Минералогия и геохимия кварц-турмалиновых шлиров в гранитах приморского комплекса

В гранитах турмалин может встречаться в виде прожилков, зерен, жил, а также овальных обосблений, которые носят разные названия – шлиры, орбикулы, нодулы и пятна. Обособления кварц-турмалинового состава описываются в гранитах и осадочных породах Южной Африки, в гранитах, ассоциирующих с Sn-W минерализацией на юге Англии, в гранитах и аплитах Германии и Италии, в лейкогранитах Чехословакии, ассоциирующих с пегматитами и грейзенами, в порфиритовых биотитовых гранитах с Sn минерализацией в Малайзии и в Тасмании, а также в лейкогранитах батолита Сигул в Канаде. Шлиры являются индикаторами потенциального Sn оруденения, особенно если в их составе наблюдаются аномальные концентрации олова.

Нами кварц-турмалиновые обособления (шлиры) изучены в породах Трехголового массива, входящего в состав раннепротерозойского приморского комплекса рапакивиподобных гранитов. Постколлизионный приморский комплекс гранитов рапакиви входит в состав Южно-Сибирского магматического пояса и слагает хребет Приморский и южную часть Байкальского хребта в Иркутской области. Граниты прорывают породы сарминской серии раннего протерозоя и приурочены к границе Сибирского кратона и раннепалеозойского складчатого обрамления.

В составе приморского комплекса выделяются две интрузивные фазы, первая из которых представлена порфировидными роговообманково-биотитовыми и биотитовыми гранитами (рапакиви), крупнозернистыми и среднезернистыми биотитовыми гранитами и лейкократовыми гранитами с гранофировой структурой основной массы, а вторая – средне-мелкозернистыми биотитовыми гранитами, гранит-порфирами и аплитами. Породы комплекса представлены высококалиевыми (Na₂O/K₂O=0,4–0,8) и высокожелезистыми (FeO*/(FeO*+MgO)>0,8) преимущественно биотитовыми, менее распространенными биотит-амфиболовыми гранитоидами известково-щелочной серии. Граниты относятся к восстановленному типу и характеризуются отсутствием магнетита в породах главной фазы при устойчивости ильменита. Для наименее дифференцированных разностей (наиболее основных) комплекса характерны высокие содержания F, Ba, Pb, Zr, РЗЭ, Th, Zn, Cu, Sc, Sn и Be. Содержание В в отдельных разновидностях гранитов приморского комплекса по [Таусон и др., 1982] составляет, в среднем, от 22 до 35 г/т.

Трехголовый массив сложен преимуществено равномернозернистыми, реже слабо порфировидными биотитовыми лейкократовыми гранитами, в центральной части среднезернистыми до крупнозернистых, а в краевой и апикальной частях мелкозернистыми гранитами и гранит-порфирами с вкрапленниками кварца. Граниты интрудируют породы иликтинской свиты, метаморфизованные в условиях зеленосланцевой фации. По сравнению с гранитами других массивов граниты Трехголового массива отличаются наиболее высокими кремнекислотностью, железистостью, высоким коэффициентом агпаитности (Кагп=0.87 и 0.89 для гранитов первой и второй фазы, соответственно) и содержаниями Rb (до 650 г/т), F (до 0,66%), Li (до 80 г/т), Sn (до 20 г/т), Cs (до 27 г/т), Th (до 110 г/т), Nb (до 35 г/т), Y (до 100 г/т). Для гранитов характерны очень низкие содержания Sr, Ba, пониженные Zr, наличие на спектрах РЗЭ глубокого Eu- минимума, что позволяет рассматривать их как продукты кристаллизации глубоко дифференцированного расплава. Геохимическими особенностями гранитов являются повышенные, относительно кларков для малокальциевых гранитов, содержания Sn, As, Ga, Pb, Th, U, Ni и Cu при пониженном Zn (табл. 1). С альбитизированными и грейзенизированными гранитами второй фазы связаны проявления редкометалльной (Sn, Nb, Y, Bi) минерализации.

Обособления кварц-турмалинового состава распространены в гранитах в верховьях р. Ср. Иликты. Величина шлиров достигает 10-12 см в длину и 5-8 см в поперечнике. Шлиры иногда окружены ореолом осветленной породы мощностью до 2 см. Центральная часть шлиров сложена кварцем и турмалином, иногда с флюоритом, тогда, как в краевой части, присутствуют альбит и реликты калиевого полевого шпата, замещаемого турмалином.

Исследование шлиров выполнено на сканирующем электронном микроскопе в ГИН СО РАН (аналитик С.В.Канакин). Турмалин представлен железистой разновидностью с отношением Fe/(Fe+Mg) за редкими исключениями 0.95-1.0, содержанием CaO <0.3% и TiO₂ до 0.78%. Отмечается присутствие F в количестве 1.2-1.6%. Зональность выражена слабо и проявлена в росте от центра зерен к краям содержаний Na и Fe и снижении Al.

В виде редких зерен среди турмалина в кварц-турмалиновых шлирах отмечаются железистый мусковит (FeO=3.9-7.6%), а в виде включений в турмалине хлоритизированный биотит. Кроме перечисленных выше минералов, в шлирах обнаружены циркон, лимонит, ильменит, рутил, плагиоклаз, сидерит, бастнезит, монацит и ксенотим.

Флюорит встречается в виде ксеноморфных зерен среди кварца, развивается, подобно турмалину, по полевому шпату, образует включения и выполняет трещинки в турмалине. Ильменит и рутил в виде отдельных зерен и сростков друг с другом образуют вкючения в полевом шпате и кварце. В шлирах наблюдалось замещение Nb- и Sn-содержащего рутила (Nb₂O₅=5.4%, SnO₂=0.75%) ильменитом (MnO=0.84%, V₂O₃=0.68%). Во вмещающих гранитах в осветленной зоне на контакте со шлиром отмечены обратные взаимоотношения рутила и ильменита: здесь зерно ильменита замещается по краю рутилом. Лимонит и сидерит образуют вростки в зернах кварца.

Наиболее распространенными акцессорными минералами в составе шлиров являются циркон, фосфаты и фтор-карбонаты РЗЭ – монацит-(Се), бастнезит-(Се) и ксенотим-(Y).

Циркон встречается в виде включений в кварце и турмалине и характеризуется отношением ZrO₂/HfO₂=32-39. Нередко зерна циркона как в шлирах, так и в гранитах на контакте со шлирами имеют корродированную («изъеденную») форму, имеют низкие суммы оксидов в анализах; для этих зерен характерно также присутствие в анализах F. Проявленное также замещение циркона по краям ксенотимом указывает на неустойчивость циркона в водном богатом F и фосфором флюиде. Монацит-(Се) встречается в кварц-турмалиновых шлирах в виде мелких включений в кварце вместе с цирконом. Бастнезит-(Се) в основном находится в ассоциации с флюоритом, образуя в последнем мелкие включения; в свою очередь флюорит с бастнезитом могут образовывать включения в турмалине. Наблюдаются также мелкие включения бастнезита в кварце. Бастнезит содержит примеси Y₂O₃ до 2.7% и ThO₂ до 5.6%. Ксенотим-(Y) обнаружен в виде секущих прожилков в турмалине и каемок вокруг зерен циркона, т.е. является наиболее поздним редкоземельным минералом.

Граниты, содержащие мелкие обособления кварц-турмалинового состава, содержат повышенные количества Fe₂O₃ и MgO и пониженные оксидов щелочей, кальция и фосфора. Собственно кварц-турмалиновые шлиры по сравнению с вмещающими гранитами характеризуются высокими суммарными содержаниями оксидов железа при значительном преобладании окисного железа над закисным (табл.), низким содержанием оксидов щелочей

Химический состав гранитов и кварц-турмалиновых шлиров

На сегодняшний момент в литературе существует две точки зрения на механизм формирования кварц-турмалиновых шлиров. Шлиры рассматриваются, как результат постмагматического замещения, связанного с гидротермальным изменением закристаллизовавшихся гранитов, или же, как результат проявления жидкостной несмесимости в остаточных расплавах, обогащенных летучими компонентами [Trumbull et al., 2008]. Форма кварц-турмалиновых обособлений в Трехгловом массиве, их беспорядочное распределение в гранитах, приуроченность к апикальной части относительно малоглубинного массива, отсутствие связи с зонами катаклаза позволяют предполагать, что образование шлиров происходило по второму варианту. Умеренная глиноземистость расплава благоприятствовала накоплению бора вместе с другими летучими компонентами и щелочами в остаточном глубоко дифференцированном расплаве, из которого кристаллизовались граниты Трехголового массива. Это могло привести к обособлению среди алюмосиликатного расплава капель расплава, обогащенного водой, B, F, Na и Fe, обладавшего пониженнной вязкостью и в силу этого способного просачиваться в апикальную часть массива сквозь частично закристаллизовавшийся алюмосиликатный расплав, что находит подтверждение в экспериментальных работах [Veksler, Thomas, 2002] Присутствие в составе шлиров минералов, богатых водой, бором, фтором, фторкарбонатов и фосфатов показывают, что помимо воды, бора и фтора, в каплях обособившегося расплава накапливались и другие летучие компоненты, в частности, углекислота и фосфор. В апикальной части массива, по-видимому, происходило слипание капель и образование турмалина за счет ранее закристаллизовавшихся полевых шпатов. При этом геохимические особенности кварц-турмалиновых шлиров указывают на преимущественное концентрирование каплями богатого бором расплава по сравнению с алюмосиликатным расплавом халькофильных и сидерофильных элементов.

Перетяжко И.С., Прокофьев В.Ю., Загорский В.Е., Смирнов С.З. Борные кислоты в процессах пегматитового и гидротермального минералообразования: петрологические следствия открытия сассолина (Н₃ВО₃) во флюидных включениях // Петрология. 2008. Т. 8. № 3. С. 241-266.

Таусон Л.В., Петрова З.И., Собаченко В.Н., Левицкий В.И., Левковский Р.З., Дагелайская И.Н., Рехвиашвили О.И. Геохимический тип гранитов рапакиви // Доклады АН СССР. 1982. Т. 265. № 3. С. 721-726.

Trumbull R.B., Krienitz M.-S., Gottesmann B, Wiedenbeck M. Chemical and boron-isotope variations in tourmalines from an S-type granite and its source rocks: the Erongo granite and tourmalinites in the Damara Belt, Namibia // Contributions to Mineralogy and Petrology. 2008. V. 155. P.1-18.