Scientific journal
Advances in current natural sciences
ISSN 1681-7494
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,791

THE LANTHANIDE TETRAD EFFECT FRACTIONATION OF RARE EARTH ELEMENTS IN THE ADAKITE GRANITOIDS OF ERUDINSKII COMPLEX ENISEISKII KRJAZH

Gusev A.I. 1
1 The Shukshin Altai State Academy of Education
The tetrad effect fractionation of REE M-type display in the adakite granitoids erudinskii complex of granite-gneissic cupols. Fractionation of melt, generating in the process mantle-crust interaction with participation of mantle high reduced fluids of plum nature and melting lower crust granulites that it accompany display tetrad effect. Petro-geochemical indexes of rocks complex show absent signs of possible rare earth ore mineralization, but factors of fractionation of melt and REE do not exlude possibility generation by deep molting spot of ore mineralization of other metalls.
lanthanide tetrad effect fractionation
M-type
granite-gneissic cupols
plum source
lower crust source

Лантанидный тетрадный эффект фракционирования (ТЭФ) редкоземельных элементов (РЗЭ) обычно выявляется в высоко эволюционированных кремнекислых гранитоидах умеренно-щелочного, щелочного и шошонитового типов, а также в карбонатитовых комплексах, обогащённых летучими компонентами [2]. Проявление тетрадного эффекта в адакитовых гранитоидах, обычно не обогащённых летучими компонентами, – явление весьма редкое, но имеющее большое петрогенетическое значение [1]. В этой связи особый интерес и актуальность представляет анализ проявления ТЭФ РЗЭ в древних адакитовых гранитоидах раннепротерозойского возраста, претерпевших огнейсование. Цель исследования – выявление тетрадного эффекта фракционирования в древних адакитовых гранитоидах Енисейского кряжа.

Результаты исследований и их обсуждение

Гранитоиды ерудинского комплекса представлены конкордантными телами плагиогнейсогранитов, диоритогнейсов, реже – гранодиоритогнейсов, тоналитогнейсов и гнейсоватых гранитов и лейкогранитов сформиовались на начальной стадии образования гранитогнейсовых куполов [3]. Гранитоиды образуют Ерудино-Чиримбинский ареал распространения, приуроченный к Панимбинскому антиклинорию, сложенному глубоко метаморфизованными породами (гнейсами, амфиболитами, кварцитами, мраморами и кристаллическими сланцами) немтихинского и малогаревского метаморфических комплексов предположительно архейского возраста. Гиперстеновые гнейсы по некоторым реликтам и составу обнаруживают близость парапородам и могут быть отнесены к гранулитовой фации метаморфизма.

Преобладающие плагиогранитогнейсы характеризуются серой и тёмно-серой окрасками. Чаще всего они мелко-среднекристаллические, порфиробластовые. Нередко имеют гнейсовидную планпараллельную текстуру и полосчатость. Микроструктуры пород лепидогранобластовая и гранобластовая, участками – гипидиоморфнозернистая. Состав (об. %): кварц – 18–34, плагиоклаз – 38–58, калиевый полевой шпат – не более 5–6, биотит – 3–12, амфибол 13–16, моноклинный пироксен – 2–3, акцессории – 1–2 (ильменит, сфен, турмалин, гранат, циркон, апатит, дистен, ставролит, пирит, пирротин, реже – ортит и магнетит). Минеральный парагенезис акцессориев свидетельствует о близости пород: 1 – к высокоглинозёмистым гранитоидам S – типа и 2 – к ильменитовой (сильно восстановленной) серии.

Гранодиоритогнейсы обладают тёмно-серой окраской. Это массивные и гнейсоватые разности мелко-среднекристаллического сложения. Структуры гранобластовые, реже близкие к гипидиоморфнозернистым. Минеральный состав (об. %): кварц – 10–16, плагиоклаз – 40–60, биотит – 5–16, амфибол – 15–22, пироксен – 4–6. Набор акцессориев такой же как и в плагиогранитогнейсах. Плагиоклаз отличается большей основностью, чем в плагиогранитогнейсах – андезин (№ 32–38).

В гранитоидах имеются некоторые признаки, указывающие на участие в их образовании парад гранулитовой фации и метаморфизма (биотит гранитоидов обладает высокой железистостью, высокой щелочностью и невысоким содержанием TiO2, что указывает на близость слюды к анниту, характерному для гранулитов и формировавшемуся при высокотемпературных условиях).

В контактах некоторых тел ерудинских гранитоидов развиты скарны. По обобщённой изохроне для гранитоидов получен абсолютный возраст (Rb-Sr методом) 2243 ± 76 млн лет при 87Sr/86Sr0 = 0,7128 [3]. Представительные анализы породных типов гранитоидов сведены в табл. 1.

Таблица 1

Химические составы гранитоидов ерудинского комплекса

Компоненты

1

2

3

4

5

6

7

8

9

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

SiO2

59,8

66,9

68,6

68,8

74,1

73,8

73,5

71,34

71,44

TiO2

1,1

0,53

0,51

0,65

0,24

0,25

0,26

0,4

0,34

Al2O3

14,5

15,9

15,32

15,65

14,4

14,06

14,73

15,04

15,1

Fe2O3

5,8

2,12

0,62

0,7

0,14

0,11

0,72

0,87

0,81

FeO

2,3

3,8

3,3

3,94

1,73

1,81

1,11

2,52

2,6

MnO

0,12

0,1

0,08

0,14

0,03

0,04

0,11

0,12

0,12

MgO

2,9

1,1

1,71

1,09

0,24

0,33

0,43

0,68

0,7

CaO

4,8

2,6

3,2

3,4

1,60

1,47

2,12

2,7

2,6

Na2O

3,9

3,7

3,9

3,05

4,1

3,2

3,1

2,68

2,7

K2O

1,6

2,6

2,2

1,8

3,35

4,2

3,6

3,2

2,9

P2O5

0,25

0,12

0,11

0,14

0,04

0,15

0,05

0,1

0,07

Li

3,9

26,3

19,0

23,82

25,1

24,8

21,1

34,4

34,1

Sc

6,2

6,4

5,5

4,0

4,7

3,3

3,2

1,7

1,9

V

12

10,3

24,7

35

11,1

11

12

11

12

Cr

21

4,7

18,1

14

2,9

10,4

3

9,6

5

Co

11

7,1

7,5

8,1

7,0

3,8

3

6,1

6,0

Ni

9

3,2

9,5

6,2

5,1

3,5

2,3

3,6

4,1

Cu

2,8

10,8

12,3

4,4

4,8

1,9

3,3

3,8

3,5

Zn

11

107

51,2

59,2

62,2

36,5

30

39,9

35,2

Ga

26,8

22,6

20,5

24,1

18,7

20,3

19,75

20,8

19,8

Rb

4,5

108

61

120

92

142

138

115

117

Sr

1100

283

255

250

282

198

220

215

220

Y

9,6

28,4

9,8

14,5

11,3

7,4

7,3

7,9

7,7

Zr

160

224

275

260

160

138

169

168

155

Nb

16,2

12,5

8,1

11

18,8

8,0

7,0

8,6

8,2

Cs

0,25

1,7

1,9

4,5

3,6

4,1

2,8

3,1

3,0

Ba

475

635

565

145

310

4804

580

650

559

U

2,3

2,2

1,3

1,4

4,1

1,5

1,7

0,9

1,1

Th

6,3

22,4

14,8

17,2

25,1

8,4

12,1

12,2

13,1

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Hf

4,0

5,9

6,1

6,15

4,2

3,6

4,7

4,2

4,1

Ta

1,1

1,7

0,6

0,95

1,3

0,65

1,2

0,72

0,8

Pb

3,9

21

13

14,1

25

22,1

28,1

20

15,6

La

11,5

66,8

32,6

53,2

59,6

19,0

25

13,8

13,82

Ce

25

126

50,2

78,6

111

40,36

46,0

35,8

35,77

Pr

2,6

12,9

7,4

19,45

10,9

3,53

4,5

2,5

2,53

Nd

9,35

45

25,1

35,7

34,6

12,1

14,65

8,3

9,52

Sm

1,9

7,7

4,12

5,65

5,11

2,2

2,36

1,51

1,45

Eu

1,16

1,3

1,04

1,08

1,08

0,72

0,86

0,94

0,93

Gd

1,91

6,7

3,2

4,45

3,8

2,02

1,89

1,69

1,69

Tb

0,33

1,1

0,37

0,64

0,5

0,28

0,25

0,26

0,31

Dy

1,65

5,8

1,97

2,8

2,4

1,42

1,43

1,44

1,43

Ho

0,37

1,1

0,36

0,52

0,45

0,26

0,26

0,30

0,30

Er

0,94

3,1

0,81

1,34

1,3

0,75

0,68

0,85

0,81

Tm

0,15

0,43

0,11

0,2

0,14

0,13

0,12

0,18

0,16

Yb

0,9

2,46

0,81

1,2

1,04

0,7

0,69

0,91

0,9

Lu

0,14

0,35

0,1

0,17

0,14

0,11

0,12

0,15

0,13

(La/Yb)N

8,5

17,9

27,6

30,7

39,3

18,2

24,0

9,9

10,2

Sr/Y

115

10,0

26,5

17,0

24,8

26,5

30,2

27,3

26,4

Th/U

2,7

10,2

11,4

12,3

6,1

5,6

7,1

13,5

11,9

Nb/Ta

14,7

7,4

13,5

11,6

14,5

12,3

5,8

11,9

10,3

Примечание. Силикатные анализы выполнены в Лабораториях Западно-Сибирского Испытательного Центра (г. Новокузнецк); анализы на малые элементы выполнены в Лаборатории ИМРГЭ (г Москва) методами ICP-MS и ICP-AES. Породы ерудинского комплекса: 1 – диоритогнейс; 2– гранодиоритогнейс; 3– гранит гнейсоватый; 4 – плагиогранитогнейс; 5, 6, 7 – лейкограниты гнейсоватые; 8, 9 – граниты гнейсоватые.

Торий-урановые отношения в породах выше единицы (2,7–13,5), что указывает на слабые вторичные изменения гранитоидов, не смотря на их разнейсование. Высокие отношения Nb/Ta указывают на ювенильный источник гранитоидов.

Принадлежность к адакитовым гранитоидам огнейсованных пород ерудинского комплекса подтверждается низкими коцентрациями Y (менее 18 г/т) и Yb (менее 1,8 г/т), за исключением гранодиоритогнейсов (табл. 1). Показательно положение фигуративных точек породных типов на диаграмме Sr/Y – Y (рис. 1). Все породы, кроме гранодиоритогнейсов, попадают в поле адакитов.

pic_7.wmf

Рис. 1. Диаграмма Sr/Y – Y по [6] для пород ерудинского комплекса Енисейского кряжа: 1 – диоритогнейс; 2 – гранодиорито-гнейс; 3 – граниты гнейсоватые; 4 – плагиогранитогнейсы; 5 – лейкограниты гнейсоватые

Аналогичное положение занимают породы ерудинского комплекса и на диаграмме (La/Yb)N – (Yb)N (рис. 2).

Оценки величин тетрадного эффекта фракционирования РЗЭ ТЕ1 в породах ерудинского комплекса М- типа показали, что они варьируют от 0,93 до 1,26 (табл. 2). В таблице также сведены отношения некоторых элементов и значения этих же отношений в хондритах. Следует указать, что отношения большей части элементов резко отличаются от хондритовых значений. Ближе всех к хондритовым значениям имеют отношения Y/Ho и Zr/Hf (табл. 2).

pic_8.wmf

Рис. 2. Диаграмма (La/Yb)N – (Yb)N по [6] для пород ерудинского комплекса Енисейского кряжа. Условные обозначения те же, что и на рис. 1

Таблица 2

Отношения элементов в породах ерудинского комплекса

Отношения компонентов

Породы ерудинского комплекса

Хондрит

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Zr/Hf

40,0

37,9

45,1

42,3

38,1

38,3

36,0

40,0

37,8

36,0

La/Nb

0,71

5,3

4,0

4,8

3,2

2,4

3,6

1,6

1,7

1,0

La/Ta

10,4

39,3

54,3

56,0

45,8

29,2

20,8

19,2

17,3

16,8

Y/Ho

25,3

27,0

27,2

28,4

25,1

28,5

28,1

26,3

25,7

29,0

Sr/Eu

948,3

217,7

245,2

231,5

261,1

275,0

255,8

228,7

236,6

100,5

La/Lu

82,1

191,8

326,0

312,9

425,7

172,7

208,3

92,0

106,3

0,975

Eu/Eu*

0,53

1,82

1,36

1,55

1,35

0,98

0,82

0,55

0,54

1,0

TE1

1,08

1,04

0,96

0,93

1,08

1,11

1,06

1,26

1,17

-

Примечание. TE1 – тетрадный эффект фракционирования РЗЭ для первой тетрады по [7]. Eu* = (SmN+GdN)/2. Породы ерудинского комплекса: 1 – диоритогнейс; 2 – гранодиоритогнейс; 3 – гранит гнейсоватый; 4 – плагиогранитогнейс; 5, 6, 7 – лейкограниты гнейсоватые; 8, 9 – граниты гнейсоватые.

На диаграмме Zr/Hf–SiO2 породы ерудинского комплекса локализуются в поле безрудных гранитоидов и располагаются вдоль тренда фракционирования расплавов редкометалльных гранитов (рис. 3).

Кроме того, по соотношениям анализируемых элементов все породы располагаются в пределах поля CHarac (рис. 3), когда элементы с одинаковым ионным радиусом и зарядом (пары Y−Ho и Zr−Hf) [Bau] экстремально когерентны и располагаются вблизи хондритовых отношений. Заключение о безрудности ерудинского комплекса может быть справедливо только в отношении редкометалльного оруденения.

На диаграмме Zr/Hf–ТЕ1 породы ерудинского комплекса образуют тренд со слабым наклоном в сторону уменьшения величин отношений Zr/Hf и локализуется вблизи

pic_9.wmf

Рис. 3. Тренды фракционирования элементов в координатах Zr/Hf–SiO2 для гранитоидов ерудинского комплекса. Серым фоном на рисунке показано поле HARAC (CHArge-and-Radius-Controlled) по [5]. Дугообразная линия со стрелками – кривая фракционирования расплавов редкометальных гранитов и поля металлогенической специализации гранитоидов по [4]. Остальные обозначения см. на рис. 1

pic_10.wmf

Рис. 4. Диаграмма Zr/Hf – TE1, по Irber [7], для гранитоидов ерудинского комплекса. Серая область отвечает главнейшим отношениям Zr и Hf в магматических породах. Остальные условные как на рис. 1

На диаграмме Eu/Eu* – TE1 тренд для пород ерудинского комплекса показывает увеличение значения ТЭФ РЗЭ с уменьшением величины отношения Eu/Eu* и одновременным деплетированием на Eu (рис. 5).

pic_11.wmf

Рис. 5. Диаграмма Eu/Eu* – TE1 для пород ерудинского комплекса. Условные обозначения те же, что на рис. 1

Приведенные данные показали, что породы ерудинского комплекса относятся к неизменённым разностям и располагаются вдоль тренда фракционирования расплавов редкометалльных гранитов, но в безрудной его части. Высокий уровень фракционирования расплавов и РЗЭ указывает на процессы трансформации химических элементов в расплавах и в связи с очагами ерудинских гранитоидов могут быть обнаружены проявления других металлов, что потребует проведения дополнительных исследований. Различные петро-геохимические показатели в породах показывают, что формирование гранитоидов происходило с участием двух источников: ювенильного, связанного с подъёмом мантийных ингредиентов во время формирования гранито-гнейсовых куполов (вероятно, высоковосстановленных мантийных флюидов плюмовой природы) и нижнекорового, связанного с плавлением гранулитов при высоких температурах. В самых высоко эволюционированных разностях (гранитах и лейкогранитах) проявлен ТЭФ РЗЭ М-типа, проходившим параллельно с деплетированием расплава на европий.

Выводы

1. Лантанидный тетрадный эффект фракционирования РЗЭ, проявленный в гранитоидах ерудинского комплекса, связан с процессами мантийно-корового взаимодействия во время воздымания гранито-гнейсовых куполов с участием мантийных и нижнекоровых источников.

2. ТЭФ РЗЭ М-типа протекал одновременно с трансформацией соотношений многих элементов – тантала, ниобия, лютеция, циркония, гафния, европия.