Physicochemical conditions of crystallization of intrusive complexes of the ultrabasic magmatic province on the Siberian.pdf Введение Широкое развитие ультрабазитовых комплексов (включая гипербазиты платиноносных массивов и меймечиты) позволяет выделить на Сибирской платформе масштабную ультраосновную магматическую провинцию [Simonov et al., 2019]. В связи с этим важное значение приобретают исследования условий магматических систем, ответственных за формирование ультрабазитов, развитых в этом регионе. Хорошо известно, что для решения данных проблем большую помощь может оказать изучение расплавных включений в минералах. В случае Сибирской платформы представительная информация (на основе анализа включений) о параметрах кристаллизации наиболее высокотемпературных минералов в ультраосновных породах была получена главным образом для меймечитовых эффузивных серий [Соболев и др., 1991, 2009]. При этом многие вопросы, связанные с физико-химическими условиями формирования ультрабазитовых интрузивных комплексов Сибирской платформы, оставались открытыми. В последнее время исследования расплавных включений в хромшпинелидах позволили выяснить основные параметры кристаллизации ряда ультраос-новных массивов Сибирской платформы [Симонов и др., 2011, 2014, 2016, 2017; Simonov et al., 2019]. Работы в этом направлении продолжаются с привлечением оригинальных данных по другим объектам и с применением современных методов обработки результатов изучения минералов и находящихся в них включений. В целом основу статьи представляют данные, полученные при исследовании расплавных включений в хромшпинелидах, а также в ходе анализа сосуществующих оливинов и хромитов. В результате обработки этой информации с помощью современных расчетных программ установлены РТ-параметры кристаллизации ультраосновных комплексов Сибирской платформы. При этом использованы главным образом оригинальные данные по включениям в хромшпинелидах из ультраосновных массивов (Гу-линский, Кондерский, Инагли и Чад), а также из триасовых отложений Северо-Востока Сибирской платформы (рис. 1). Последние привлечены в связи с тем, что одним из наиболее вероятных источников для этих хромишпинелидов являются ультрабазито-вые массивы типа Гулинского [Симонов и др., 2019]. Методы исследования Основной объем информации о физико-химических условиях кристаллизации интрузивных комплексов ультраосновной провинции на Сибирской платформе был получен в результате исследования расплавных включений в хромшпинелидах. Важное значение для выяснения РТ-параметров магматических систем имеют анализы составов хромитов-хозяинов и минералов, находящихся во включениях. Экспериментальные работы с расплавными включениями проводились в лаборатории геодинамики и магматизма Института геологии и минералогии им. В.С. Соболева СО РАН (ИГМ СО РАН, г. Новосибирск). Анализы составов минералов и расплавных включений были выполнены в Центре © Симонов В.А., Васильев Ю.Р., Котляров А.В., Николенко Е.И., 2021 DOI: 10.17223/25421379/21/2 коллективного пользования «Многоэлементные и и в Институте геологии и минералогии СО РАН изотопные исследования СО РАН» (г. Новосибирск) (г. Новосибирск). Рис. 1. Расположение исследованных объектов Звезды - ультраосновные массивы. Квадраты - районы отбора проб хромшпинелидов с расплавными включениями из триасовых отложений Северо-Востока Сибирской платформы (1 - участок около устья р. Оленек, 2 - участок в нижнем течении р. Лена) Fig. 1. Location of the investigated objects Stars are ultramafic massifs. Squares - sampling areas of Cr-spinels with melt inclusions from Triassic deposits of the North-East of the Siberian platform (1 - area near the Olenek river mouth, 2 - area in the lower flow of the Lena River) При исследовании включений в хромшпинелидах, учитывая практически полную непрозрачность минерала, была применена особая методика экспериментов с использованием микрокамеры на основе сили-тового нагревателя [Симонов и др., 2011, 2017]. Зерна хромшпинелидов помещались в графитовый микроконтейнер. В ходе высокотемпературных опытов создавались восстановительные условия в результате реакции воздушного кислорода с графитом, что позволило сохранить хромшпинелиды (и включения) несмотря на экстремальные условия экспериментов. В целом использовалась следующая схема опытов: нагрев до 1000-1100 °С (8-10 мин), постепенный нагрев до 1330-1340 °С (10 мин), закалка в воде для получения гомогенного стекла во включениях. Составы включений и хромшпинелидов-хозяинов изучались на рентгеновском микроанализаторе Camebax-Micro (ИГМ СО РАН). Пределы обнаружения (мас. %) компонентов этим методом следующие: SiO2 - 0,007; TiO2 - 0,032; Al2O3 - 0,011; Cr2O3 -0,019; FeO - 0,019; MnO - 0,034; MgO - 0,011; CaO -0,008; Na2O - 0,017; K2O - 0,009; Cl - 0,017; P2O5 -0,011. Стандартами при анализе на микрозонде служили: ортоклаз (OR), альбит (AB), диопсид (DI), гранат (О-145), базальтовое стекло (GL). Значительный объем информации по составам стекол прогретых в ходе экспериментов расплавных включений и содержащихся в них минералов получен в ИГМ СО РАН на электронном сканирующем микроскопе MIRA 3 LMU [(Tescan Orsay Holding) с системой микроанализа INCA Energy 450+ XMax 80 (Oxford Instruments Nanoanalysis Ltd)] при ускоряющем напряжении 20 кВ, токе электронного пучка 1,5 нА и живом времени набора спектров 20 с. При данных условиях анализа погрешность определения основных компонентов (С > 10-15 мас. %) не превышает 1 отн. %. Погрешность определения компонентов с концентрациями 1-10 мас. % лежит в диапазоне 2-6 отн. % и обычно не превышает 10 отн. %. При концентрациях вблизи предела обнаружения (0,2-0,3 мас. %) погрешность может достигать величины 20 отн. % [Лаврентьев и др., 2015]. Фазы во включениях и хромшпинелиды-хозяины анализировались также с помощью рентгеноспектрального микроанализатора JEOL JXA-8100 SuperProbe по методикам, описанным в работах [Лаврентьев и др., 2005; Королюк и др., 2008]. Физико-химические параметры кристаллизации интрузивных комплексов ультраосновной магматической провинции на Сибирской платформе были установлены с помощью расчетного моделирования на основе данных по расплавным включениям в хром-шпинелидах с использованием программ PETROLOG [Danyushevsky, Plechov, 2011], COMAGMAT [Арис-кин, Бармина, 2000; Ariskin, Barmina, 2004] и PLUTON [Лавренчук, 2004]. Температуры образования оливинов также были оценены с помощью минералогических (Ol-Sp) геотермометров [Wan et al., 2008; Coogan et al., 2014] на основе данных по составам микрокристалликов оливина в расплавных включениях и хром-шпинелида-хозяина. Результаты расчетов с использованием составов оливинов и хромшпинелидов были протестированы в сравнении с РТ-параметрами, полученными на основе данных по расплавным включениям в хром-шпинелидах с помощью программ PETROLOG [Danyushevsky, Plechov, 2011] и COMAGMAT [Ари-скин, Бармина, 2000; Ariskin, Barmina, 2004]. Расплавные включения в хромшпинелидах Детальные исследования проб хромшпинелидов, отобранных в различных регионах Сибирской платформы, позволили найти расплавные включения и провести с ними экспериментальные работы не только в случае ультраосновных массивов, но и при изучении триасовых отложений Северо-Востока Сибирской платформы. Первичные расплавные включения (10-60 мкм) располагаются равномерно в зернах хромшпинели-дов. Реже они формируют полосы и зоны роста, параллельные граням кристаллов. Формы включений обычно округлые, равновесные с вмещающим хромитом и часто имеют заметную огранку. В первоначальном состоянии включения в негретых хром-шпинелидах содержат множество преимущественно силикатных кристалликов (среди которых преобладают оливин и клинопироксен), а также иногда отдельные деформированные флюидные фазы (рис. 2, А). После высокотемпературных экспериментов и закалки включения обычно становятся гомогенными - двухфазовыми (стекло + газовый пузырек) или однофазовыми (стекло). Это говорит о том, что содержимое включений было полностью расплавлено. В то же время часть кристалликов оливина, несмотря на высокие температуры опытов (до 13301340 °С), сохраняется в виде недоплавленных реликтов в гомогенном стекле и в прогретых включениях присутствуют стекло, кристаллические и флюидные фазы (рис. 2, В). В других случаях, несмотря на быструю закалку, из расплава внутри включений успевают образоваться ограненные кристаллики преимущественно оливина и клинопироксена. В целом, присутствие данных включений прямо свидетельствует об участии расплавов при формировании пород, содержащих изученные хромшпинелиды. Анализ содержимого расплавных включений в хромшпинелидах позволил выяснить особенности составов расплавов, ответственных за формирование интрузивных комплексов ультраосновной магматической провинции на Сибирской платформе. По соотношению (Na2O + K2O) - SiO2 в составе включений хорошо видно, что формирование всех рассмотренных объектов происходило при участии щелочных магм. При этом данные разбиваются на две группы. Повышенными значениями щелочности обладают расплавы платиноносных ультраосновных массивов юга Сибирской платформы (Кондерский, Инагли). Включения в хромшпинелидах северной части Сибирской платформы (Гулинский массив и триасовые отложения Северо-Востока Сибирской платформы) содержат меньше щелочей и формируют фактически единое поле (GN) вблизи границы серий, в котором располагается также большая часть данных по Чадскому массиву (рис. 3). Рис. 2. Расплавные включения в хромшпинелидах А - из Гулинского массива. В - из триасовых отложений Северо-Востока Сибирской платформы. Gl - закалочное стекло; Ol -оливин; Cpx - клинопироксен; Fl - местоположение флюидных фаз Fig. 2. Melt inclusions in Cr-spinels A - from the Guli massif. B - from Triassic deposits of the North-East of the Siberian platform. Gl - quenched glass; Ol - olivine; Cpx - clinopyroxene; Fl - location of fluid phases Рис. 3. Диаграммы (Na2O + K2O) - SiO2 и MgO - SiO2 (мас. %) для расплавных включений в хромшпинелидах Расплавные включения в хромшпинелидах из ультраосновных массивов (Гулинский - InGu, Кондерский - InKo, Инагли -InIn, Чад - InCh) и из триасовых отложений Северо-Востока Сибирской платформы (InNE). GN - поле составов расплавных включений в хромшпинелидах Гулинского массива и Северо-Востока Сибирской платформы. Серии пород: щелочные (A) и нормальной щелочности (N). Melt - изменение состава пикритового расплава согласно результатам расчетного моделирования с помощью программы PLUTON [Лавренчук, 2004] на основе данных по высокомагнезиальным расплавным включениям в хромшпинелидах из дунитов Гулинского массива. Здесь и на рис. 4: Поля составов пород: 1 - пикриты; 2 - пикритовые порфириты Маймеча-Котуйского района; 3 - пикробазальты; 4 - оливиновые базальты; 5 - щелочные породы Гулинского массива. Пунктирная линия - тренд изменения составов расплавных включений в хромшпинелидах из дунитов Карашатского массива (офиолиты Южной Тувы). Рисунок построен на основе оригинальных данных с использованием информации из работ [Васильев, Золотухин, 1975; Магматические горные породы, 1983; Петрографический кодекс..., 2009; Симонов и др., 2009] Fig. 3. Diagrams (Na2O + K2O) - SiO2 and MgO - SiO2 (wt. %) for melt inclusions in Cr-spinels Melt indusions in Cr-spinels from ultramafic massifs (Guli - InGu, Konder - InKo, Inagli - InIn, Chad - InCh) and from TriassK deposits of the North-East of the Siberian (InNE). GN - the compositional field of melt indusions in Cr-spinels of the Guli mas sif and of the North-East of the Siberian р^йют. Rode series: alkaline (A) and normal alkalinity (N). Melt - diange in the composition of рК'йе melt areording to the results of computational modeling using the PLUTON program [Lavren^u^ 2004] based on the data on high-Mg melt indusions in Cr^inels from dunites of the Guli massif. Here and in the fig. 4: Fields of госк compositions: 1 - picrites; 2 - рет^е porphyrites of the Maime^a-Kotay region; 3 - piсrobasalts; 4 - olivine basalts; 5 - alkaline reales of the Guli massif. The dotted line is the trend of Ganges in the сomposition of melt indusions in from the dunites of the Karashat massif ^biolites of the South Tuva). The figure is based on original data using information from [Vasiliev, Zolotukhin, 1975; Igneous rcK-ks. 1983; Petro-graphiс Code..., 2009; Simonov et al., 2009] На диаграмме MgO - SiO2 составы расплавных включений в хромшпинелидах из ультраосновных комплексов Сибирской платформы образуют в общем единое направление эволюции магматических систем (с падением магния на фоне роста кремнезема) от пикритов к базальтам, практически совпадающее с трендом расплавных включений в хром-шпинелидах из дунитов расслоенного дунит-верлит-пироксенитового комплекса Карашатского массива (офиолиты Южной Тувы) [Симонов и др., 2009]. При этом для включений из хромитов Гулинского и Кондерского массивов, а также из хромшпинелидов триасовых отложений Северо-Востока Сибирской платформы в области пикроба-зальтов и оливиновых базальтов наблюдается реверсивное направление (со снижением SiO2) к щелочным породам, соответствующее тренду развития магматических систем Гулинского массива, рассчитанному нами с помощью программы PLUTON [Лавренчук, 2004] на основе данных по высокомагнезиальным расплавным включениям в хромшпинелидах из дунитов (рис. 3). Рис. 4. Диаграммы Al2O3 - MgO и CaO - MgO для расплавных включений в хромшпинелидах, мас. % Поля составов пород: 1 - пикритовые порфириты Маймеча-Котуйского района; 2 - щелочные породы Гулинского массива. Рисунок построен на основе оригинальных данных с использованием информации из работ [Васильев, Золотухин, 1975; Симонов и др., 2009] Fig. 4. Diagrams Al2O3 - MgO and CaO - MgO for melt inclusions in Cr-spinels, wt. % Fields of rock compositions: 1 - picrite porphyrites of the Maimecha-Kotuy region; 2 - alkaline rocks of the Guli massif. The figure is based on original data using information from [Vasiliev, Zolotukhin, 1975; Simonov et al., 2009] На вариационных диаграммах, показывающих зависимость содержания петрохимических компонентов от количества MgO, можно отметить общую закономерность распределения элементов во включениях в хромшпинелидах из Гулинского и Чадского массивов, а также из триасовых отложений Северо-Востока Сибирской платформы, близкую в целом к расчетным данным по эволюции магматизма Гулинского массива и к тренду расплавных включений в хромшпинелидах из Карашатского массива (офиолиты Южной Тувы). При этом отчетливо выделяются включения в хромитах из массива Инагли, содержащие минимум кальция и максимум алюминия при высокой (до 26 мас. % MgO) магнезиальности. Промежуточную позицию занимают включения в хромшпинелидах из Кондерского массива, располагающиеся вблизи тренда включений из офиолитов Южной Тувы, но при этом часть из них (с повышенным до 27 мас. % MgO) обладают значительными содержаниями алюминия, тесно ассоциируя с включениями в хромитах массива Инагли (рис. 4). В целом экспериментальные исследования и анализ составов включений в хромшпинелидах позволили выяснить особенности формирования ультра-основных комплексов на Сибирской платформе. Прежде всего, наличие первичных расплавных включений в минералах прямо свидетельствует о кристаллизации рассмотренных ассоциаций из магматических расплавов. Анализ составов включений показал, что это были щелочные расплавы, первоначально соответствующие высокомагнезиальным ультраосновным магмам, последующая эволюция которых происходила при снижении содержания магния на фоне роста кремнезема от пикритов к базальтам. При этом направление эволюции практически совпадает с трендом расплавных включений в хромшпине-лидах из дунитов расслоенного интрузивного дунит-верлит-пироксенитового комплекса офиолитов Южной Тувы. Таким образом, расплавные включения фактически отражают эволюцию исходных ультраосновных магматических систем с образованием оливиновых кумулятов в интрузивных камерах на Сибирской платформе. Причем это относится не только к четко обозначенным гипербазитовым массивам, но и к ультраосновным комплексам, послужившим источниками для хромшпинелидов из триасовых отложений Северо-Востока Сибирской платформы. Представительные данные по составам расплав-ных включений (135 анализов) в хромшпинелидах свидетельствуют об отличии магматических систем, формировавших ультраосновные комплексы на севере и юге Сибирской платформы. В первом случае включения в хромитах из Гулинского массива и из триасовых отложений Северо-Востока образуют фактически единую группу, хорошо согласующуюся с расчетным трендом магматических систем Гулин-ского массива с реверсивным направлением (при снижении SiO2) к щелочным породам. Включения в хромшпинелидах из гипербазитовых массивов юга Сибирской платформы содержат заметно больше щелочей и при соблюдении общей эволюции, близкой к тренду включений в хромшпинелидах из офиолитов Южной Тувы, обладают относительно аномальными содержаниями SiO2, Al2O3 и CaO. РТ-параметры кристаллизации ультраосновных интрузивных комплексов Результаты проведенных исследований расплав-ных включений в хромшпинелидах и составов минералов позволили выяснить с помощью программ (COMAGMAT [Арискин, Бармина, 2000; Ariskin, Barmina, 2004], PETROLOG [Danyushevsky, Plechov, 2011], PLUTON [Лавренчук, 2004]) и минералогических геотермометров [Wan et al., 2008; Coogan et al., 2014] физико-химические условия формирования интрузивных комплексов ультраосновной провинции на Сибирской платформе. В случае ультраосновных дунит содержащих комплексов на Сибирской платформе в ходе расчетного моделирования с помощью программ PETROLOG [Danyushevsky, Plechov, 2011] и PLUTON [Лавренчук, 2004] на основе данных по составу включений в хромшпинелидах были определены максимальные температуры кристаллизации минералов из Гулинского (оливин - 1520-1420 °С, хромит - 1410-1370 °С), Кондерского (оливин -1545-1430 °С, хромит - 1420-1380 °С), Инаглинско-го (оливин - 1530-1430 °С, хромит - до 1430 °С) и Чадского (оливин - 1460-1420 °С, хромит - 14301330 °С) массивов [Симонов и др., 2017; Simonov et al., 2019]. Близкие температуры кристаллизации хромшпинелидов получены для триасовых отложений Северо-Востока Сибирской платформы на основе данных по составам наиболее магнезиальных прогретых расплавных включений с помощью программы PETROLOG [Danyushevsky, Plechov, 2011] -1425-1395 °С [Симонов и др., 2019]. При этом кристаллизация оливинов из данных расплавов, как установлено с помощью программы COMAGMAT [Арис-кин, Бармина, 2000; Ariskin, Barmina, 2004], происходила в интервале температур 1480-1160 °С. В последнее время использование данных по составам расплавных включений в хромшпинелидах при расчетном моделировании с помощью программ COMAGMAT [Арискин, Бармина, 2000; Ariskin, Barmina, 2004] и PETROLOG [Danyushevsky, Plechov, 2011] дало возможность уточнить РТ-параметры формирования магматических пород, являющихся источниками рассмотренных хромитов из триасовых отложений Северо-Востока Сибирской платформы. Прежде всего, были определены температуры кристаллизации хромшпинелидов - 13151275 °С. Для оливинов из включений в хромшпине-лидах оценены давления и температуры процессов кристаллизации: 4,5-4,1 кбар, 1240-1220 °С. Необходимо отметить, что эти параметры заметно ниже расчетных данных, полученных нами ранее [Симонов и др., 2019] на основе составов наиболее магнезиальных включений и показывающих, соответственно, максимально возможные характеристики. Анализ составов микрокристалликов оливина в расплавных включениях и хромшпинелидов-хозяинов позволил рассчитать с помощью Ol-Sp геотермометров [Wan et al., 2008; Coogan et al., 2014] температуры минералообразующих процессов в магматических системах, сформировавших хромиты из триасовых отложений Северо-Востока Сибирской платформы. Были выяснены следующие температуры образования оливинов - 1520-1165 °С. Эти данные хорошо согласуются с результатами моделирования по программе COMAGMAT температурного режима кристаллизации оливина на основе составов наиболее магнезиальных включений: 1480-1160 °С. В целом, расчетное моделирование на основе данных по составам расплавных включений в акцессорных хромшпинелидах с использованием современных программ и минералогических термометров позволило установить высокие температуры образования минералов из ультраосновных интрузивных комплексов Сибирской платформы. В частности, ликвидусная кристаллизация оливинов начиналась при 1545-1460 °С, а хромитов - при 1430-1370 °С. В дальнейшем процессы минералообразования в интрузивных камерах происходили в ходе эволюции магматических систем со снижением параметров формирования оливинов до 1240-1160 °С, а хром-шпинелидов до 1315-1275 °С. Выводы 1. Проведенные исследования позволили установить присутствие первичных расплавных включений в акцессорных хромшпинелидах из ультрабазитовых комплексов Сибирской платформы, что прямо свидетельствует о формировании рассмотренных ассоциаций при участии магматических систем. 2. Анализ состава включений показал, что минералы ультрабазитовых комплексов Сибирской платформы кристаллизовались из щелочных расплавов, первоначально соответствующих высоко-магнезиальным ультраосновным магмам, последующая эволюция которых происходила при снижении содержания магния (от пикритов к базальтам) с образованием оливиновых кумулятов в интрузивных камерах. 3. Представительные данные по составам рас-плавных включений в хромшпинелидах свидетельствуют об отличии магматических систем, формировавших ультраосновные комплексы на севере (Гу-линский массив и триасовые отложения Северо-Востока) и юге (массивы Кондер, Инагли, Чад) Сибирской платформы. В первом случае включения образуют единую группу, хорошо согласующуюся с расчетным трендом магматических систем Гулин-ского массива. Во втором - включения содержат заметно больше щелочей и обладают относительно аномальными содержаниями SiO2, Al2O3 и CaO. 4. Расчетное моделирование на основе данных по составам расплавных включений в хромшпинелидах из ультрабазитовых комплексов Сибирской платформы с использованием современных программ (PETROLOG [Danyushevsky, Plechov, 2011], COMAGMAT [Ariskin, Barmina, 2004], PLUTON [Лавренчук, 2004]) и минералогических термометров [Wan et al., 2008; Coogan et al., 2014] свидетельствует о том, что ликвидусная кристаллизация оливинов начиналась при 1545-1460 °С, а хромитов - при 1430-1370 °С. В дальнейшем процессы минералообразования в интрузивных камерах происходили в ходе эволюции магматических систем со снижением параметров формирования оливинов до 12401160 °С и хромшпинелидов до 1315-1275 °С.

Скачать электронную версию публикации