Галоконтаминация мантийных магм: роль солей в образовании щелочных комплексов

Сравнительный анализ вещественных и пространственно-временных соотношений природных солей и щелочных магматических комплексов, выполненный на региональном и глобальном материале, позволил выявить и охарактеризовать геологические предпосылки обсуждения вопроса участия солей в щелочном магмообразовании в качестве источника щелочных и летучих металлов (Беленицкая, 2018, 2019, 2020, 2021; Belenitskaya, 2019). Главные из них:

• 1)    сходство наборов специфических и типоморфных компонентов и микрокомпонентов состава соляных (галофильных) и щелочных (фойдафильных, по Лазаренков, 1988) комплексов (Na, K, Cl, Mg, Ca, SO 4 , CO 3 и широкий спектр микрокомпонентов – Rb, Br, B, Cs, Sr, F и др.);

• 2)    довольно частая пространственная близость этих комплексов, в том числе калиевых разновидностей, и их закономерные временные соотношения;

• 3)    подобие ряда важных закономерностей размещения тех и других (геотектонической позиции, стратиграфического распределения, унаследованно-цикличного характера размещения и др.). В данном сообщении приводятся общие итоги выполненных ранее и последующих исследований.

Прослеженное частое пространственное сонахождение разновозрастных соленосных и щелочных комплексов послужило основанием для выделения соляно-щелочных объектов – ассоциаций, провинций, поясов (Бе-леницкая, 2018, 2019). В их состав входят: щелочные магматические комплексы и погребенные в их субстрате более древние соли, образующие основную доминантную пару; более «молодые» соляные толщи, суб-

Работа лицензирована в соответствии с CC BY 4.0. Чтобы просмотреть копию

этой лицензии, посетите

синхронные магматизму, и более молодые, часто связанные с рециклингом более древних солей; нередко также присутствуют еще более древние щелочные и соляные толщи.

Различают три основных тектонических типа соляно-щелочных объектов: покровноскладчатый, рифтогенный и активизированных пассивных окраин. В составе покровноскладчатого типа, наиболее широко распространенного, условно объединены объекты разновозрастных складчатых областей с прилежащими зонами их тектонических перекрытий покровно-надвиговыми пакетами, сорванными с палеоокраин платформ и срединных массивов.

Наиболее уверенно щелочно-соляные объекты устанавливаются в неогеодинами-ческих щелочных провинциях. Объекты покровно-складчатого типа характерны для аккреционно-коллизионных суперсистем и их обрамлений – Альпийско-Гималайской коллизионной, Евразийской (ЦентральноАзиатской) периколлизионной, ЗападноАмериканской (Восточно-Тихоокеанской) активноокраинной, включающей перисуб-дукционные области эпиплатформенных орогенов. Объекты рифтогенного типа широко распространены в пределах Рейнско-Ливийско-Нигерийского и Афро-Аравийского суперпоясов. Пассивноокраинный тип объектов характерен для Циркумат-лантического суперкольца, в наибольшей мере для его Северо-западно-Африканского отрезка, а также для Привосточно-Африканского (Мозамбикско-Мадагаскарского) пояса.

Щелочно-соляные объекты палеогеоди-намической группы наиболее уверенно намечаются в регионах с мезозойским и палеозойским щелочным магматизмом: в Юж-нотаймырско-Хатангско-Прианабарском, Байкало-Непском, Варангерско-Тимано-Мезенском, Кордильерском, Тянь-Шанском, Урало-Предуральском, Северо-Аппалачском, Енисейско-Чадобецком, Кимберли-Фицройском.

Выделены и охарактеризованы эталонные щелочно-соляные объекты каждого тектонического типа: Итальянская (покровноскладчатый тип), Верхнерейнская (рифто- генный тип) и Северо-западно-Африканская (пассивноокраинный). Обобщены их наиболее значимые тектонические, кинематические, литологические и петрологические особенности (Бородин, 1974; Когарко, 1977, 2009; Лазаренков, 1988; Мазарович и др., 1990; Пуртов и др., 2002; Щелочные породы, 1976; Peccerillo, Martinotti, 2006; Ziegler, Horvath, 1996). Восстановлена картина пространственно-временных соотношений щелочных магматических комплексов с солями, находившимися в субстрате этих комплексов во время их формирования, а также с более «молодыми» соляными толщами, субсинхронными щелочному магматизму.

Результаты анализа глобального материала показали, что нахождение соленосных пород на путях восходящего движения глубинных магм представляет собой достаточно распространенное и геологически закономерное явление и позволяет наметить геолого-генетическую модель «галоконтаминации магмы» (рис. 1). Пересекаемые горячей магмой уровни соленосности благоприятны для ее инъекционного внедрения с образованием промежуточных камер – центров (очагов) ассимиляции магмой соленосных (карбонатно-сульфатно-соляных) комплексов, контаминации магмы их компонентами и взаимодействия между ними с формированием щелочных пород. В процессе химического взаимодействия горячих магм с ассимилированными компонентами галофильных сообществ образуются разнообразные неравновесные соляно-расплавные системы, резко обогащенные (пересыщенные) щелочными металлами и летучими.

Рассмотрена роль компонентов галофиль-ных сообществ в щелочном магматизме. Соли и парагенные им макро- и микрокомпоненты соленосных толщ могут служить мощным источником натрия и калия, а также разнообразных летучих компонентов, способных обеспечить характерные и специфические черты щелочного породообразования. Важно, что вопрос об источнике в магме щелочных и летучих компонентов является одним из ключевых в проблеме генезиса щелочных

Рис. 1. Обобщенная модель щелочно-ультраосновного с карбонатитами комплекса. По (Фролов и др., 2003), с выделением уровней вероятной соленосности осадочного разреза и «флюидогенных кор выветривания». 1–2 – породы платформенного чехла: 1 – карбонатные, 2 – терригенные; 3 – кристаллические породы (фундамент платформы); 4 – вулканогенные образования конуса; 5 – карбонатиты; 6–7 – комплекс щелочных пород верхнего яруса: 6 – сиениты, 7 – фонолиты и их брекчии; 8 – фоидолиты среднего яруса; 9 – ультрамафитовая интрузия нижнего яруса; 10 – дайковая фация щелочных пород и карбонатитов; 11 — уровни соленосности, благоприятные для формирования промежуточных магматических очагов и взаимодействия солей с магмой; 12 — мощные «флюидогенные коры выветривания», связанные с разгрузкой в зону гипергенеза флюидов, обогащенных летучими компонентами пород (Когарко, 1977; Пуртов, 2002; Рябчиков, Хамилтон, 1971; Aiuppa et al., 2009). Широкий спектр этих компонентов, локализованных в соленосных комплексах по доминирующему характеру их влияния на процессы щелочного петрогенеза, можно условно разделить на две группы: 1) вещественные («донорские») – Na, K и др. (основные породообразующие катионы солей), а также ряд малых и микрокомпонентов; 2) инициирующие и каталитические, преимущественно летучие – CO2, SO4, Cl, F и др. (заключенные в составе анионов солей и парагенных им сульфатно-карбонатных пород). Большинство компонентов галофильных сообществ могут выполнять обе функции. Благодаря высоким содержаниям в соленосных комплексах они способны влиять как на особенности состава щелочных магматических тел и сопутствующих им гидротермальнометасоматических образований (на их породные, минеральные, химические, изотопные показатели), так и на их структурнотекстурные и пространственные особенности, в том числе на широкое развитие агпаитовых структур, пегматоидных образований, на морфологию тел и на их пространственные взаимоотношения. Преобладающий геохимический тип соляных толщ (га-лититовые или калиеносные) может влиять на состав формирующихся щелочных комплексов, на тип щелочности – существенно натриевый или натриево-калиевый.

Таким образом, высокие содержания в соленосных сообществах набора галофильных компонентов, образующих комплексный источник и вещества, и агентов-инициаторов многих процессов, могут обеспечивать разнообразие важнейших специфических черт щелочных магматических тел и сопряженных с ними метасоматических образований. Удовлетворительное объяснение получают многие макро- и микроособенности состава, строения и размещения щелочных комплексов, нередко признаваемые необычными и даже уникальными (Когарко, 1977).

Многие конкретные вещественные и структурно-морфологические признаки щелочных пород подтверждают участие компонентов соленосных комплексов в щелочном магматизме. Наиболее характерные из них (Бородин, 1974; Карбонатиты, 1969; Когарко, 1977; Когарко и др., 2009; Лазаренков, 1988; Маракушев и др., 1997; Пильтенко, 1964; покровский, 2000; Пуртов и др., 2002; Сафонов и др., 2007; Фор, 1989; Щелочные породы, 1976; Aiuppa et al., 2009; и др.): значительная («избыточная») обогащенность многих разновидностей щелочных пород, помимо натрия и калия, другими галофильными компонентам – хлором, сульфат-ионом, кар-бонат-ионом, проявляющаяся в широком распространении и чрезвычайном разнообразии минералов, содержащих эти ионы; частая (порой «необъяснимая») гетерогенность и контрастность изменений химического и минерального состава щелочных пород; пространственная близость областей распространения щелочных калийных комплексов и калийных солей; обогащенность тех и других Br, Rb, Cs; установление Cl, Br в твердых и жидких включениях в щелочных породах, в вулканических газах; присутствие солей и серы в выбросах вулканов и в кратерах; наблюдаемые вариации изотопных показателей C, O, Sr и др.

Таким образом, сумма данных позволяет дать положительную оценку вероятности участия солей в щелочном магматизме и принять изложенные представления в качестве рабочего варианта геологической модели «галоконтаминации магмы» как значимой для щелочного магмогенеза.

Важной стороной рассматриваемой модели является высокая вероятность ассимиляции магмой не только солей, но также па-рагенных солям пород: карбонатов (прежде всего доломитов), ангидритов и углеродистых отложений, часто рудоносных. Их парагенезис с солями весьма устойчив (Беле-ницкая, 2020) и совместное с солями участие во взаимодействии с магмой вполне закономерно. Важно, что их сохранность in situ в ходе тектоно-кинематических и магматических преобразований соленосных комплексов существенно более высокая, чем у солей.

Известно, что щелочные магматические комплексы повсеместно сопровождаются ареалами щелочных метасоматитов (натриевого или калиевого типа), пегматитов и пег- матоидных пород, гидротермалитов, часто карбонатитов (кальциевых, магниевых, натровых), максимально развитых на фронте восходящих флюидно-расплавных потоков (Бородин, 1974; Фролов и др., 2003; Щелочные породы, 1976; и др.). Вместе они образуют крупномасштабные многоярусные маг-матогенно-метасоматические щелочнокарбонатитовые системы, сменяющие более глубинные относительно «чистые» производные мантийных магм. Можно полагать, что карбонатиты, являясь значимым масштабным геологическим звеном таких (фой-дафильных) макропарагенезов, также могут быть в разной мере обязаны участию в их возникновении избыточных масс щелочей и летучих, связанных с ассимиляцией компонентов галофильных сообществ. Показательно, что и галофильные, и фойдафильные макросообщества резко выделяются среди осадочных и магматических комплексов сходными наборами специфических, часто ярко выраженных черт состава и строения.

Экспериментальные исследования процессов взаимодействия алюмосиликатных расплавов с природными солями и высококонцентрированными рассолами пока весьма ограничены, однако уже полученные данные (например, А. А. Маракушев, В. Г. Бутвина, А. Р. Котельников, Н. И. Сук, Л. Л. Перчук, И. Ф. Кравчук, Ю. А. Литвин, В. К. Пуртов, О. Г. Сафонов, В. Г. Сенин, В. Ю. Чевычелов и др.) во многих аспектах подтверждают рассмотренную геологическую модель.

Многие факторы затушевывают взаимосвязь щелочных магм с солями. Главный среди них: ограниченная сохранность солей-участников магматизма, а именно отсутствие условий для их сохранения, особенно в зонах проявления магматизма. Эту связь мешают видеть и другие факторы разного плана, в частности современная пространственная разобщенность доступных наблюдению щелочных и соляных объектов доминантной пары; разновозрастность этих объектов; различия их масштабов и др. Серьезной помехой является разобщенность исследователей и дисциплин, изучающих щелочные и соляные объекты, разная специфика исследова- ний, а также устоявшиеся базовые представления о генезисе тех и других.

Опознанию соляно-щелочных парагенезов, помимо литологических и петрологических признаков, может способствовать комплексное рассмотрение этих парагенезов в целом, с учетом всех их разновозрастных членов, и их сопоставление с эталонными объектами. Эффективны региональные па-леотектонические, палеогеографические и кинематические реконструкции, главная задача которых заключается в восстановлении исходных границ распространения соленосных комплексов и особенно характера их размещения на время проявления щелочного магматизма.

Рассматриваемая модель имеет определенные черты сходства с некоторыми обсуждавшимися в литературе представлениями об ассимиляции магмой осадочных пород. Наиболее известные из них предполагают ассимиляцию карбонатных пород (Бородин, 1974; Ритман, 1964; Щелочные породы 1976; и др.). Принципиальное отличие предлагаемой нами модели состоит в том, что она предполагает обязательное наличие солей в пересекавшихся магмой разрезах литосферы и именно их участие в магматизме рассматривает как определяющий фактор «щелочной» направленности процессов взаимодействия. Другая часто обсуждаемая модель А. Хофманна (Hofmann, 1997) предполагает ответственным за образование щелочных пород мантийный рециклинг океанической коры с перекрывающими ее соленосными осадками. Хотя эта модель (подобно рассмотренной нами) также ориентирована на вовлечение в магматизм в том числе и соленосных составляющих, однако важно учитывать, что для обсуждаемых в этой модели «чисто океанических» геодинамических обстановок повышенная соленосность осадков не характерна (Беленицкая, 2020).

К проблеме взаимодействия с магмами солей осадочных разрезов проявляли интерес и другие исследователи (Бородин, 1974; Рябчиков, Хамилтон, 1971; и др.). Однако применительно к собственно щелочному петро-генезу вопрос почти не рассматривался. Приведенное выше предположение

М. К. Пильтенко (Пильтенко, 1964) об участии солей в образовании щелочных пород никакой поддержки в петрологической литературе не получило. Более значимая роль солям и особенно рассолам отводится в процессах связанного с магматизмом рудогенеза.

Одним из преимуществ предлагаемой нами модели контаминации магмы веществом соленосных (и карбонатно-соленосных) комплексов является масштабность и локализованность резерва заключенных в них щелочных и летучих компонентов, а потому ее способность объяснить важнейшие особенности щелочных комплексов. Для любых мантийных поступлений количество этих компонентов ограничивается не только их вероятными концентрациями в составе глубинных флюидов, но и возможной общей массой самих флюидных поступлений, даже с учетом вероятности их относительной длительности. Модель позволяет обсуждать процессы контаминации магмы солями, так же как важный фактор фракционирования, раскрывает новые механизмы и причины его реализации. Она дает адекватное объяснение факту раздельного нахождения в природе калиевых и натриевых типов щелочных комплексов, рассогласованости их накопления. Новое толкование получают многие неоднократно отмечавшиеся исследователями специфические, «непонятные» и даже парадоксальные черты состава и строения щелочных пород (Бородин, 1974; Когарко, 1977; Щелочные породы 1976).

Однако стоит подчеркнуть, что эта модель предлагается не в качестве альтернативы существующим представлениям. Она не отрицает возможности возникновения магм повышенной щелочности уже в мантии, так же как и участия других обсуждаемых механизмов роста щелочности в процессе эволюции магм. Весьма вероятна реализация разных вариантов щелочного магмогенеза и наличие (и даже совмещение) щелочных пород разного генезиса, обязанных разным геологическим факторам.

Перспективно использование прогнозных возможностей рассмотренной модели при изучении как щелочных, так и соленосных комплексов. Наличие в областях современ- ной или былой тектоно-магматической активизации солей (или признаков их былого присутствия) может служить предпосылкой возможного наличия проявлений щелочного магматизма, а распространение щелочных комплексов – современного или былого присутствия солей. Наиболее значимыми предпосылками развития щелочного магматизма являются признаки былого наличия в глубоких частях разрезов древних (домагматиче-ских) погребенных солей, ныне преимущественно лишь их реликтов, а чаще – проявлений во вмещающих породах солянотектонических деформаций. Важным косвенным показателем является также наличие «молодых» (син- и постмагматических) солей инъекционно-осадочной природы, не являющихся участниками щелочного магматизма. В конкретных регионах для появления щелочных объектов перспективны области пересечения зон восходящих внедрений мантийных магм с уровнями более древних соленосных комплексов. Предлагаемая модель должна способствовать привлечению более серьезного внимания к соленосности разрезов также при исследовании гидротермально-метасоматических и других эндогенных процессов повышенной щелочности, весьма часто рудоносных. Анализ процессов контаминации магм солями и взаимодействий между ними – возможный ключ к познанию природы этих образований и к раскрытию причин их рудоносности.

Хотя геологические положения рассматриваемой модели, безусловно, требуют дальнейших целенаправленных исследований, все же хотелось бы, чтобы и предлагаемая модель, включающая в число исследуемых факторов реально существующие мощные коровые источники щелочных и летучих металлов, заняла место в качестве закономерного звена в системе обсуждаемых представлений о щелочном магмообразовании.

Исследования выполнены при финансовой поддержке Министерства природных ресурсов и экологии РФ и Российского Фонда фундаментальных исследований (проекты 07-05-00907-а, 10-05-00555-а, 16-15-20048-Д-с).