1). Самые высокие концентрации хлора в составе летучих компонентов и довольно высокие значения водосодержаний в биотите этого типа гранитоидов, вероятно, создают благоприятные условия для генерирования такими магмами оруденения золота, меди, железа.
Группа М-типа содержит наименьшее число анализов и охватывает трондьемиты, комплексов Горного Алтая, плагиограниты офиолитовых комплексов Северного Кавказа, плагиограниты маинского комплекса Енисейского массива Западного Саяна. Зарубежные данные включают составы биотитов М-типов плагиогранитов Китая, Канады, Австралии.
Совокупность гранитоидов I-типа представлена наибольшим количеством анализов слюд и содержит большой спектр комплексов Алтае-Саянского региона, Забайкалья, Большого Кавказа, Урала, Средней Азии, Австралии, Северной и Южной Америки, Шотландии, Западной Европы.
Это мантийно-коровые гранитоиды. Инициальные магмы пород I-типа имеют разную степень контаминации корового материала. Геодинамические режимы их генерации отвечают островным дугам, континентальным окраинам, коллизионным обстановкам, внутриконтинентальным рифтам.
В S - типе гранитов, как правило, встречаются реститы метаосадочных пород, а плутоны, сложенные S-типом гранитов, сопровождаются мигматитами. Это гиперглинозёмистые граниты с нормативными и модальными высокоглинозёмистыми минералами: кордиеритом, андалузитом, силлиманитом, гранатом. S-тип гранитоидов характерен для коллизионных геодинамических обстановок. В выборку S-типа гранитоидов вошли составы биотитов анализируемых магматитов Алтае-Саянской складчатой области, Забайкалья, Большого Кавказа, Воронежского кристаллического массива, Карелии, Алдана, Австралии, Западной Европы и других регионов.
Анорогенные гранитоиды А-типа включают разнородные интрузивные образования кислого ряда: моношпатовые щелочные гиперсольвусные, рапакиви, двуполевошпатовые субсольвусные умеренно-щелочные и плюмазитовые редкометалльные. В выборку этого типа вошли биотиты гранитоидных комплексов Алтае-Саянского региона, Средней Азии, Монголии, Забайкалья, Большого Кавказа, Балтийского щита, рифта Рио-Гранде, грабена Осло, Восточно-Африканской рифтовой системы. Это мантийно-коровые и мантийные гранитоиды различных геодинамических обстановок: мантийных горячих точек, внутриконтинентальных рифтов, связанных с горячими точками.
Впервые шошонитовый тип гранитов (SH) выделили китайские исследователи при изучении ряда интрузий северо-западной части Китая. Шошонитовая группа гранитоидов включают ассоциации монцодиорит -монцонит - кварцевый сиенит, или монцонитовый гранит - гранит, или биотитовый (монцонитовый) гранит - диопсидовый гранит - диопсидовый сиенит. Нами этот тип гранитоидов описан в Алтае-Саянской области и отнесён к постколлизионной обстановке, инициированной Сибирским суперплюмом. В состав выборки биотитов гранитоидов SH - типа, помимо гранитоидов Алтае-Саянского региона, включены аналогичные биотиты шошонитовых гранитоидов Китая, Шотландии, США, Австралии, Бразилии и других регионов.
К адакитовому типу гранитоидов (AD) относятся специфические кислые интрузивные породы, обнаруживающие сходство с эффузивными адакитами. К числу таких признаков относятся очень низкие концентрации иттрия (менее 18 г/т), иттербия (менее 1,8 г/т), повышенные содержания ванадия и хрома, высокие нормированные к хондриту отношения лантана к иттербию (более 8-10), указывающие на сильно дифференцированный тип распределения РЗЭ в породах. В выборку AD - типа гранитоидов вошли анализы биотитов Алтае-Саянской складчатой области, Китая, Монголии, Австралии. Геодинамическая обстановка формирования адакитовых гранитоидов определяется внутриконтинентальным положением, обусловленным плюмтектоникой. Петрогенетические модели формирования адакитовых гранитоидов Рудного Алтая могут быть связаны: 1) со слэб плавлением метабазальтоидов, локализованных на границе кора-мантия, или 2) плавлением деламинированной гранат-содержащей нижней континентальной коры.
Таким образом, петрогенетические типы гранитоидов хорошо различимы по составам биотитов, а предложенная автором диаграмма разделения на главные группы гранитоидов в координатах OH/F - f (железистость биотита) - l (глинозёмистость биотита) показала применимость её для классификационных целей [4]. Диаграмма, помимо классификационных задач, позволяет использовать её и для определения геодинамических обстановок формирования гранитоидов.
Список литературы
- Андреева Е.Д., Баскина В.А., Богатиков О.А. и др. Магматические горные породы. Т.1. - М.: Наука, 1983. - 367 с.
- Гусев А.И. Эталон синюхинского габбро-гранитного комплекса (Горный Алтай). - Новосибирск: СНИИГГиМС, 2007. - 208 с.
- Гусев А.И. Типизация гранитоидов на основе состава биотитов // Современные наукоёмкие технологии, 2009. - № 2. - С. 47-48.
- Гусев А.И. Классификация гранитоидов на основе составов биотитов // Успехи современного естествознания, 2010- № 4. - С. 57-59.
- Коренбаум С.А. Типоморфизм слюд магматических пород. - М.: Наука, 1987. - 144 с.
- Forbes W.C., Flower M.F.I. Phase relations of titan-phlogopite // Earth Planet. Sci. Let., 1974. - Vol. 22. - № 1. - P. 60-66.
Работа представлена на Общероссийскую научную конференцию «Новые технологии, инновации и изобретения», Иркутск, 5-7 июля 2010 г. Поступила в редакцию 07.06.2010.