Петрогенезис и источники вещества пород щелочного редкометального массива Бурпала, Северное Прибайкалье
- Авторы: Дорошкевич А.Г.1,2,3, Саватенков В.М.4, Малютина А.В.1,2, Избродин И.А.1,2, Прокопьев И.Р.1,2, Старикова А.Е.1,2, Радомская Т.А.5
-
Учреждения:
- Институт геологии и минералогии им. В.С. Соболева СО РАН
- Новосибирский государственный университет
- Геологический институт им Н.Л. Добрецова СО РАН
- Институт геологии и геохронологии докембрия РАН
- Институт геохимии им. А.П. Виноградова СО РАН
- Выпуск: Том 33, № 1 (2025)
- Страницы: 45–67
- Раздел: Статьи
- URL: https://journals.eco-vector.com/0869-5903/article/view/679461
- DOI: https://doi.org/10.31857/S0869590325010035
- EDN: https://elibrary.ru/VDWYRY
- ID: 679461
Цитировать
Полный текст
Аннотация
Представлены результаты петролого-геохимического исследования пород щелочного массива Бурпала, сложенного кварцевыми сиенитами, щелочными безнефелиновыми и нефелиновыми сиенитами, в том числе рудоносными, входящего в состав позднепалеозойской Северо-Байкальской щелочной провинции. Изученные породы по химическому составу относятся к фоид-монцосиенитам, фоид-сиенитам и сиенитам, варьируют от агпаитовых до миаскитовых разностей. Близкие Sr-Nd изотопные характеристики и конфигурация геохимических спектров подтверждают сингенетичность магм, из которых кристаллизовались нефелиновые, щелочные и кварцевые сиениты. Отрицательная Eu-аномалия в спектрах РЗЭ и достаточно низкая магнезиальность пород свидетельствуют в пользу длительного процесса кристаллизации пород из расплава щелочно-базитового состава. Sr-Nd-Pb изотопные и геохимические характеристики пород массива Бурпала отражают преобладание вещества метасоматизированной литосферной мантии в источнике. Формирование пород массива, согласно особенностям редкоэлементного состава и изотопным данным, было осложнено ассимиляцией верхнекорового материала, что явилось наиболее вероятным фактором, определившим генетическую связь нефелиновых и кварцевых сиенитов в составе массива.
Полный текст
ВВЕДЕНИЕ
Щелочные магматические комплексы обычно встречаются в складчатых и внутриплитных областях и предоставляют важную информацию о посторогенных или внутриплитных процессах растяжения в пределах континентальной литосферы и эволюции последней. Кроме того, щелочные породы, как правило, характеризуются обогащением крупноионными литофильными, высокозарядными и редкоземельными элементами, образуя месторождения и рудопроявления. В связи с высокой научной и практической значимостью щелочных комплексов проводятся многочисленные исследования, посвященные их петрогенезису и рудоносности. Известно, что генерация щелочных магм происходит при частичном плавлении метасоматизированной литосферной мантии, а нефелиновые и щелочные сиениты в щелочных комплексах формируются в результате длительного процесса фракционной кристаллизации щелочно-базитовых или нефелинитовых расплавов (например, Kramm, Kogarko, 1994; Arzamastsev et al., 2001; Riishuus et al., 2008; Marks et al., 2011; Когарко, 2019). Характерной чертой, общей для многих щелочных магматических комплексов мира и малоизученной, является тесная пространственная ассоциация кремний-недосыщенных и кремний-пересыщенных щелочных пород. Во многих случаях петролого-геохимические исследования указывают на их общий источник и когенетическое происхождение (например, Foland et al., 1993; Riishuus et al., 2008; Estrade et al., 2014), несмотря на то, что образование когенетичных кварцевых и нефелиновых сиенитов является проблематичным из-за наличия термального барьера (Ab–Or) между ними в системе (Ne-Kfs-Qz-H2O). Было предложено несколько возможных механизмов для объяснения этого, которые включают: (1) процесс, устраняющий термальный барьер с участием летучих; (2) увеличение давления воды в процессе кристаллизации; (3) открытая система (Kogarko, 1974; Pankhurst et al., 1976; Foland et al., 1993; Riishuus et al., 2008 и др.). В последнее время все бóльшую поддержку получает модель процесса в открытой системе, где образование нефелиновых сиенитов может быть связано с ассимиляцией осадочных карбонатов либо кварцевых сиенитов – с контаминацией породами, насыщенными кремнеземом (например, Foland et al., 1993; Riishuus et al., 2008; Doroshkevich et al., 2012; Estrade et al., 2014; Izbrodin et al., 2020; Vorontsov et al., 2021).
Щелочной массив Бурпала, сложенный кварцевыми сиенитами, щелочными безнефелиновыми и нефелиновыми сиенитами, расположен в Северном Прибайкалье и, наряду с Сыннырским, Тасским и другими массивами, входит в состав позднепалеозойской Северо-Байкальской щелочной провинции. Их формирование синхронно с проявлением позднепалеозойского посторогенного щелочного, базитового и гранитоидного магматизма, инициированного плюмовой активностью, в пределах Забайкальского сегмента Центрально-Азиатского складчатого пояса (Jahn et al., 2009; Litvinovsky et al., 2011; Цыганков и др., 2017, 2019; Doroshkevich et al., 2012; Izbrodin et al., 2020). Поскольку массив Бурпала является уникальным редкометальным щелочным объектом, в котором известно около 80 минеральных видов, в том числе новых и редчайших, то его минералогическому исследованию посвящено множество работ таких исследователей, как А.М. Портнов, А.Я. Жидков, Г.В. Андреев, Е.И. Семенов, А.П. Хомяков, А.А. Ганзеев, С. Мерлино, А.Р. Шахмурадян, И.А. Сотникова и другие. Петрологические аспекты становления массива освещены в работах (Владыкин и др., 2014; Vladykin, Sotnikova, 2017), согласно которым образование исходного расплава происходило из обогащенного мантийного источника EMII-типа, с последующей магматической дифференциацией первичного расплава, сопровождавшейся образованием всех разновидностей пород массива.
В настоящей работе представлены результаты петролого-геохимических, включая изотопные (Sr, Nd, Pb, O), исследований основных разновидностей пород массива Бурпала, обсуждаются характеристика источника вещества и механизм возможности сосуществования нефелиновых и кварцевых сиенитов.
КРАТКАЯ ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА МАССИВА
Массив Бурпала, как отмечалось выше, входит в состав позднепалеозойской Северо-Байкальской щелочной провинции, находящейся в зоне сочленения Сибирского кратона и Центрально-Азиатского складчатого пояса (ЦАСП). Тектоническая позиция массива определяется его положением на границе западного сегмента Байкало-Витимского пояса ЦАСП с краевой частью Сибирского кратона (рис. 1).
Рис. 1. Схема тектонического районирования Байкало-Витимского пояса (Андреев и др., 2022). 1 – четвертичные впадины Байкальской рифтовой системы; 2, 3 – магматические комплексы позднего палеозоя: 2 – щелочные (I – Бурпала, II – Сынныр), 3 – монцонит-граносиенит-гранитоидные; 4 – позднебайкальские структуры Байкало-Витимского пояса; 5 – ультрабазиты Йоко-Довыренского массива; 6 – раннебайкальские блоки метаморфических комплексов; 7 – Баргузино-Витимский супертеррейн (ЦАСП); 8 – раннебайкальский Анамакит-Муйский террейн; 9 – раннебайкальские структуры Байкало-Патомского пояса: Олокитская рифтогенная зона; 10 – Маректинский и Байкало-Тонодский выступы фундамента Сибирского кратона; 11 – тектонические швы и границы.
Последняя представлена Маректинским выступом фундамента и неопротерозойскими рифтогенными структурами Олокитской зоны. В западном сегменте Байкало-Витимского комплекса совмещены раннебайкальские глубокометаморфизованные вулканогенно-карбонатно-терригенные комплексы и позднебайкальские комплексы, включающие в себя гипербазитовый, мигматит-тоналит-метабазитовый, вулканогенно-осадочный и осадочный (породы холоднинской свиты терригенного комплекса) (Андреев и др., 2022).
Рис. 2. Схема геологического строения массива Бурпала, по (Пак и др., 1962) с изменениями. 1 – четвертичные отложения; 2 – песчаники и алевролиты холоднинской свиты; 3 – диориты, габбро-диориты, габбро; 4 – роговики, фениты; 5 – кварцевые сиениты; 6 – щелочные сиениты; 7 – нефелиновые сиениты и пуласкиты (а), жильные нефелиновые сиениты (б); 8 – пегматиты; 9 – апатит-флюоритовые породы; 10 – щелочные граниты и гранит-аплиты; 11 – разрывные нарушения; 12 – точки отбора проб, звездочкой указаны точки, в которых отобрано по несколько разновидностей (вне масштаба).
Массив Бурпала прорывает терригенно-осадочные породы холоднинской свиты и занимает на поверхности площадь около 250 км2 (рис. 2). Вмещающие породы на контакте с массивом превращены в кварц-биотит-кордиеритовые роговики и интенсивно метасоматизированы (альбит-нефелин-эгириновые метасоматиты). Мощность зоны фенитизации достигает 250–300 м (Пак и др., 1962; Портнов, Нечаева, 1967). Массив сложен кварцевыми сиенитами, щелочными безнефелиновыми и нефелиновыми сиенитами, пуласкитами. Дайки пегматитов, гранит-аплитов, щелочных гранитов и сиенитов прорывают как породы массива, так и вмещающие образования. Среди жильных образований также отмечены эвдиалит-содалитовые сиениты и апатит-флюоритовые породы, расположенные в центральной части массива (Сотникова и др., 2011; Владыкин и др., 2014). Редкометальные пегматиты и апатит-флюоритовые породы авторы относили к крайним продуктам магматической дифференциации.
Кварцевые сиениты расположены в краевой части массива и образуют кайму шириной до 2 км. Щелочные безнефелиновые сиениты занимают 60–70% от общего объема породы массива. Между кварцевыми и щелочными сиенитами отмечаются постепенные взаимопереходы (Андреев, 1981). Нефелиновые сиениты и пуласкиты образуют линзовидные тела среди щелочных сиенитов, размером до 2 км2. Контакты между щелочными безнефелиновыми и нефелиновыми сиенитами в различных частях массива различаются от расплывчатых до резких (Пак и др., 1962; Портнов, 1965). Г.В. Андреев (Андреев, 1981) утверждает, что фельдшпатоидные сиениты характеризуются только секущими контактами с сиенитами. Редкометальная минерализация массива связана с этапом формирования нефелиновых и щелочных сиенитов, в том числе, их пегматоидных разностей, а также с процессами фенитизации (в зонах экзоконтакта) и формированием эгирин-альбитовых метасоматитов с бритолитом, бурпалитом, лопаритом, катаплеитом и другими акцессорными минералами (Пак и др., 1962; Портнов, 1965). Стоит отметить, что редкометальная минерализация в нефелиновых и щелочных сиенитах распределена неравномерно, некоторые участки, где редкометальные минералы образуют шлировые и лизновидные обособления, имеют мощность до 1 м, реже 3–5 м, и протяженность первые десятки метров (Пак и др., 1962).
Н.В. Владыкин с соавторами (Владыкин и др., 2014) дали информацию о наличии в западном обрамлении массива (во вмещающих породах) даек шонкинитов. По их мнению, они имеют мощность 1–5 м и протяженность до 100 м, сложены КПШ, клинопироксеном, биотитом, гранатом и кальцитом и, вероятно, являются наиболее ранней фазой.
Тела долеритов и габбро-долеритов располагаются в южной части массива, в пределах осадочно-терригенных вмещающих пород, в виде даек и силлов. Породы интенсивно хлоритизированы и эпидотизированы. Согласно (Избродин и др., 2024), они являются разновозрастными (607 и 294 млн лет). Имеющиеся геохронологические данные по породам массива свидетельствуют об импульсном характере их становления. Так, U-Pb возраст щелочных сиенитов и рудоносных пегматитов Бурпалы равен 294 ± 1 и 283 ± 8 млн лет соответственно (Котов и др., 2013; Владыкин и др., 2014). Время кристаллизации меланократовых щелочных и нефелиновых сиенитов – 298 ± 2 и 296 ± 2 млн лет, кварцевых и кварцсодержащих сиенитов – 291 ± 2 и 293 ± 3 млн лет, щелочных гранитов – 293 ± 3 млн лет (Избродин и др., 2024).
Согласно (Владыкин и др., 2014), последовательность формирования основных разновидностей пород массива выглядит следующим образом: 1) дайки шонкинитов; 2) нефелиновые сиениты, пуласкиты, кварцевые сиениты; 3) жильная фаза, которая включает в себя нефелиновые и щелочные сиениты, редкометальные пегматиты, апатит-флюоритовые породы и щелочные граниты. А.М. Портнов и Е.А. Нечаева (Портнов, Нечаева, 1967) к первой фазе относили образование массивных щелочных сиенитов, а ко второй – трахитоидных нефелиновых сиенитов, с последующим формированием жильных пород и различных метасоматитов. А.Я. Жидков (1956) связывал зональность массива с единым процессом магматической дифференциации, которая выражается в смене нефелиновых сиенитов кварцевыми разностями.
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Образцы, использованные для петрографических и петролого-геохимических исследований, были отобраны коллективом авторов в ходе полевых работ на массиве Бурпала в 2022 г. Петрографическое изучение пород проводилось на микроскопе Olympus BX51 с фотокамерой.
Содержания породообразующих оксидов в породах определены методом РФА на спектрометре ARL 9900XP (Termo Fisher Scientific). Точность определений с нижними границами содержаний была равна 0.1–0.00n%. Содержания микроэлементов в породах были определены методом ICP-MS на масс-спектрометре высокого разрешения ELEMENT (Finnigan Mat) с ультразвуковым распылителем U-5000AT+. Пределы обнаружения элементов составляли от 0.005 до 0.1 мкг/г, точность анализа – в среднем 2–7 отн. %. Исследования выполнены в ЦКП Многоэлементных и изотопных исследований СО РАН (Новосибирск).
Изотопный состав кислорода (δ¹⁸ОSMOW) в силикатах и фосфатах определялся в Геологическом институте СО РАН (Улан-Удэ) на масс-спектрометре Finnigan MAT 253 с использованием метода лазерного фторирования (Sharp, 1990). Образцы нагревались 100W CO2 лазером в атмосфере BrF5. В качестве эталонов использовались следующие международные стандарты: кварц NBS-28 (9.65‰; n = 8) и биотит NBS-30 (5.11‰; n = 12). По результатам этих данных и воспроизводимости повторяющихся измерений, погрешность значений δ¹⁸O анализируемых минералов не превышала 0.2‰.
Sr-Nd-Pb изотопные исследования в породах и минералах (полевой шпат) проведены в Институте геологии и геохронологии докембрия РАН (Санкт-Петербург). Соотношения изотопов Sr и Nd в породах измерялись на многоколлекторном масс-спектрометре Triton TI (Finnigan MAT, Германия). Около 100 мг порошка породы растворяли в смеси HF-HClO4-HNO₃ в микроволновой печи с добавлением 149Sm-150Nd и 85Rb-84Sr перед растворением для точного определения соотношений 147Sm/144Nd и 87Rb/86Sr в образцах. Sr изолировали с помощью смолы Sr-Resin (Eichrom Industries, Иллинойс, США), согласно (Mikova, Denkova, 2007). Rb отделяли с использованием катионообменной смолы BioRad AG1-X8. Для Nd изотопного анализа РЗЭ сначала отделяли от основных элементов и Ba катионным обменом с использованием смолы RE-Resin (Eichrom Industries, Иллинойс, США), а затем выделяли Nd и Sm в соответствии с (Misawa et al., 2000). Для выделения Nd и Sm использовали смолу Ln-Resin (Eichrom Industries, Иллинойс, США), согласно (Mikova, Denkova, 2007). Холостые образцы Rb и Sr составляли <50 pg и <100 pg соответственно, холостые образцы Sm и Nd составляли <50 pg и <100 pg соответственно и считались незначительными по сравнению с количеством проанализированного образца. Соотношения изотопов Sr и Nd определялись в режиме мультидинамического сбора. Изотопные отношения были нормированы к 86Sr/88Sr = 0.1194 и 146Nd/144Nd = 0.7219 (O’Nions et al., 1977). Измеренные значения для NBS SRM-987 и JNdi-1 составили 87Sr/86Sr = 0.710275 ± 15 (2SD, n = 14) и 143Nd/144Nd = 0.512098 ± 9 (2SD, n = 18) в период измерения. Измеренные соотношения стандарта BCR-2 (2SD, n = 6) были: 87Rb/86Sr = 0.4062 ± 37, 87Sr/86Sr = 0.705036 ± 22, 147Sm/144Nd = 0.1380 ± 6, 143Nd/144Nd = 0.512642 ± ± 14.
Для определения изотопного состава Pb использовали либо 100 мг дробленной породы, либо монофракции полевых шпатов (при возможности выделения из породы) с размером зерен 0.5–0.25 мм (подробности см. ниже в табл. 4). Дробленую фракцию пород выщелачивали в 2М HCl при 140°C в течение 2 ч, после этого отмывали в дистиллированной воде и затем истирали в пудру. Фракции полевых шпатов истирали в пудру и подвергали последовательному выщелачиванию сначала в концентрированной HNO₃, а затем в концентрированной HCl. Между и после кислотной обработки минеральные фракции выполаскивали в дистиллированной воде. Затем истертые фракции валовых проб и полевых шпатов растворяли в смеси HF-HClO4-HNO₃ в микроволновой печи. 235U-207Pb-204Pb добавляли к образцам перед растворением для точного определения соотношения 238U/204Pb, а также изотопного состава Pb в образцах, согласно методике двойного изотопного разбавления (Мельников, 2005). Pb выделяли с использованием анионообменной смолы AG1-X8 с последующим выделением U с применением смолы UTEVA-Resin (Eichrom Industries, Иллинойс, США). Химическая процедура аналогична методике (Pfander et al., 2002). Общий уровень загрязнения для Pb и U составил <50 pg и <5 pg соответственно и является незначительным по сравнению с количеством Pb и U в проанализированных образцах. Изотопные данные были получены с использованием многоколлекторного масс-спектрометра Triton TI (Finnigan MAT, Германия). Измеренные соотношения стандарта BCR-2 составили 206Pb/204Pb = 18.7556 ± 0.0061, 207Pb/204Pb = 15.6235 ± 0.0057, 208Pb/204Pb = 38.728 ± 0.018, 238U/204Pb = 0.0766 ± 0.001. 4 (внешняя ошибка: 2SD, n = 6). Средние значения стандарта NBS SRM-982 равны 206Pb/204Pb = 36.7404 ± 0.0024, 207Pb/204Pb = 17.1565 ± 0.0016, 208Pb/204Pb = 36.7280 ± 0.0048 (внешняя ошибка: 2SD, n = 88).
ПЕТРОГРАФИЯ
Нефелиновые сиениты, в том числе рудоносные, представляют собой массивные или трахитоидные мелко-среднезернистые породы, сложенные преимущественно калиевым полевым шпатом (30–40%), клинопироксеном (15–20%), нефелином (~15%) и/или содалитом (10–20%) (рис. 3а–3г).
Рис. 3. Микрофотографии шлифов нефелиновых (а–г), щелочных (д–е) и кварцевых (ж–з) сиенитов массива Бурпала в проходящем свете (левая колонка) и скрещенных николях (правая колонка). Aln – алланит, Amp – амфибол, Kfs – калиевый полевой шпат, Cpx – клинопироксен, Lоp – лопарит, Nph – нефелин, Pl – плагиоклаз, Phl – флогопит, Sdl – содалит, Ttn – титанит, Qz – кварц. Розовая окраска фельдшпатоидов вызвана их окрашиванием в растворе алюминона.
В качестве второстепенных минералов отмечаются биотит (~5%), щелочной амфибол (2–3%) и плагиоклаз (4–5%). Иногда встречается канкринит. Акцессорные минералы – титанит, апатит, лопарит, флюорит, ловенит, катаплеит, циркон, пирохлор, вкрапленные и гнездообразные выделения магнетита. Удлиненные таблитчатые гипидиоморфные кристаллы калиевого полевого шпата ксеноморфны относительно пироксена и иногда вытянуты преимущественно в одном направлении, что придает породе трахитоидную текстуру. Отмечается двойникование зерен и пертитовая штриховка. Зерна нефелина содержат включения клинопироксена. Слюда в породе встречается в виде таблитчатых чешуек, в качестве включений в минерале присутствуют мелкие зерна клинопироксена. Рудоносные нефелиновые сиениты отличаются тем, что количество акцессорных минералов в них может достигать 3% и более. Темно-коричневые изотропные кристаллы лопарита с квадратным и треугольным сечением (размером от 0.1 до 1 мм) и удлиненные кристаллы катаплеита ассоциируют с флюоритом, титанитом и цирконом. Довольно часто лопарит трансформируется в металопарит. Пирохлор распределен неравномерно, встречается в виде единичных зерен, реже образует небольшие скопления. Размер зерен не превышает 0.2 мм.
В некоторых участках нефелиновые сиениты альбитизированы. Внешне альбитизированные разности отличаются наличием белого сахаровидного альбита. В шлифах появляются коррозионные структуры, обусловленные развитием альбита по ранним минералам. Кроме альбита, по нефелину развиваются минералы группы цеолита. Пироксен практически полностью замещен амфиболом.
Щелочные сиениты, в том числе рудоносные, представлены как меланократовыми, так и лейкократовыми разностями. Меланократовые щелочные сиениты – это мелко-среднезернистые массивные породы, сложенные преимущественно калиевым полевым шпатом (~60%), клинопироксеном (до 10%) щелочным амфиболом (~15%), плагиоклазом (~9%) и биотитом (~8%). Лейкократовые щелочные сиениты сложены калиевым полевым шпатом (~70%), плагиоклазом (10–15%), клинопироксеном (5–10%), щелочным амфиболом (~5%). Акцессорные минералы – титанит, циркон, апатит, алланит, флюорит, магнетит, ильменит, лопарит, пирохлор, бритолит ассоциируют с амфиболом и клинопироксеном. Участками редкометальные минералы образуют скопления и линзовидные обособления, в этих случаях их количество достигает 5% от объема породы; как результат, щелочные сиениты становятся рудоносными. Удлиненно-призматические и таблитчатые кристаллы калиевого полевого шпата образуют взаимные прорастания с темноцветными минералами (рис. 3д–3е). По периферии зерна полевого шпата содержат ламели альбита. Зерна щелочного амфибола содержат большое количество включений клинопироксена, слюды, титанита и апатита, из-за чего имеют ситовидную микроструктуру. В гипидиоморфных удлиненно-призматических и таблитчатых кристаллах слюды встречаются мелкие включения циркона и титанита. Титанит иногда образуют агрегатные скопления в породе и оторочки вокруг зерен магнетита.
Альбитизированные разности щелочных сиенитов представляют собой мелкозернистые породы пепельно-серого цвета пятнисто-прожилкового облика, обусловленного неравномерным развитием агрегатов альбита. Количество минерала в пределах поля шлифа может варьировать от 5 до 80%, типична гранобластовая структура с реликтами первичных минералов.
Кварцевые сиениты – среднезернистые массивные породы, сложенные преимущественно калиевым полевым шпатом (~60%), плагиоклазом (~15%) и амфиболом (~15%) (рис. 3ж–3з). В качестве второстепенного минерала отмечается кварц (~5%). Акцессорные минералы представлены титанитом, апатитом, цирконом, алланитом, магнетитом. Таблитчатые гипидиоморфные кристаллы калиевого полевого шпата с микроклиновой решеткой ксеноморфны относительно амфибола и плагиоклаза, но более идиоморфны относительно кварца. В зернах калиевого полевого шпата отмечаются пертиты. Амфибол содержит включения титанита и магнетита. Титанит также обнаруживается в полевом шпате и образует оторочки вокруг магнетита.
Щелочные граниты – массивные тонкозернистые породы, сложенные преимущественно альбитом (до 35%), калиевым полевым шпатом (30–35%), кварцем (до 20%). Второстепенными и акцессорными являются щелочной амфибол, клинопироксен, мусковит, апатит, циркон, магнетит, флюорит, рутил, титанит, алланит. Как правило, породы значительно изменены, в этих случаях темноцветные минералы хлоритизированы, полевые шпаты серицитизированы, по магнетиту развивается гематит.
ПЕТРОЛОГО-ГЕОХИМИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
Составы пород массива Бурпала представлены в табл. 1 и на рис. 4–6.
Таблица 1. Химический состав основных разновидностей пород массива Бурпала
Компоненты | Нефелиновые сиениты | ||||||||||
Брз 5-7 | Брз 5-12 | Брз 5-5 | Брз 5-8 | Брз 5-6б* | Брз 5-6в* | Брз 5-6г* | Брз 5-6д* | Брз 5-9* | Брз 5-12а** | Брз 5-12б** | |
SiO₂ | 54.16 | 56.72 | 55.11 | 55.99 | 58.10 | 57.63 | 57.42 | 58.30 | 56.27 | 56.43 | 57.19 |
TiO₂ | 1.44 | 1.14 | 0.75 | 0.92 | 1.37 | 0.77 | 1.12 | 2.24 | 1.41 | 0.35 | 0.27 |
Al₂O₃ | 15.39 | 15.00 | 12.84 | 15.44 | 12.77 | 14.71 | 15.70 | 11.77 | 14.14 | 17.92 | 17.19 |
Fe₂O₃ | 8.52 | 7.73 | 6.58 | 8.42 | 11.69 | 7.90 | 7.71 | 10.30 | 6.78 | 6.25 | 6.49 |
MnO | 0.16 | 0.17 | 0.32 | 0.16 | 0.22 | 0.19 | 0.18 | 0.28 | 0.31 | 0.06 | 0.07 |
MgO | 1.52 | 1.43 | 5.62 | 0.94 | 0.23 | 0.28 | 0.31 | 0.11 | 0.16 | 0.58 | 0.35 |
CaO | 4.74 | 3.38 | 5.20 | 3.13 | 1.50 | 2.71 | 1.87 | 1.28 | 4.89 | 2.08 | 1.48 |
Na₂O | 7.05 | 7.11 | 5.37 | 7.22 | 7.20 | 5.43 | 5.77 | 6.53 | 4.04 | 6.59 | 6.35 |
K₂O | 4.65 | 6.22 | 4.98 | 6.47 | 5.31 | 7.05 | 6.79 | 5.47 | 8.17 | 7.27 | 6.94 |
P₂O₅ | 0.40 | 0.03 | 0.57 | 0.03 | bdl | 0.24 | 0.05 | bdl | 0.09 | 0.11 | 0.01 |
П.п.п. | 0.40 | 0.70 | 1.22 | 1.07 | 0.27 | 0.38 | 2.23 | 0.25 | 0.58 | 0.98 | 1.84 |
SO₃ | 0.31 | 0.13 | 0.16 | 0.18 | bdl | bdl | bdl | bdl | bdl | 0.20 | 0.37 |
Сумма | 98.73 | 99.78 | 98.71 | 99.95 | 98.65 | 97.29 | 99.14 | 96.53 | 96.82 | 98.82 | 98.55 |
Ti | 8264 | 6683 | 4396 | 5074 | 7600 | 4233 | 5944 | 11130 | 2881 | 3415 | 1573 |
V | 95.4 | 83.3 | 80.9 | 86.2 | 28.6 | 66.9 | 65.4 | 43.5 | 6.0 | 60.1 | 41.2 |
Cr | 17.5 | 16.0 | 256.2 | 12.5 | 16.0 | 21.2 | 14.9 | 16.8 | 9.9 | 12.3 | 8.2 |
Mn | 1247 | 1312 | 2506 | 1237 | 2257 | 1513 | 1788 | 2837 | 195 | 707 | 569 |
Co | 12.2 | 8.4 | 22.6 | 5.7 | 4.0 | 6.1 | 6.4 | 4.3 | 1.5 | 5.1 | 6.1 |
Ni | 10.3 | 6.8 | 313.7 | 4.4 | 39.0 | 40.8 | 75.5 | 12.2 | 10.4 | 4.2 | 10.6 |
Cu | 8.3 | 56.7 | 9.7 | 41.7 | 52.5 | 47.4 | 92.3 | 106.5 | 42.0 | 17.3 | 16.6 |
Zn | 157.2 | 172.9 | 334.0 | 125.8 | 472.2 | 218.2 | 428.1 | 199.6 | 38.5 | 84.8 | 67.3 |
Rb | 177.0 | 302.5 | 324.5 | 340.6 | 249.2 | 499.4 | 683.6 | 607.5 | 333.8 | 326.4 | 413.0 |
Sr | 3121 | 1310 | 1556 | 1224 | 881 | 1663 | 1296 | 1778 | 225 | 1093 | 979 |
Y | 52.6 | 103.4 | 113.6 | 70.3 | 131.9 | 112.0 | 106.1 | 283.7 | 232.0 | 18.1 | 10.2 |
Zr | 581 | 2237 | 346 | 2413 | 7772 | 9708 | 3426 | 10806 | 4275 | 567 | 710 |
Nb | 40.0 | 80.8 | 36.7 | 81.1 | 391.7 | 333.5 | 201.2 | 815.2 | 138.1 | 17.2 | 3.9 |
Mo | 7.1 | 3.6 | 0.8 | 1.1 | 0.9 | 1.2 | 1.5 | 1.0 | 1.7 | 2.3 | 1.4 |
Cs | 28.2 | 3.6 | 18.3 | 8.4 | 1.1 | 2.1 | 7.8 | 3.2 | 1.4 | 3.8 | 6.0 |
Ba | 4522 | 1713 | 1937 | 803 | 303 | 1117 | 950 | 664 | 287 | 998 | 693 |
La | 142 | 193 | 325 | 320 | 1337 | 841 | 571 | 2471 | 577 | 36 | 27 |
Ce | 246 | 400 | 512 | 521 | 1963 | 1351 | 881 | 3350 | 850 | 85 | 46 |
Pr | 33 | 43 | 46 | 46 | 166 | 123 | 83 | 278 | 84 | 10 | 4 |
Nd | 122 | 141 | 141 | 123 | 392 | 341 | 226 | 650 | 229 | 37 | 14 |
Sm | 21.2 | 23.0 | 22.9 | 14.9 | 34.3 | 43 | 29 | 70 | 36 | 6.0 | 1.9 |
Eu | 4.8 | 5.2 | 5.2 | 3.1 | 6.2 | 8.1 | 5.7 | 13.5 | 7.9 | 1.3 | 0.4 |
Gd | 16.9 | 19.8 | 20.3 | 13.5 | 25.7 | 31.5 | 21.5 | 56.5 | 33 | 4.7 | 1.7 |
Tb | 2.2 | 2.9 | 3.0 | 1.9 | 2.9 | 3.4 | 2.7 | 6.0 | 5.2 | 0.6 | 0.2 |
Dy | 10.8 | 16.8 | 17.1 | 11.8 | 15.6 | 16.4 | 13.6 | 27.2 | 32 | 2.9 | 1.1 |
Ho | 1.9 | 3.4 | 3.5 | 2.6 | 3.7 | 2.9 | 2.5 | 5.0 | 7.1 | 0.6 | 0.2 |
Er | 4.7 | 10.7 | 10.5 | 8.4 | 14.1 | 9.1 | 7.5 | 14.3 | 21 | 1.4 | 0.7 |
Tm | 0.7 | 1.7 | 1.7 | 1.5 | 2.6 | 1.3 | 1.2 | 2.0 | 2.9 | 0.2 | 0.1 |
Yb | 4.1 | 11.0 | 11.0 | 10.5 | 19.2 | 8.4 | 7.3 | 12.3 | 17.0 | 1.7 | 1.0 |
Lu | 0.6 | 1.7 | 1.7 | 1.5 | 3.2 | 1.4 | 1.1 | 1.8 | 2.2 | 0.3 | 0.2 |
Hf | 14.0 | 50.0 | 7.9 | 53.3 | 128.5 | 142 | 63 | 167 | 81 | 17.5 | 23.0 |
Ta | 1.9 | 3.3 | 1.2 | 2.9 | 10.2 | 6.8 | 4.5 | 12.5 | 6.36 | 1.2 | 0.1 |
Pb | 30.5 | 123.3 | 75.2 | 114 | 165 | 43.8 | 189 | 148 | 61.4 | 25.0 | 2136 |
Th | 15.2 | 32.2 | 49.4 | 60.8 | 172 | 127 | 172 | 596 | 27.4 | 2.0 | 1.8 |
U | 1.3 | 11.4 | 7.0 | 12.1 | 43.1 | 44.0 | 34.7 | 68.6 | 12.8 | 0.5 | 0.6 |
Таблица 1. Окончание
Компоненты | Щелочные сиениты | Кварцевые сиениты | Граниты | |||||||||||
Брз 5-3 | БЗ 5-1 | БП-11 | К-14 | БП-11б* | К-8-2а* | К-8-2б* | Брз 5-11** | Брз 5-4** | БП-11а | Ю-6 | Ю-5 | Ю-7 | Брз 5-2 | |
SiO₂ | 60.92 | 61.61 | 58.98 | 60.45 | 58.20 | 59.43 | 58.20 | 63.83 | 64.13 | 62.16 | 62.50 | 60.30 | 70.90 | 71.90 |
TiO₂ | 0.71 | 0.41 | 0.98 | 0.84 | 0.86 | 0.93 | 0.86 | 0.21 | 0.11 | 0.80 | 0.62 | 0.90 | 0.26 | 0.28 |
Al₂O₃ | 14.84 | 14.90 | 15.08 | 15.47 | 16.20 | 15.35 | 16.20 | 17.46 | 17.62 | 15.48 | 15.91 | 15.29 | 14.63 | 14.24 |
Fe₂O₃ | 6.95 | 6.43 | 6.44 | 5.98 | 7.22 | 5.48 | 7.22 | 3.67 | 2.22 | 5.16 | 5.46 | 6.42 | 2.25 | 2.34 |
MnO | 0.15 | 0.12 | 0.12 | 0.09 | 0.39 | 0.15 | 0.39 | 0.06 | 0.03 | 0.09 | 0.09 | 0.12 | 0.03 | 0.02 |
MgO | 0.63 | 0.79 | 1.98 | 1.58 | 2.00 | 1.25 | 2.00 | 0.20 | 0.23 | 1.42 | 1.81 | 2.20 | 0.31 | 0.19 |
CaO | 2.05 | 1.92 | 3.90 | 3.91 | 0.15 | 3.90 | 0.15 | 0.65 | 0.82 | 3.30 | 3.67 | 3.86 | 0.63 | 0.28 |
Na₂O | 6.33 | 6.91 | 5.59 | 4.80 | 8.24 | 3.59 | 8.24 | 6.05 | 6.06 | 4.36 | 4.06 | 3.97 | 3.86 | 4.66 |
K₂O | 6.00 | 5.39 | 5.17 | 5.47 | 2.40 | 7.46 | 2.40 | 7.17 | 7.19 | 5.34 | 4.54 | 4.76 | 5.17 | 4.93 |
P₂O₅ | 0.05 | 0.02 | 0.51 | 0.38 | 0.11 | 0.21 | 0.11 | 0.04 | 0.05 | 0.36 | 0.28 | 0.44 | 0.07 | 0.04 |
П.п.п. | 0.73 | 0.58 | 0.55 | 0.15 | 0.30 | 1.39 | 0.30 | 0.24 | 0.57 | 0.37 | 0.67 | 1.00 | 1.11 | 0.96 |
SO₃ | 0.08 | 0.09 | bdl | bdl | bdl | bdl | bdl | 0.07 | 0.10 | bdl | 0.02 | bdl | bdl | bdl |
Сумма | 99.43 | 99.16 | 99.29 | 99.14 | 96.22 | 99.14 | 96.08 | 99.65 | 99.12 | 98.84 | 99.61 | 99.26 | 99.22 | 99.86 |
Ti | 4317 | 2386 | 5715 | 5000 | 4908 | 4847 | 5167 | 1113 | 580 | 4637 | 3670 | 5411 | 1553 | 1593 |
V | 64.8 | 81.6 | 72.5 | 61.7 | 87 | 60.2 | 63.2 | 25.3 | 9.1 | 57.8 | 62.8 | 78.0 | 12.9 | 13.2 |
Cr | 15.6 | 6.3 | 23.9 | 44.1 | 66 | 21.2 | 23.5 | 6.5 | 13.3 | 28.1 | 36.5 | 33.0 | 21.3 | 15.4 |
Mn | 1188 | 961 | 958 | 721 | 2875 | 1244 | 1271 | 393 | 173 | 694 | 653 | 950 | 232 | 99.8 |
Co | 6.0 | 4.9 | 10.7 | 10.9 | 15.1 | 7.8 | 10.6 | 3.3 | 1.0 | 9.1 | 10.3 | 13.0 | 1.2 | 0.9 |
Ni | 4.9 | 3.0 | 12.2 | 13.3 | 36 | 37.2 | 9.7 | 3.8 | 3.0 | 9.7 | 16.6 | 18.4 | 3.0 | 3.0 |
Cu | 11.0 | 10.7 | 42.2 | 18.5 | 5.5 | 149.2 | 54.3 | 11.3 | 6.5 | 13.6 | 14.4 | 10.0 | 38.1 | 6.2 |
Zn | 110.2 | 96.0 | 160.9 | 78.8 | 529 | 445.8 | 267.0 | 69.2 | 26.2 | 101.6 | 59.5 | 94.5 | 31.1 | 14.2 |
Rb | 257.7 | 191.4 | 161.4 | 164.0 | 502 | 229.3 | 403.8 | 325.7 | 293.3 | 163.0 | 130.3 | 128.8 | 217.6 | 220.3 |
Sr | 1008 | 738 | 1181 | 1305 | 390 | 1310 | 1777 | 975 | 774 | 1284 | 1203 | 1253 | 494 | 243 |
Y | 21.3 | 16.3 | 48.6 | 37.6 | 67 | 60.2 | 61.4 | 7.5 | 12.1 | 35.7 | 33.1 | 33.9 | 15.3 | 22.9 |
Zr | 771 | 344 | 1174 | 545 | 13702 | 2011 | 645 | 173 | 82 | 501 | 347 | 384 | 308 | 522 |
Nb | 14.1 | 12.1 | 39.4 | 30.9 | 219 | 85.2 | 46 | 3.2 | 3.8 | 29.1 | 21.7 | 22.4 | 30.8 | 30.9 |
Mo | 2.9 | 5.4 | 1.7 | 2.6 | 0.55 | 2.9 | 2.0 | 1.4 | 1.6 | 2.0 | 1.2 | 1.5 | 3.5 | 0.8 |
Cs | 1.7 | 1.7 | 9.3 | 3.5 | 93 | 15.1 | 14.5 | 2.3 | 1.8 | 3.4 | 1.5 | 1.3 | 3.3 | 3.4 |
Ba | 904 | 426 | 2193 | 2094 | 354 | 2162 | 2146 | 909 | 821 | 1928 | 2123 | 1931 | 1355 | 760 |
La | 50 | 31 | 165 | 119 | 252 | 143 | 216 | 34 | 47 | 140 | 75 | 101 | 48 | 62 |
Ce | 78 | 70 | 275 | 238 | 389 | 281 | 361 | 54 | 70 | 262 | 143 | 197 | 92 | 90 |
Pr | 8 | 8 | 32 | 27 | 38 | 30 | 38 | 5 | 6 | 27 | 16 | 23 | 11 | 8 |
Nd | 27 | 29 | 111 | 97 | 115 | 98 | 119 | 16 | 20 | 94 | 59 | 84 | 38 | 24 |
Sm | 3.9 | 4.8 | 18.2 | 15.1 | 17.7 | 15.9 | 19.0 | 2.1 | 2.6 | 14.5 | 10.3 | 13.7 | 5.8 | 3.6 |
Eu | 0.8 | 1.0 | 3.7 | 3.4 | 3.5 | 3.5 | 4.1 | 0.4 | 0.5 | 3.0 | 2.0 | 3.0 | 1.0 | 0.7 |
Gd | 3.4 | 3.7 | 14.2 | 11.6 | 13.4 | 12.8 | 14.8 | 1.7 | 2.2 | 11.1 | 8.1 | 10.5 | 3.9 | 3.3 |
Tb | 0.4 | 0.5 | 1.8 | 1.4 | 1.84 | 1.7 | 1.8 | 0.2 | 0.3 | 1.4 | 1.1 | 1.4 | 0.5 | 0.6 |
Dy | 2.1 | 2.6 | 9.4 | 7.4 | 11.3 | 9.0 | 9.8 | 0.9 | 1.3 | 7.0 | 6.1 | 6.6 | 2.8 | 3.6 |
Ho | 0.4 | 0.5 | 1.7 | 1.3 | 2.7 | 1.6 | 1.7 | 0.2 | 0.2 | 1.2 | 1.2 | 1.2 | 0.6 | 0.8 |
Er | 1.2 | 1.3 | 5.0 | 3.5 | 9.3 | 5.1 | 4.9 | 0.5 | 0.7 | 3.4 | 3.2 | 3.2 | 1.6 | 2.6 |
Tm | 0.2 | 0.2 | 0.8 | 0.5 | 1.44 | 0.9 | 0.7 | 0.1 | 0.1 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.3 | 0.4 |
Yb | 1.8 | 1.5 | 4.8 | 3.4 | 9.0 | 5.3 | 4.0 | 0.5 | 0.7 | 3.1 | 3.0 | 3.0 | 1.9 | 2.9 |
Lu | 0.4 | 0.3 | 0.7 | 0.5 | 1.17 | 0.8 | 0.6 | 0.1 | 0.1 | 0.5 | 0.4 | 0.4 | 0.3 | 0.4 |
Hf | 22.4 | 11.2 | 24.0 | 12.7 | 187 | 38.7 | 13.0 | 5.7 | 2.5 | 11.6 | 7.6 | 9.5 | 8.1 | 11.7 |
Ta | 0.4 | 0.6 | 1.6 | 1.7 | 3.3 | 2.5 | 1.9 | 0.1 | 0.1 | 1.7 | 1.6 | 1.4 | 2.5 | 2.1 |
Pb | 11.9 | 7.5 | 112.6 | 24.1 | 154 | 162 | 209 | 7.6 | 8.6 | 37.1 | 26.3 | 57.0 | 25.4 | 14.1 |
Th | 7.4 | 0.8 | 36.1 | 17.9 | 39 | 82 | 105 | 5.4 | 3.0 | 19.4 | 15.7 | 14.1 | 23.6 | 27.6 |
U | 1.4 | 0.7 | 8.6 | 3.1 | 175 | 22.8 | 16.3 | 1.2 | 0.6 | 4.5 | 2.8 | 3.3 | 9.3 | 5.6 |
Примечание. Здесь и в последующих таблицах: *рудный сиенит, **альбитизированный сиенит, bdl – ниже предела обнаружения. Оксиды даны в мас. %. элементы – в г/т.
На классификационной диаграмме SiO₂ vs (Na₂O + K₂O) нефелиновые и нефелинсодержащие сиениты ложатся в область фоид-монцосиенитов и фоид-сиенитов, а щелочные и кварцевые – в область сиенитов (рис. 4а). Нефелиновые и нефелинсодержащие сиениты на диаграмме Al − (Na + K)–FSSI (рис. 4б) относятся к кремний-недосыщенному типу пород и пересыщены щелочами, щелочные сиениты также пересыщены щелочами, но в основном относятся к кремний-насыщенным породам (в их нормативном составе всегда присутствует кварц). Кварцевые сиениты ложатся в область кремний-насыщенных метаглиноземистых и плюмазитовых пород (рис. 4б).
Рис. 4. Классификационная диаграмма SiO₂ vs (Na₂O + K₂O) (а) (Middlemost, 1994) и диаграмма Al – (Na + K)–FSSI (б) (Frost, Frost, 2008) для основных разновидностей пород массива Бурпала. FSSI = нормативные Q − [Lc + 2(Ne + Kp)]/100.
В нефелиновых и нефелинсодержащих сиенитах агпаитность варьирует от 1 до 1.4, в щелочных сиенитах – от 0.9 до 1.1, а кварцевых – от 0.7 до 0.9. Значения K₂O/Na₂O в нефелиновых и щелочных сиенитах варьируют от 0.7 до 1.3 и от 0.3 до 1.2 соответственно (рис. 5); редко достигая 2.0 и зависят от соотношения главных породообразующих минералов. В кварцевых сиенитах K₂O/Na₂O = 1.1–1.2 (рис. 5). На диаграммах зависимостей основных компонентов от SiO₂ не проявлено четко выраженной корреляции (рис. 5).
Рис. 5. Вариации содержаний основных петрогенных (мас. %) и редких (ppm) компонентов в основных разновидностях пород массива Бурпала. Условные обозначения см. на рис. 4.
Граниты характеризуются схожими с кварцевыми сиенитами концентрациями (Na + K), Zr, Nb, РЗЭ и более низкими Ti, Fe, Mg и Ca. Область вариации основных компонентов, за исключением SiO₂, для нефелиновых сиенитов в основном пересекается с таковой для группы щелочных сиенитов, отличаясь более варьирующими их содержаниями. При этом большинство нефелиновых сиенитов, главным образом рудоносные, так же как и рудоносные щелочные сиениты, характеризуется более высокими Zr, Nb, РЗЭ по сравнению с другими группами пород. В альбитизированных щелочных и нефелиновых сиенитах понижаются концентрации Ti, Fe, РЗЭ, Nb и повышается Al относительно их неизмененных разностей.
Рис. 6. Содержания РЗЭ (а, б) и редких элементов (в, г), нормированные к хондриту и примитивной мантии (ПМ) (Sun, McDonough, 1989) соответственно в породах массива Бурпала. Условные обозначения см. на рис. 4.
На графиках конфигурации РЗЭ, нормированных к хондриту, для всех разновидностей пород характерно обогащение легкими лантаноидами относительно тяжелых (рис. 6) со значениями (La/Yb)N, варьирующими от 14 до 130. Eu-аномалия (Eu/Eu*) в щелочных и нефелиновых сиенитах находится в интервале 0.6–0.75. Кварцевые сиениты и граниты демонстрируют более выраженную отрицательную Eu-аномалию (около 0.6). В целом содержание РЗЭ в щелочных и кварцевых сиенитах ниже, чем в нефелиновых сиенитах. Как уже отмечалось выше, в разной степени альбитизированных разностях щелочных и нефелиновых сиенитов концентрации РЗЭ понижаются. Спектры содержаний РЗЭ в гранитах схожи с таковыми в щелочных и кварцевых сиенитах. Графики содержаний редких элементов, нормированные к примитивной мантии, во всех разновидностях пород массива демонстрируют обогащение крупноионными литофильными элементами и РЗЭ по отношению к Nb, Ta и Ti, также отмечается положительная Pb-аномалия относительно соседних элементов. Нефелиновые сиениты (в основном рудоносные) более обогащены Zr-Hf и Nb-Ta по сравнению со щелочными и кварцевыми сиенитами. Хотя в рудоносных щелочных сиенитах (обр. БП-11б) концентрация этих элементов сравнима с таковой в нефелиновых разностях. Конфигурация спектров содержаний редких элементов в гранитах схожа с таковой для других пород массива.
ИЗОТОПНЫЙ Sr-Nd-Pb и δ¹⁸OSMOW СОСТАВ
Данные по δ¹⁸ОSMOW в минералах основных разновидностей пород массива приведены в табл. 2 и на рис. 7.
Рис. 7. Изотопный состав кислорода в минералах основных разновидностей пород массива Бурпала.
Таблица 2. δ¹⁸ОSMOW в минералах из пород массива Бурпала
Порода | Нефелиновый сиенит | Щелочной | Кварцевый | Гранит | ||||||||||
Образец | Брз 5-6 | Брз 5-12 | Брз 5-5 | Брз 5-6в | Брз 5-5 | Брз 5-7 | Брз 5-6 | К-14 | Ю-5 | Ю-7 | ||||
Минерал | Amp | Cрх | Bt | Ap | Amp | Cрх | Bt | Amp | Bt | Ap | Amp | |||
δ¹⁸ОSMOW | 3.3 | 4.1 | 4.6 | 4.2 | 4 | 4.5 | 4.9 | 6.7 | 7 | 8 | 7.2 | 8.5 | 11.4 | 11.3 |
Примечание. Amp – амфибол, Срх – клинопироксен, Bt – биотит, Ap – апатит.
Изотопный состав кислорода в амфиболе из нефелиновых сиенитов, в том числе рудоносных, варьирует от +3.3 до +4.6 ‰. Минерал щелочных сиенитов из краевой зоны характеризуется значением +6.7‰, а кварцевых сиенитов и гранитов – +7.2 и +11.3‰ соответственно. В клинопироксене нефелиновых сиенитов δ¹⁸OSMOW равно +4.0‰, в минерале щелочных сиенитов из краевой зоны выше, +7.0‰. Биотит нефелиновых сиенитов имеет δ¹⁸OSMOW +4.5‰, минерал кварцевых сиенитов и гранитов – +8 и +8.5‰ соответственно. Апатит нефелиновых сиенитов дает δ¹⁸OSMOW, равное +4.9‰, гранитов – +11.4‰.
Результаты Sr-Nd-Pb изотопных составов пород массива представлены в табл. 3 и 4 и на рис. 8.
Рис. 8. (⁸⁷Sr/⁸⁶Sr)Т–εNd(Т) изотопные отношения (а) и (²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb)Т–(²⁰⁷Pb/²⁰⁴Pb)Т диаграмма (б) для пород массива Бурпала. Условные обозначения см. на рис. 4.
(а): данные для позднепалеозойских щелочных пород Забайкалья (Doroshkevich et al., 2012; Izbrodin et al., 2020), позднепалеозойских гранитоидов и базитов Забайкалья (Jahn et al., 2009; Litvinovsky et al., 2011; Цыганков и др., 2019; Tsygankov et al., 2017), мезозойских щелочных пород Алдано-Станового щита (Bogatikov et al., 1994; Mitchell et al., 1994; Davies et al., 2006; Васюкова и др., 2020; Doroshkevich et al., 2020), расслоенной ультрабазит-базитовой интрузии Йоко-Довырен, пересчитанные на 290 млн лет (Арискин и др., 2015), массива Сынныр (Саватенков и др., 2019; неопубликованные данные авторов), постколлизионных шошонитов Тибета (Guo et al., 2006; Ou et al., 2019), вулканических пород юрской изверженной провинции Кару (Jourdan et al., 2007).
(б): СК – эволюция Pb в Сибирском кратоне (Ларин и др., 2021); ДМК-Т – эволюция Pb в деплетированной мантии (Kramers, Tolstikhin, 1997). Розовая стрелка – тренд ассимиляции.
Таблица 3. Rb-Sr и Sm-Nd изотопный состав пород массива Бурпала
Порода | Образец | Rb, г/т | Sr, г/т | 87Rb/86Sr | 87Sr/86Sr | ±2s | I (Sr) | Sm, г/т | Nd, г/т | 147Sm/144Nd | 143Nd/144Nd | ±2s | ɛNd(T) |
Нефелиновый | Брз 5-5 | 414.6 | 1717 | 0.7001 | 0.710891 | 5 | 0.708002 | 23.46 | 142.79 | 0.0993 | 0.511868 | 2 | -11.42 |
Брз 5-12 | 332.1 | 1302 | 0.7392 | 0.711468 | 5 | 0.708418 | 22.06 | 133.90 | 0.0996 | 0.511893 | 5 | -10.94 | |
Брз 5-8 | 454.1 | 1345 | 0.9795 | 0.712117 | 6 | 0.708075 | 14.90 | 124.19 | 0.0725 | 0.511809 | 5 | -11.58 | |
Брз 5-7 | 209.0 | 3375 | 0.1795 | 0.709016 | 5 | 0.708275 | 21.16 | 114.12 | 0.1121 | 0.511884 | 5 | -11.58 | |
Брз 5-12б** | 533.5 | 1082 | 1.4311 | 0.713866 | 7 | 0.707961 | 1.75 | 12.87 | 0.0823 | 0.511853 | 3 | -11.08 | |
Брз 5-12a** | 140.4 | 915 | 0.4455 | 0.712056 | 4 | 0.710218 | 12.12 | 61.30 | 0.1195 | 0.511884 | 4 | -11.86 | |
Щелочной | К-14 | 107.4 | 1239 | 0.2515 | 0.710016 | 4 | 0.708978 | 12.24 | 70.81 | 0.1045 | 0.511884 | 4 | -11.30 |
БЗ 5-1 | 225.4 | 798 | 0.8191 | 0.711463 | 4 | 0.708083 | 5.09 | 30.99 | 0.0993 | 0.511874 | 3 | -11.30 | |
Брз 5-3 | 297.0 | 1049 | 0.8211 | 0.711502 | 7 | 0.708114 | 3.87 | 25.94 | 0.0902 | 0.511888 | 5 | -10.69 | |
БП-11 | 202.9 | 1333 | 0.4412 | 0.709866 | 5 | 0.708045 | 18.00 | 112.36 | 0.0968 | 0.511899 | 3 | -10.72 | |
БП 11б | 477.0 | 417 | 3.3248 | 0.726513 | 6 | 0.712793 | 16.92 | 112.71 | 0.0908 | 0.511902 | 6 | -10.44 | |
Брз 5-11** | 372.3 | 1016 | 1.0623 | 0.712445 | 7 | 0.708061 | 2.07 | 15.40 | 0.0812 | 0.511848 | 5 | -11.14 | |
Брз 5-4** | 249.6 | 510 | 1.4228 | 0.712967 | 5 | 0.707096 | 2.30 | 15.65 | 0.0886 | 0.511858 | 6 | -11.22 | |
Кварцевый | Ю-6 | 145.0 | 1247 | 0.337 | 0.709526 | 6 | 0.708135 | 9.62 | 54.58 | 0.1065 | 0.511946 | 4 | -10.17 |
Ю-5 | 108.6 | 1230 | 0.2559 | 0.709715 | 5 | 0.708659 | 22.06 | 133.90 | 0.0996 | 0.511893 | 5 | -10.94 | |
БП 11a | 197.6 | 1420 | 0.4035 | 0.70968 | 6 | 0.708015 | 15.08 | 96.57 | 0.0944 | 0.51191 | 4 | -10.42 | |
Гранит | Ю-7 | 251.0 | 511 | 1.4247 | 0.716562 | 4 | 0.710683 | 5.51 | 36.47 | 0.0913 | 0.511753 | 4 | -13.37 |
Брз 5-2 | 217.8 | 168 | 3.7375 | 0.720124 | 5 | 0.704701 | 5.02 | 35.05 | 0.0865 | 0.511854 | 5 | -11.22 | |
Вмещающий | Ю-2 | 63.9 | 132 | 1.3883 | 0.723972 | 5 | 0.718243 | 4.92 | 23.30 | 0.1275 | 0.5121 | 4 | -7.94 |
В нефелиновых сиенитах первичные значения 87Sr/86Sr колеблются в достаточно узком интервале от 0.7080 до 0.7084, альбитизированные разности показывают значения 0.7079 и 0.7102. εNd(Т) в нефелиновых сиенитах, рассчитанные на 290 млн лет, варьируют от −10.9 до −11.6, а в альбитизированных разностях равны −11.1 и −11.9.
Первичные значения 87Sr/86Sr, полученные для щелочных (0.7080–0.7089) и кварцевых сиенитов (0.7080–0.7086), схожи с таковыми для нефелиновых сиенитов. Лишь один образец рудоносного щелочного сиенита (БП-11б) имеет отличное значение (87Sr/86Sr)Т 0.7128 от приведенного диапазона для пород массива, при том, что он не подвержен интенсивными вторичными изменениями. Первичные 87Sr/86Sr значения в альбитизированных щелочных сиенитах равны 0.7071 и 0.7081. Величины εNd(Т) в щелочных сиенитах и их альбитизированных разностях составляют −10.4 ÷ −11.7. Кварцевые сиениты характеризуются в целом более высокими значениями εNd(Т) от −10.2 до −10.9.
Два проанализированных образца гранита из массива дали контрастные друг к другу первичные значения 87Sr/86Sr (0.71068 и 0.70470) и εNd(Т) (−13.4 и −11.2). Для образца песчаника, представляющего вмещающие породы холоднинской свиты терригенного комплекса, значения, пересчитанные на 290 млн лет (87Sr/86Sr)Т и εNd(Т), равны 0.7182 и −7.9 соответственно.
На диаграмме (87Sr/86Sr)Т–εNd(Т) (рис. 8а) значения для пород массива Бурпала схожи с таковыми для щелочных пород массива Сынныр (Саватенков и др., 2019; неопубликованные данные авторов). В то же время первичные изотопные значения 87Sr/86Sr в породах массива Бурпала являются несколько более высокими по сравнению с таковыми в породах массива Сынныр.
Таблица 4. U-Pb изотопный состав пород массива Бурпала
Порода | Образец | Pb, г/т | U, г/т | 238U/204Pb | 206Pb/204Pb | % | 207Pb/204Pb | % | 208Pb/204Pb | % | (206Pb/204Pb)i | (207Pb/204Pb)i |
Нефелиновый | Брз 5-5 (ПШ) | 70.00 | 6.39 | 5.70 | 17.893 | 0.06 | 15.499 | 0.09 | 38.463 | 0.12 | 17.631 | 15.485 |
Брз 5-12(вал) | 113.00 | 10.40 | 5.76 | 17.895 | 0.06 | 15.504 | 0.09 | 38.028 | 0.12 | 17.630 | 15.490 | |
Брз 5-8 (ПШ) | 2.66 | 0.39 | 9.37 | 18.271 | 0.06 | 15.519 | 0.09 | 40.073 | 0.12 | 17.840 | 15.497 | |
Брз 5-7 (ПШ) | 14.20 | 0.21 | 0.94 | 17.649 | 0.06 | 15.479 | 0.09 | 37.773 | 0.12 | 17.606 | 15.477 | |
Брз 5-12б**(ПШ) | 66.50 | 0.01 | 0.01 | 17.632 | 0.06 | 15.494 | 0.09 | 37.825 | 0.12 | 17.631 | 15.494 | |
Брз 5-12a**(ПШ) | 6.19 | 0.13 | 1.26 | 17.736 | 0.06 | 15.505 | 0.09 | 37.933 | 0.12 | 17.678 | 15.502 | |
Щелочной | К-14 (ПШ) | 11.50 | 0.25 | 1.36 | 17.907 | 0.06 | 15.503 | 0.09 | 38.056 | 0.12 | 17.844 | 15.500 |
БЗ 5-1 (вал) | 15.40 | 4.89 | 1.99 | 18.087 | 0.06 | 15.499 | 0.06 | 38.029 | 0.06 | 17.996 | 15.494 | |
Брз 5-3 (вал) | 9.69 | 1.26 | 8.19 | 18.220 | 0.06 | 15.513 | 0.09 | 38.375 | 0.12 | 17.843 | 15.493 | |
БП-11 (ПШ) | 6.00 | 1.35 | 14.34 | 18.933 | 0.06 | 15.573 | 0.06 | 38.203 | 0.06 | 18.273 | 15.539 | |
БП 11б (вал) | 5.44 | 33.16 | 567.80 | 46.058 | 0.06 | 16.911 | 0.09 | 44.021 | 0.12 | 19.932 | 15.550 | |
Брз 5-11**(вал) | 3.37 | 18.145 | 0.06 | 15.519 | 0.09 | 38.436 | 0.12 | 18.145 | 15.519 | |||
Брз 5-4**(ПШ) | 2.04 | 0.05 | 1.39 | 17.747 | 0.02 | 15.509 | 0.03 | 37.986 | 0.03 | 17.683 | 15.506 | |
Кварцевый | Ю-6 (ПШ) | 20.50 | 4.11 | 1.25 | 17.881 | 0.06 | 15.509 | 0.09 | 38.125 | 0.12 | 17.823 | 15.506 |
Ю-5 (вал) | 21.99 | 3.09 | 8.88 | 18.109 | 0.06 | 15.518 | 0.09 | 38.459 | 0.12 | 17.701 | 15.497 | |
БП 11a (вал) | 51.60 | 4.53 | 5.59 | 18.286 | 0.06 | 15.528 | 0.09 | 38.819 | 0.12 | 18.028 | 15.514 | |
Гранит | Ю-7 (вал) | 20.20 | 5.99 | 19.00 | 18.581 | 0.06 | 15.552 | 0.09 | 39.204 | 0.12 | 17.706 | 15.506 |
Брз 5-2 (вал) | 12.58 | 4.73 | 25.59 | 20.937 | 0.06 | 15.685 | 0.09 | 41.152 | 0.12 | 19.759 | 15.624 | |
Вмещающий | Ю-2 (вал) | 14.50 | 1.97 | 8.61 | 18.600 | 0.06 | 15.552 | 0.09 | 38.578 | 0.12 | 18.204 | 15.531 |
На диаграмме в координатах 207Pb/204Pb и 206Pb/204Pb (рис. 8б) породы массива образуют линейный тренд, где нефелиновые сиениты, располагаясь в левой нижней части тренда, характеризуются более примитивным изотопным составом Pb. Щелочные и кварцевые сиениты демонстрируют смещение в область более радиогенного состава Pb. Кроме того, в верхнем окончании тренда щелочных пород массива Бурпала располагается точка для образца вмещающей породы (песчаник) холоднинской свиты терригенного комплекса. От указанного тренда существенно отклоняются точки изотопного состава в образце рудоносного щелочного сиенита (БП-11б) и образце щелочного гранита (Брз 5-2) (табл. 4), U-Pb изотопные характеристики которых определялись по породе в целом. Рудоносный сиенит характеризуется аномально высоким значением U/Pb, что приводит к значительным неопределенностям в оценке первичных изотопных характеристик Pb. В силу высокой мобильности U и Pb, на оценке первичных изотопных характеристик могло отразиться нарушение U/Pb изотопных отношений в результате наложенных процессов (в том числе и гипергенных). Щелочной гранит характеризуется менее высоким значением U/Pb, однако отклонение изотопных характеристик Pb в этом образце от общей совокупности на диаграмме 206Pb/204Pb–207Pb/204Pb может объясняться теми же причинами.
ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
Полученные петролого-геохимические данные так же, как и опубликованные геохронологические данные (Избродин и др., 2024), позволяют предположить, что кварцевые, щелочные и нефелиновые сиениты были, вероятно, образованы независимыми импульсами внедрения и их формирование вряд ли происходило в рамках единого простого процесса фракционной кристаллизации, что хорошо видно на петрохимических бинарных диаграммах. Они характеризуются широкими вариациями как по большинству основных, так и по РЗЭ и редким элементам. При этом геологические наблюдения (Пак и др., 1962; Портнов, 1965; Андреев, 1981), близкие Sr-Nd изотопные характеристики, конфигурация геохимических спектров подтверждают сингенетичность магм, из которых кристаллизуются нефелиновые, щелочные и кварцевые сиениты. Дайки щелочных гранитов характеризуются схожими с сиенитами геохимическими параметрами и близкими значениями εNd(Т), отличаясь варьирующим Sr-Pb изотопным составом. Вариации последних, наиболее вероятно, согласно петрографическим наблюдениям, связаны с процессами вторичного изменения пород. Тем не менее имеющиеся данные позволяют предполагать генетическое родство сиенитов массива и даек гранитов.
Считается, что нефелиновые и щелочные сиениты могут формироваться из расплавов нефелинитового либо щелочно-базитового, или базанитового состава (например, Kramm, Kogarko, 1994; Arzamastsev et al., 2001; Riishuus et al., 2008; Marks et al., 2011). Учитывая имеющуюся отрицательную Eu-аномалию и достаточно низкую магнезиальность пород массива, можно полагать, что породы кристаллизовались из расплава щелочно-базитового состава, из которого произошла отсадка оливина и плагиоклаза. Стоит отметить, что в некоторых работах по массиву Бурпала описаны дайки шонкинитов, находящиеся во вмещающих породах в западной части массива и относимые к ранней фазе (Владыкин и др., 2014). Авторы считают, что все разновидности пород массива являются продуктами дифференциации единой щелочной магмы. При этом существование когенетичных кварцевых и нефелиновых сиенитов является проблематичным из-за наличия термального барьера в системе Ne-Kfs-Qz-H2O, в которой расплав будет эволюционировать либо в сторону гранитного минимума, либо в сторону нефелин-сиенитового минимума. Поэтому ассоциация кварцевых сиенитов одновременно с нефелиновыми сиенитами поднимает вопрос важности не только процесса фракционной кристаллизации в эволюции исследуемого комплекса, но и ассимиляции щелочными расплавами сиалического вещества континентальной коры, где комбинация процесса фракционирования с контаминацией в различных пропорциях может объяснять эти несоответствия.
Известно, что нефелиновые сиениты могут формироваться при ассимиляции карбонатных пород. Яркими примерами являются палеозойские щелочные комплексы Алтае-Саянской складчатой области (Vorontsov et al., 2021) и Витимского плоскогорья в Западном Забайкалье (Doroshkevich et al., 2012; Izbrodin et al., 2020), где вмещающими породами являются осадочные карбонатные толщи, а в щелочных породах комплексов присутствует кальцит. Что касается массива Бурпала, то этот вариант маловероятен. Здесь вмещающие породы представлены терригенно-осадочными (песчаники, алевролиты), а петрографо-минералогические данные не подтверждают механизм взаимодействия с осадочными карбонатами. Петролого-геохимические исследования также исключают такую возможность, поскольку нефелиновые сиениты характеризуются обогащенностью РЗЭ и высокозарядными элементами относительно щелочных и кварцевых сиенитов, а не наоборот.
Вторым возможным вариантом может быть процесс коровой контаминации с участием пород с высоким содержанием кремния. В работе (Riishuus et al., 2008) предложен механизм, согласно которому подплавление коры может происходить в зоне кровли над магматическим очагом (щелочно-базальтового или базанитового составов). Как результат смешения с образовавшимся коровым расплавом в зоне кровли формируется пересыщенная кремнеземом магма, внедрение которой сопровождается кристаллизацией на поверхности самых внешних обнаженных кварцевых сиенитов. Затем продолжающееся пульсационное поступление из камеры порций магм, недосыщенных кремнеземом, приводит к формированию нефелиновых и щелочных сиенитов. При этом эволюция в сторону кремний-недосыщенного ультращелочного поля (рис. 4б) отчасти обусловлена «эффектом плагиоклаза», при котором на образование кальциевого плагиоклаза расходуется Al, но мало Na и K. Этот процесс согласуется с отрицательной Eu-аномалией, отображаемой на спектрах РЗЭ для нефелиновых сиенитов.
В опубликованных работах, рассматривающих вариант образования кварцевых сиенитов в результате процесса коровой контаминации, в качестве весомых аргументов приводятся изменяющиеся изотопные и редкоэлементные характеристики пород (например, Riishuus et al., 2008; Estrade et al., 2014).
Изотопные характеристики Sr и Nd в породах массива Бурпала явно не отражают процесса взаимодействия щелочных расплавов с веществом континентальной коры в ходе ее ассимиляции. Во-первых, Sr и Nd изотопные составы в породах массива Бурпала проявляют слабую вариацию, а во-вторых, не демонстрируют закономерного изменения относительно других петрохимических и геохимических параметров для различных фаз внедрения, которое можно было бы охарактеризовать в рамках модели смешения или ассимиляции–фракционной кристаллизации (рис. 9). Это говорит о том, что вещественное взаимодействие между мантийными щелочными расплавами и коровым веществом в ходе формирования интрузивного комплекса носило более сложный характер, вероятно, включающий метасоматическое взаимодействие. Слабые вариации изотопных характеристик Sr и Nd и отсутствие каких-либо очевидных трендов смешения кора–мантия для различных фаз внедрения указывают на то, что процессы ассимиляции корового вещества щелочными расплавами слабо отразились на изотопных характеристиках Sr и Nd в породах массива Бурпала и эти характеристики близко отвечают параметрам мантийного источника этих пород.
Рис. 9. Диаграммы Sr (ppm)– ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr (a), Nd (ppm)–ɛNd (б), Pb (ppm)– ²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb (в) для пород массива Бурпала. Розовая стрелка – тренд ассимиляции. Условные обозначения см. на рис. 4.
В то же время изотопные характеристики Pb в породах массива Бурпала наиболее очевидно отражают процесс вещественного взаимодействия между мантийными щелочными расплавами и породами континентальной коры в ходе ее ассимиляции (рис. 9).
В наибольшей степени влияние процессов ассимиляции пород континентальной коры на изотопные характеристики Pb проявлено в щелочных и кварцевых сиенитах, в наименьшей – в нефелиновых сиенитах. Нефелиновые сиениты массива Бурпала, включая рудные разности, характеризуются наиболее высоким содержанием Pb, по сравнению с кварцевыми и щелочными сиенитами. Более низкое содержание Pb в ранних фазах внедрения, соизмеримое с таковым во вмещающих породах, обусловило заметный сдвиг изотопных характеристик Pb в щелочных породах в сторону параметров вмещающей их континентальной коры. Более высокое содержание Pb в нефелиновых сиенитах, наиболее вероятно, как и в случае других высоко несовместимых элементов литофильной группы, обусловлено процессами метасоматического обогащения мантийных расплавов, внедрявшихся в магматическую камеру.
Стоит также отметить, что значения изотопного состава кислорода в разновидностях сиенитов значительно различаются, где минералы кварцевых сиенитов обладают гораздо более тяжелыми δ¹⁸O значениями, чем таковые нефелиновых и щелочных сиенитов. Несмотря на то, что все разновидности сиенитов обладают схожими геохимическими характеристиками, наблюдаются закономерные различия в поведении некоторых редких элементов. Так, на диаграммах Zr/Ce–Th/Ta и Zr/Y–Nb/Ta (рис. 10) можно видеть, что кварцевые сиениты расположены в непосредственной близости к значениям для верхней коры (Rudnik, Gao, 2014) и вмещающих песчаников холоднинской свиты, в то время как нефелиновые и щелочные сиениты характеризуются значительным разбросом значений и не тяготеют к значениям для вмещающих пород.
Рис. 10. Диаграммы Zr/Ce–Th/Ta (а) и Zr/Y–Nb/Ta (б) отношений в породах массива Бурпала. Условные обозначения см. на рис. 4. Значения для верхней (UC) и нижней коры (LC) по (Rudnick, Gao, 2014), вмещающие породы (синие крестики) – авторские данные.
Sr-Nd-Pb изотопные характеристики пород массива Бурпала, а также особенности их редкоэлементного состава указывают на их генетическую связь с древним источником метасоматизированной литосферной мантии. На диаграмму (87Sr/86Sr)Т–ɛNd(Т) (рис. 8а) вместе с данными для пород массива Бурпала вынесены поля изотопных характеристик Сыннырского массива, мезозойских щелочных пород Алдано-Станового щита и пород Йоко-Довыренского массива, расположенного в непосредственной близости к массивам Сынныр и Бурпала. Все вышеперечисленные комплексы характеризуются резко отрицательными значениями ɛNd(Т). Исследователи (Bogatikov et al., 1994; Mitchell et al., 1994; Davies et al., 2006; Арискин и др., 2015; Васюкова и др., 2020; Doroshkevich et al., 2020) считают, что источником для мезозойских щелочных пород Алдано-Станового щита и пород Йоко-Довыренского массива являлась аномально обогащенная метасоматизированная литосферная мантия в данном регионе, обогащение которой относительно деплетированной мантии происходило в период архея–палеопротерозоя. Кроме того, изотопный состав палеопротерозойских мафических пород и карбонатитов в краевой южной части Сибирского кратона (Шарыжалгайский блок и Алдано-Становой щит) также свидетельствует о наличии изотопно-обогащенных доменов в литосферной мантии (например, Гонгальский и др., 2008; Doroshkevich et al., 2018; Туркина, Изох, 2023). Кроме крайне низких значений ɛNd(Т), породы массива Бурпала характеризуются обогащением Ba, LILE, Th, легкими лантаноидами и демонстрируют мультиэлементные спектры с резкими минимумами по Nb-Ta, Ti и максимумами по Ba, Pb. Форма спектра редких элементов в нефелиновых сиенитах проявляет сходство с таковых мафических производных метасоматизированной мантии восточного сегмента (мезозойские лампроиты) и юго-западной окраины (неопротерозойские ультрабазиты массива Йоко-Довырен) Алдан-Станового щита (рис. 11).
Рис. 11. Сравнительная характеристика спектров распределения редких элементов, нормированных к примитивной мантии (ПМ) по (Sun, McDonough, 1989), для нефелиновых сиенитов массива Бурпала с мезозойскими лампроитами Алдан-Станового щита (Bogatikov et al., 1994; Mitchell et al., 1994; Davies et al., 2006), породами интрузии Йоко-Довырен (Арискин и др., 2015), шошонитами Тибета (Guo et al., 2006; Ou et al., 2019), вулканическими породами юрской изверженной провинции Кару (Jourdan et al., 2007).
Подобные формы спектра с Ta-Nb минимумом и Ba и Pb максимумами ассоциируются с надсубдукционными обстановками. Эти особенности, а также низкие значения ɛNd(Т) в вышеуказанных породах указывают на то, что их обогащенный мантийный источник сформировался в результате аккреционных процессов в раннепротерозойский–архейский период формирования континентальной литосферы Сибирского кратона. Изотопные характеристики Sr, Nd и Pb в щелочных породах, формировавшихся в пределах различных доменов юга Сибирского кратона, на изотопных диаграммах (рис. 8) образуют различные поля. Это, в свою очередь, указывает на различие обстановок, в которых формировались обогащенные мантийные источники. Sr-Nd-Pb изотопные параметры мантийного источника мезозойских лампроитов восточного сегмента Алдан-Станового щита отвечают обогащенному источнику EMI-типа. В то же время Sr-Nd-Pb изотопные параметры мантийного источника ультрабазитов Йоко-Довыренского массива, приуроченных к юго-западной окраине Алдан-Станового щита, тяготеют к полю источника EMII-типа. Изотопные характеристики пород массива Бурпала, как ультрабазитов Йоко-Довыренского массива и пород массива Сынныр, также характеризуются параметрами EMII-типа. Вместе с тем более высокие значения ɛNd(Т) и более низкие (87Sr/86Sr)т в породах массива Бурпала, а также более низкие значения (207Pb/204Pb)Т в нефелиновых сиенитах из этого массива, могут указывать либо на большую долю вещества деплетированной мантии при формировании этих пород, либо на более молодой возраст обогащенного мантийного источника. С последним согласуется приуроченность массивов Бурпала и Сынныр к раннебайкальскому блоку континентальной литосферы Сибирского кратона, тогда как Йоко-Довыренский массив приурочен к Олокитской рифтогенной зоне, которая расположена в пределах выступа раннеархейского фундамента Сибирского кратона.
Различия в изотопных характеристиках Sr, Nd и Pb между щелочными породами, формировавшимися в пределах различных доменов юга Сибирского кратона, отражают различия в геохимической специфике метасоматического преобразования литосферной мантии, при плавлении которой эти породы образовались. Наблюдаемые различия в изотопном составе Sr, Nd и Pb между породами разных районов юга Сибирского кратона согласуются с различиями в особенностях редкоэлементного состава этих пород. Так, на диаграмме (207Pb/204Pb)Т–(206Pb/204Pb)Т (рис. 8б) видно, что мезозойские лампроиты Алдано-Станового щита характеризуются менее радиогенным изотопным составом Pb по сравнению со щелочными породами массивов Бурпала и Йоко-Довырен, расположенных на границе западного сегмента Байкало-Витимского пояса ЦАСП с краевой частью Сибирского кратона. При этом мезозойские лампроиты Алдано-Станового щита обладают более выраженным относительным обогащением такими флюидомобильными элементами, как Ba, Rb, K, Pb, Sr. В то же время породы массивов Бурпала и Йоко-Довырен отличаются большей степенью обогащения (относительно других элементов) высоко несовместимыми литофильными элементами – Th, U, Zr, Hf. Наиболее наглядно такое различие иллюстрируется диаграммой Ba/Th–206Pb/204Pb (рис. 12), поскольку Ba является наиболее флюидомобильным элементом, а Th – высоко несовместимым элементом, распределяющимся преимущественно в расплав.
Можно полагать, что метасоматически обогащенный мантийный источник для мезозойских лампроитов Алдано-Станового щита на момент его образования характеризовался пониженным значением U/Pb, а обогащенный мантийный источник пород массивов Бурпала и Йоко-Довырен – повышенным значением U/Pb. При этом на диаграмме (87Sr/86Sr)т –ɛNd(Т) (рис. 8а) поля составов мезозойских лампроитов, с одной стороны, и пород массивов Бурпала и Йоко-Довырен, с другой – имеют несколько разнонаправленные тренды.
Рис. 12. Ba/Th–(²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb)Т диаграмма для пород массива Бурпала. Условные обозначения см. на рис. 4.
Данные для мезозойских лампроитов Алдано-Станового щита (Bogatikov et al., 1994; Mitchell et al., 1994; Davies et al., 2006), расслоенной ультрабазит-базитовой интрузии Йоко-Довырен (Арискин и др., 2015), постколлизионных шошонитов Тибета (Guo et al., 2006; Ou et al., 2019), вулканических пород юрской изверженной провинции Кару (Jourdan et al., 2007).
Сходная закономерность отмечается и для пород из других регионов мира, являющихся продуктами плавления древней литосферы (рис. 8 и 12). Так, например, вулканические породы, представляющие юрскую изверженную провинцию Кару в пределах раннеархейского кратона Каапвал (Jourdan et al., 2007), по изотопно-геохимической специфике проявляют сходство с мезозойскими лампроитами Алдано-Станового щита. Или, например, постколлизионные шошониты Тибета, развитые в пределах докембрийских блоков Тибетского плато (Guo et al., 2006; Ou et al., 2019), отвечают источнику EMII-типа с более высоким обогащением радиогенным Pb.
Как было показано в работе (Pearce et al., 2005), различие в геохимической специфике мантийного метасоматоза (преимущественно флюидный или флюидно-расплавный) может проявляться в пределах единой тектонической обстановки, отвечающей конвергентной границе, и определятся спецификой субдукции океанической плиты (быстрая–медленная или холодная–горячая субдукция), а также удаленностью от фронтальной зоны. Это дает основание предполагать, что изотопно-геохимическая специфика обогащенных мантийных источников щелочных пород юга Сибирского кратона, определяющая их металлогеническую специализацию, является отражением условий и режимов процесса аккреции, приведшего в раннем докембрии к формированию древней литосферы Сибирского кратона.
Таким образом, изотопные и геохимические характеристики пород массива Бурпала отражают преобладание вещества древней метасоматизированной литосферной мантии в источнике с участием верхнекорового компонента в процессе становления интрузии. При этом роль плюмового компонента вряд ли была значимой, несмотря на то, что магматизм позднепалеозойского периода, связанный с плюмовой активностью, был широко проявлен в пределах Забайкальского сегмента Центрально-Азиатского складчатого пояса с формированием базитов, пород монцонит-гранитной серии и щелочных комплексов (Jahn et al., 2009; Litvinovsky et al., 2011; Цыганков и др., 2019; Tsygankov et al., 2017; Doroshkevich et al., 2012; Izbrodin et al., 2020). Породы этих комплексов характеризуются гораздо более высокими значениями ɛNd(Т) (рис. 8а), свидетельствующими о большем вкладе деплетированного астеносферного источника в их генезисе, даже с учетом того, что гетерогенная литосфера забайкальского сегмента Центрально-Азиатского складчатого пояса, включающая раннедокембрийские кристаллические блоки и «молодые» террейны островодужного типа, обладает отличающимися характеристиками от литосферной мантии южного края Сибирского кратона.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Полученные петролого-геохимические и изотопные (Sr, Nd, Pb, O) данные по кварцевым сиенитам, щелочным безнефелиновым и нефелиновым сиенитам массива Бурпала показали, что каждая разновидность пород имеет специфические петролого-геохимические особенности, с одной стороны, а с другой – обладает схожими характеристиками, подтверждающими сингенетичность магм, из которых кристаллизовались нефелиновые, щелочные и кварцевые сиениты. Породы кристаллизовались из расплава щелочно-базитового состава.
Изотопные и геохимические характеристики пород массива отражают преобладание вещества метасоматизированной литосферной мантии в источнике. При этом роль плюмового компонента была незначительной, в отличие от позднепалеозойских щелочных пород Забайкальского сегмента Центрально-Азиатского складчатого пояса. Резко отрицательные значения ɛNd(Т) для исследуемых пород вписываются в региональную картину – подобные характеристики свойственны для других магматических комплексов (Сынныр, Йоко-Довырен). Формирование пород массива было осложнено ассимиляцией верхнекорового материала, что явилось наиболее вероятным фактором, определившим генетическую связь нефелиновых и кварцевых сиенитов в составе массива.
***
Благодарности. Авторы выражают огромную благодарность рецензентам А.А. Арзамасцеву и А.В. Никифорову за конструктивные замечания при рецензировании, позволившие улучшить первоначальный вариант рукописи.
Источники финансирования. Геологические исследования, в том числе анализы вмещающих пород, были выполнены в рамках госзаданий ИГМ СО РАН, ГИН СО РАН и ИГГД РАН (122041400241-5, AAAA-A21-121011390002-2, FMUW-2022-0005). Петролого-геохимические и изотопные (Sr, Nd, Pb, O) исследования были выполнены за счет средств РНФ 22-17-00078, https://rscf.ru/en/project/22-17-00078/
Об авторах
А. Г. Дорошкевич
Институт геологии и минералогии им. В.С. Соболева СО РАН; Новосибирский государственный университет; Геологический институт им Н.Л. Добрецова СО РАН
Автор, ответственный за переписку.
Email: doroshkevich@igm.nsc.ru
Россия, Новосибирск; Новосибирск; Улан-Удэ
В. М. Саватенков
Институт геологии и геохронологии докембрия РАН
Email: doroshkevich@igm.nsc.ru
Россия, Санкт-Петербург
А. В. Малютина
Институт геологии и минералогии им. В.С. Соболева СО РАН; Новосибирский государственный университет
Email: doroshkevich@igm.nsc.ru
Россия, Новосибирск; Новосибирск
И. А. Избродин
Институт геологии и минералогии им. В.С. Соболева СО РАН; Новосибирский государственный университет
Email: doroshkevich@igm.nsc.ru
Россия, Новосибирск; Новосибирск
И. Р. Прокопьев
Институт геологии и минералогии им. В.С. Соболева СО РАН; Новосибирский государственный университет
Email: doroshkevich@igm.nsc.ru
Россия, Новосибирск; Новосибирск
А. Е. Старикова
Институт геологии и минералогии им. В.С. Соболева СО РАН; Новосибирский государственный университет
Email: doroshkevich@igm.nsc.ru
Россия, Новосибирск; Новосибирск
Т. А. Радомская
Институт геохимии им. А.П. Виноградова СО РАН
Email: doroshkevich@igm.nsc.ru
Россия, Иркутск
Список литературы
- Андреев А.А., Рыцк Е.Ю., Великославинский С.Д. и др. Возраст, состав и тектонические обстановки формирования позднебайкальских комплексов Кичерской зоны Байкало-Витимского пояса (Северное Прибайкалье): геологические, геохронологические (ID-TIMS, SIMS) и Nd-изотопные данные // Петрология. 2022. Т. 30. № 4. С. 345–378.
- Андреев Г.В. Петрология формации калиевых, нефелиновых и щелочных сиенитов. Новосибирск: Наука, 1981. 85 с
- Арискин А.А., Данюшевский Л.В., Э.Г. Конников и др. Довыренский интрузивный комплекс (Северное Прибайкалье, Россия): изотопно-геохимические маркеры контаминации исходных магм и экстремальной обогащенности источника // Геология и геофизика. 2015. Т. 56. № 3. С. 528–556.
- Васюкова Е.А., Пономарчук А.В., Дорошкевич А.Г. Петролого-геохимическая характеристика и возраст пород Ыллымахского массива (Алданский щит, Южная Якутия) // Геология и геофизика. 2020. Т. 61. № 4. С. 489–507.
- Владыкин Н.В., Сотникова И.А., Котов А.Б. и др. Строение, возраст и рудоносность Бурпалинского редкометального щелочного массива (Северное Прибайкалье) // Геология рудн. месторождений. 2014. Т. 56. № 4. С. 272–290.
- Гонгальский Б.И., Криволуцкая Н.А., Арискин А.А., Николаев Г.С. Строение, состав и формирование Чинейского анортозит-габброноритового массива // Геохимия. 2008. № 7. С. 691—720.
- Жидков А.Я. Щелочные интрузии Сынныр и Бурпала Северного Прибайкалья: Автореф. дисс. канд. … геол.-мин. наук. Ленинград, 1956. 21 с. (Zhidkov A.Ya. Alkaline intrusions of Synnyr and Burpala in the Northern Baikal region. Cand. Geol.-Min. Sci. Leningrad, 1956. 21 p.)
- Избродин И.А., Дорошкевич А.Г., Малютина А.В. и др. Геохронология пород щелочного массива Бурпала (Северное Прибайкалье): Новые U-Pb данные // Геодинамика и тектонофизика. 2024. Т. 15. № 1. https://doi.org/10.5800/GT-2024-15-1-0741
- Когарко Л.Н. Обогащенные мантийные резервуары – источник крупнейших апатитовых и редкометальных месторождений // Тр. XV Международного семинара “Глубинный магматизм, его источники и плюмы”. Иркутск: ИГХ СО РАН, 2019. С. 5–22.
- Котов А.Б., Владыкин Н.В., Ярмолюк В.В. и др. Пермский возраст Бурпалинского щелочного массива (Северное Прибайкалье): геодинамические следствия // Докл. АН. 2013. Т. 453. № 3. С. 295–299. https://doi.org/10.7868/S0869565213330165.
- Ларин А.М., Котов А.Б., Ковач В.П. и др. Граниты рапакиви Кодарского комплекса (Алданский щит): возраст, источники и тектоническое положение // Петрология. 2021. Т. 29. № 4. С. 339–364.
- Мельников Н.Н. Погрешности метода двойного изотопного разбавления при изотопном анализе обыкновенного свинца // Геохимия. 2005. № 12. С. 1333–1339.
- Пак А.С., Миков Н.А., Бушуев В.П. и др. Отчет о результатах геолого-поисковых работ Сольской партии за 1960–1961 гг. в бассейне р. Майгунда. Улан-Удэ, 1962. 213 с.
- Портнов А.М. Редкометальная минерализация щелочного массива Бурпала в Северном Прибайкалье: Дисс. … канд. геол.-мин. наук. Москва, 1965. 275 с.
- Портнов А.М., Нечаева Е.А. Нефелинизация в приконтактовых зонах щелочного массива Бурпала // Изв. АН СССР. Серия геол. 1967. № 5. С. 71–76.
- Саватенков В.М., Рыцк Е.Ю., Великославинский С.Д., Лебедева Ю.М. Изотопные (Nd-Sr) характеристики и возможные источники ультракалиевых щелочных пород Сыннырского массива (Северное Прибайкалье) // Тр. Ферсмановской научной сессии ГИ КНЦ РАН. 2019. № 16. С. 497–501.
- Туркина О.М., Изох А.Э. Гетерогенная субконтинентальная литосферная мантия под южным флангом сибирского кратона: свидетельства по составу палеопротерозойских мафических ассоциаций // Геология и геофизика. 2023. Т. 64. № 10. С. 1369–1391
- Цыганков А.А., Хубанов В.Б., Бурмакина Г.Н. и др. Соотношение мантийного и разновозрастного корового вещества в составе гранитоидов Забайкалья А-типа: петрологические и геодинамические следствия // Геодинамика и тектонофизика. 2019. Т. 10. № 3. С. 779–799.
- Arzamastsev A.A., Bea F., Glaznev V.N. et al. Kola alkaline province in the Paleozoic: evaluation of primary mantle magma composition and magma generation conditions // Russ. J. Earth Sci. 2001. № 3. P. 1–32.
- Bogatikov O., Kononova V., Pervov V., Zhuravlev D. Petrogenesis of mesozoic potassic magmatism of the Central Aldan: a Sr-Nd isotopic and geodynamic model // Int. Geol. Rev. 1994. V. 36. № 7. P. 629–644.
- Davies G.R., Stolz A.J., Mahotkin I.L. et al. Trace element and Sr-Pb-Nd-Hf isotope evidence for ancient, fluid-dominated enrichment of the source of Aldan Shield lamproites // J. Petrol. 2006. V. 47. № 6. P. 1119–1146.
- Doroshkevich A.G., Ripp G.S., Izbrodin I.A., Savatenkov V.M. Alkaline magmatism of the Vitim province, West Transbaikalia, Russia: Age, mineralogical, geochemical and isotope (О, C, D, Sr and Nd) data // Lithos. 2012. V. 152. P. 157–172. https://doi.org/10.1016/j.lithos.2012.05.002
- Doroshkevich A.G., Prokopyev I.R., Izokh A.E. et al. Isotopic and trace element geochemistry of the Seligdar magnesiocarbonatites (South Yakutia, Russia): Insights regarding the mantle evolution beneath the Aldan-Stanovoy shield // J. Asian Earth Sci. 2018. V. 154. P. 354–368.
- Doroshkevich A.G., Prokopyev I.R., Ponomarchuk A.V. et al. Cora Wohlgemuth-Ueberwasse Petrology and geochemistry of the late Mesozoic Dzheltula alkaline igneous complex, Aldan–Stanovoy Shield, Russia: constraints on derivation from the ancient enriched mantle source // Int. J. Earth Sci. 2020. V. 109. P. 2407–2423.
- Estrade G., Béziat D., Salvi S. et al. Unusual evolution of silica-under- and oversaturated alkaline rocks in the Cenozoic Ambohimirahavavy Complex (Madagascar): Mineralogical and geochemical evidence // Lithos. 2014. V. 206–207. P. 361–383. https://doi.org/10.1016/j.lithos.2014.08.008
- Foland K.A., Landoll J.D., Henderson C.M.B., Chen J.F. Formation of cogenetic quartz and nepheline syenites // Geochim. Cosmochim. Acta. 1993. V. 57. P. 697–704.
- Frost B.R., Frost C.D. A geochemical classification for feldspathic igneous rocks // J. Petrol. 2008. V. 49. P. 1955–1969.
- Guo Z., Wilson M., Liu J., Mao Q. Post-collisional, potassic and ultrapotassic magmatism of the Northern Tibetan Plateau: Constraints on characteristics of the mantle source, geodynamic setting and uplift mechanisms // J. Petrol. 2006. V. 47. № 6. P. 1177–1220.
- Izbrodin I., Doroshkevich A., Rampilov M. et al. Late Paleozoic alkaline magmatism in Western Transbaikalia, Russia: Implications for magma sources and tectonic settings // Geosci. Front. 2020. V. 11. № 4. P. 1289–1303. https://doi.org/10.1016/j.gsf.2019.12.009
- Jahn B.M., Litvinovsky B.A., Zanvilevich A.N., Reichow M. Peralkaline granitoid magmatism in the Mongolian-Transbaikalian Belt: evolution, petrogenesis and tectonic significance // Lithos. 2009. V. 113. P. 521–539. https://doi.org/10.1016/j.lithos.2009.06.015
- Jourdan F., Bertrand H., Schärer U. et al. Major and trace element and Sr, Nd, Hf, and Pb isotope compositions of the Karoo Large Igneous Province, Botswana–Zimbabwe: lithosphere vs mantle plume contribution // J. Petrol. 2007. V. 6. P. 1043–1077.
- Kogarko L.N. Role of volatiles. Ed. H. Sǿrensen. The Alkaline Rocks. Chichester: John Wiley, 1974. P. 474–487.
- Kramers J.D., Tolstikhin I.N. Two terrestrial lead isotope paradoxes, forward transport modelling, core formation and the history of the continental crust // Chem. Geol. 1997. V. 139. P. 75–110.
- Kramm U., Kogarko L.N. Nd and Sr isotope signatures of the Khibina and Lovozero agpaitic centres, Kola Alkaline Province, Russia // Lithos. 1994. V. 32. P. 225–242.
- Litvinovsky B.A., Tsygankov A.A., Jahn B.M. et al. Origin and evolution of overlapping calc-alkaline and alkaline magmas: the Late Palaeozoic post-collisional igneous province of Transbaikalia (Russia) // Lithos. 2011. V. 125. P. 845–874.
- Marks M.A.W., Hettmann K., Schilling J. et al. The mineralogical diversity of Alkaline Igneous Rocks: critical factors for the transition from miaskitic to agpaitic phase assemblages // J. Petrol. 2011. V. 52. № 3. P. 439–455. https://doi.org/10.1093/petrology/egq086
- Middlemost E.A.K. Naming materials in the magma/igneous rock system // Earth-Sci. Rev. 1994. V. 37. № 3–4. P. 215–224. https://doi.org/10.1016/0012-8252(94)90029-9
- Mikova J., Denkova P. Modi֜ed chromatographic separation scheme for Sr and Nd isotope analysis in geological silicate samples // J. Geosci. 2007. V. 52. P. 221–226.
- Misawa K., Yamazaki F., Ihira N., Nakamura N. Separation of rare earth elements and strontium from chondritic meteorites by miniaturized extraction chromatography for elemental and isotopic analyses // Geochem. J. 2000. V. 34. P. 11–21.
- Mitchell R.H., Smith C.B., Vladykin N.V. Isotopic composition of strontium and neodymium in potassic rocks of the Little Murun complex, Aldan Shield, Siberia // Lithos. 1994. V. 32. P. 243–248.
- O’Nions R.K., Hamilton P.J., Evensen N.M. Variations in 143Nd/144Nd and 87Sr/86Sr ratios in oceanic basalts // Earth Planet. Sci. Lett. 1977. V. 34. № 1. P. 13–22.
- Ou Q., Wang Q., Wyman D. A. et al. Postcollisional delamination and partial melting of enriched lithospheric mantle: Evidence from Oligocene (ca. 30 Ma) potassium-rich lavas in the Gemuchaka area of the central Qiangtang Block, Tibet // GSA Bull. 2019. V. 131. № 7/8. P. 1385–1408. https://doi.org/10.1130/B31911.1
- Pankhurst R.J., Beckinsale R.D., Brooks C.K. Strontium and oxygen isotope evidence relating to the petrogenesis of the Kangerdlugssuaq alkaline intrusion, East Greenland // Contrib. Mineral. Petrol. 1976. V. 54. P. 17–42.
- Pearce J.A., Stern R.J., Bloomer S.H., Fryer P. Geochemical mapping of the Mariana arc-basin system: Implications for the nature and distribution of subduction components // Geochem. Geophys. Geosyst. 2005. V. 6. № 7. Q07006. doi: 10.1029/2004GC000895
- Pfander J.A., Jochum K.P., Kozakov I. et al. Coupled evolution of back-arc and island arc-like mafic crust in the late-Neoproterozoic Agardagh Tes-Chem ophiolite, Central Asia: evidence from trace element and Sr-Nd-Pb isotope data // Contrib. Mineral. Petrol. 2002. V. 143. P. 154–174.
- Riishuus M.S., Peate D.W., Tegner C. et al. Petrogenesis of cogenetic silica-oversaturated and undersaturated syenites by periodic recharge in a crustally contaminated magma chamber: the Kangerlussuaq Intrusion, East Greenland // J. Petrol. 2008. V. 49. № 3. P. 493–522. https://doi.org/10.1093/petrology/egm090
- Rudnick R.L., Gao S. Composition of the Continental Crust. Treatise on Geochemistry (Second Edition). Elsevier, 2014. P. 1–51. https://doi.org/10.1016/B978-0-08-095975-7.00301-6
- Sharp Z.D. A laser-based microanalytical method for the in-situ determination of oxygen isotope ratios in silicates and oxides // Geochim. Cosmochim. Acta. 1990. V. 54. P. 1353–1357.
- Sun S.-S., McDonough W.F. Chemical and isotope systematics of oceanic basalts: implications for mantle composition and processes // Geol. Soc. Lond. Spec. Publ. 1989. V. 42. P. 313–345.
- Tsygankov A.A., Burmakina G.N., Khubanov V.B., Buyantuev M.D. Geodynamics of Late Paleozoic batholith forming processes in Western Transbaikalia // Petrology. 2017. V. 25. № 4. P. 396–418. https://doi.org/10.1134/S0869591117030043
- Vladykin N.V., Sotnikova I.A. Petrology, geochemistry and source characteristics of the Burpala alkaline massif, North Baikal // Geosci. Front. 2017. V. 8. № 4. P. 711–719.
- Vorontsov А., Yarmolyuk V., Dril S. et al. Magmatism of the Devonian Altai-Sayan Rift System: Geological and geochemical evidence for diverse plume-lithosphere interactions // Gondwana Res. 2021. V. 89. P. 193–219.
Дополнительные файлы
