Rambler's Top100 Service
Поиск   
 
Обратите внимание!   Посетите страницу компании Шлюмберже Обратите внимание!
 
  Наука >> Геология >> Геохимические науки | Популярные статьи
 Написать комментарий  Добавить новое сообщение
 См. также

Популярные статьиНакопление редких элементов в гранитах (продолжение)

Популярные статьиНакопление редких элементов в гранитах (продолжение): Накопление редких элементов в гранитах

Научные статьиИзбыточный европий в современных фосфоритах

Накопление редких элементов в гранитах

Ю.А. Костицын (Институт минералогии, геохимии и кристаллохимии редких элементов (ИМГРЭ))
Опубликовано в журнале "Природа", N 1, 2000 г.



Содержание

Особенности химического состава

Здесь мы кратко рассмотрим основные геохимические свойства разных групп редкометалльных гранитоидов, а также их отличие и сходство с безрудными сериями I- и S-типов. Главные компоненты. Прежде чем двигаться дальше, добавим еще один критерий для разделения редкометалльных гранитов на две достаточно отчетливые группы. Канадец Р.Тейлор4, по-видимому, первым ясно сформулировал, что в зависимости от содержания фосфора высокоглиноземистые граниты заметно различаются по многим минералогическим и геохимическим свойствам. Редкометалльные граниты с содержанием P2O5 < 0.1% он отнес5 к группе низкофосфористых (Low-P), а граниты с P2O5 > 0.4% - к высокофосфористым (High-P). Однако мы видим на рис.1,а,в, что имеется немало редкометалльных гранитов с содержанием P2O5 0.1-0.4%. Как оказалось, не представляет особого труда и среди этих пород различить высоко- и низкофосфористые граниты, если рассматривать не отдельно взятый образец, а серию пород или коллекцию образцов из одного магматического тела. Обычно граница между High-P и Low-P гранитами проходит около 0.1% P2O5, но она - не строгая. Гораздо более отчетливо эти два типа различаются поведением фосфора в процессе магматической эволюции. Если содержание фосфора падает от ранних членов магматических серий к поздним, более дифференцированным, то такие граниты относятся к Low-P группе, и наоборот. Таким образом, различие между этими двумя группами гранитов определяется не абсолютным содержанием фосфора в образцах, а его поведением в эволюционном ряду.
Рис. 1. Вариации содержаний некоторых главных компонентов в редкометалльных гранитоидах, грейзенах и безрудных гранитоидах I- и S- типов. Стрелки показывают общие направления эволюции состава I-гранитов - от примитивных к наиболее дифференцированным породам. На графике г точечной линией показано влияние примеси флюорита (CaF2) на состав гранитов. К этой линии тяготеют некоторые образцы гидротермально измененных пород, но редкометалльные граниты демонстрируют противоположный тренд.

Мы не будем здесь выяснять причину различного содержания фосфора в гранитах (связана она, очевидно, с различной растворимостью фосфора в расплавах). Для нас сейчас важно не это. Читатель наверняка уже обратил внимание, разглядывая не очень строгие, но тем не менее достаточно выразительные тренды на рис.1, что на всех графиках точки Low-P гранитов продолжают тренды гранитоидов I-типа, изрядно с ними перекрываясь. Аналогичная картина наблюдается и на любых других графиках (рис. 2, 3). Точки High-P гранитов ведут себя так же по отношению к точкам S-гранитоидов, хотя иногда они рассыпаются веером в разных направлениях от более компактного поля, образуемого точками S-гранитов. Особенно сильно разбросаны точки, отвечающие гранитам с наиболее высокими концентрациями фосфора, а также гидротермально измененным породам.
Рис. 2. Содержание фосфора, фтора, рубидия и тантала в гранитоидах в зависимости от коэффициента глиноземистости. Условные обозначения, как на рис. 1.

Рис. 3. Содержание фтора и редких металлов в гранитоидах. Условные обозначения, как на рис.1.

Такое соотношение составов редкометалльных гранитов и безрудных допускает, что исходный источник вещества высокофосфористых гранитов аналогичен S-типу, т.е. он осадочный, а низкофосфористые граниты образовались в результате эволюции магмы I-типа, возникшей из изверженных пород.

На рис. 2, б-г отчетливо видно различие гранитов по коэффициенту глиноземистости - мольного отношения Al/(Ca+Na+K). Изначально S-граниты имеют более высокий показатель глиноземистости, чем I-граниты. И это различие сохраняется в редкометалльных High-P и Low-P гранитах, несмотря на очень заметный рост глиноземистости в них по мере накопления фтора и редких элементов, т.е. в процессе магматической эволюции. Мы видим на всех трех графиках параллельные или почти параллельные тренды развития для высокофосфористых и низкофосфористых пород.

Это очень интересное и важное наблюдение. Оно свидетельствует, что сама возможность возникновения редкометалльного гранита, богатого рудными компонентами, не очень-то зависит от того, какое исходное вещество - осадочное или магматогенное - плавилось при образовании расплава. Следовательно, причину накопления редких металлов нужно искать не столько в источнике гранитов, сколько в особенностях процесса формирования и эволюции гранитного расплава. Откуда фтор в редкометалльных гранитах? Геологи часто отводят фтору и другим летучим компонентам весьма значительную роль, вплоть до предположений об особом фтористом флюиде, вызывающем преобразования субстрата до состояния редкометалльного гранита. В последнем обычно наблюдаются повышенные концентрации фтора, поэтому весьма существенный интерес представляет его поведение и источник. Поняв, откуда берется фтор, мы скорее всего сможем ответить и на вопрос о редких металлах во многих, если не в большинстве, редкометалльных гранитах. Фтор на несколько порядков понижает вязкость гранитного расплава и значительно снижает температуру кристаллизации - оба фактора повышают способность расплава к дифференциации. Поэтому даже сама возможность обогащения им заслуживает внимания как вероятная причина последующего глубокого фракционирования расплава вплоть до образования редкометалльного гранита. Повышенные концентрации этого элемента в расплаве могут образовываться из двух источников: внутреннего или внешнего. Внутренний источник - сам расплав. Последний накапливает фтор вместе с другими несовместимыми элементами в процессе фракционной кристаллизации, начиная с уровня "фоновых" значений, свойственных безрудным гранитоидам. Внешний источник может быть многоликим. Главная его суть в том, что материнский расплав по каким-то причинам изначально обогащен фтором. Наиболее вероятными источниками могут быть:
  • субстрат с повышенными концентрациями фтора, например, за счет фторсодержащих минералов - флюорита или топаза осадочного происхождения;
  • порода, возможно, метаморфическая, с невысокими концентрациями фтора, но содержащая его в легкоплавких минералах (например, в слюдах), которые при определенных условиях неравновесного плавления первыми переходят в расплав, обогащая его этим элементом;
  • вещество с повышенным в той или иной мере содержанием всех элементов, характерных для редкометалльных гранитов, в том числе и фтора (такое предположение, конечно, не снимает вопроса о причинах накопления редких элементов и фтора в субстрате, но игнорировать его только на этом основании мы не будем).
Вероятно, можно придумать другие, частные случаи или их комбинации, но мы попробуем разобраться с этими тремя, наиболее общими. Версия о самостоятельной миграции фтора или индивидуальном обогащении гранитного расплава проверяется (и отвергается) довольно легко. Его источником мог бы быть флюорит (СаF2) из осадочно-метаморфических толщ. Этот минерал, во-первых, достаточно распространен, во-вторых - легкоплавок (не зря его название имеет один корень со словом "флюс"), и при частичном плавлении вполне можно было бы ожидать его преимущественную мобилизацию с первыми порциями расплава. Однако этот процесс, если и действует в природе, не играет заметной роли. На рис.1,г мы видим, что линия CaF2, вдоль которой должны выстраиваться точки, отвечающие расплавам, в разной степени обогащенным флюоритом, никак не согласуется с трендом реальных редкометалльных гранитов. Вообще ни на одном из графиков на рис. 1,б-г, 2,б не наблюдается аномальное, скачкообразное повышение концентрации фтора относительно других элементов при переходе от I-гранитов к низкофосфористым редкометалльным или от S-гранитов к высокофосфористым. Если причиной возникновения редкометалльного расплава служит фтор, поступающий в изобилии из гипотетического флюида или при разложении минералов в плавящемся субстрате, то были бы скачкообразные, разрывные нарушения трендов на всех графиках, где фтор сравнивается с другими элементами, при переходе от безрудных гранитоидов к редкометалльным сериям. Итак, мы можем сделать вывод, что самостоятельного накопления фтора в отрыве от других изменений в составе гранитных расплавов не происходит. Чтобы столь же определенно разобраться с другими гипотезами о внешних источниках фтора, нам придется обратиться к редким элементам, а затем и к их изотопам. Редкие элементы. На рис. 3 мы видим соотношения между некоторыми редкими элементами и фтором в редкометалльных гранитах. Вариации очень широки. Но все представленные на графиках пары элементов обнаруживают сильную корреляцию. Заметный разброс точек характерен лишь для грейзенов и других гидротермально измененных пород (хотя в High-P гранитах для наиболее высоких концентраций тантала его корреляция с другими элементами тоже несколько нарушается). Это может означать, что процессы распределения и накопления элементов в наиболее дифференцированных высокофосфористых гранитах в чем-то сходны с грейзеновыми. Вероятно - появлением самостоятельной флюидной фазы. Заметим, что редкие щелочи - рубидий и литий - менее чувствительны к появлению пост- и позднемагматического флюидов, они сохраняют тесную связь и в гранитах, и в грейзенах при самых разных концентрациях. Представленные на рис. 3 графики вновь демонстрируют, что все переходы между безрудными и редкометалльными гранитами - постепенные, без скачкообразного привноса или выноса каких-либо элементов. Наблюдаемый широкий диапазон линейных соотношений (в логарифмическом масштабе) концентраций микропримесей в гранитах скорее всего возник в результате глубокого фракционирования материнских расплавов. Теоретически, конечно, похожие элементные соотношения могут образовываться и в результате двухкомпонентного смешения вещества, крайне обогащенного редкими элементами, с обычным гранитным расплавом. Чтобы разрешить эту дилемму, нам потребуется привлечение изотопных систем.
4Taylor R.P.//Canadian Mineralogist. 1992. V.30. P.895-921. 5Здесь и далее при обсуждении химического состава пород для их главных компонентов мы будем применять весовые проценты.

Назад|Вперед


Написать комментарий
 Copyright © 2000-2015, РОО "Мир Науки и Культуры". ISSN 1684-9876 Rambler's Top100 Яндекс цитирования