Петрогеохимические особенности пород Котурского массива (Кузнецкий Алатау)

Автор: Полюхова М.В., Чернышов А.И.

Статья в выпуске: 4 (304), 2020 года.

Бесплатный доступ

Объектом изучения являются породы юлинского комплекса на примере Котурского массива, расположенного на юго-восточном склоне Батеневского кряжа в Кузнецком Алатау. Исследуемый массив сложен преимущественно породами сиенит-граносиенитовой магматической формации. Актуальность исследования обусловлена появлением новых данных о составе пород юлинского комплекса, с которыми связаны медно-молибденовые рудопроявления. Поэтому породы массива представляют несомненный интерес для более детального их изучения. Петрогеохимическая характеристика пород Котурского массива приводилась преимущественно по оригинальным результатам силикатного и ICP-MS-анализов с целью выяснения закономерностей вариации составов и определения их эволюционной направленности. Установленные петрогеохимические особенности пород Котурского массива отражают их кристаллизацию из дифференцированных магматических расплавов, которые в различной степени контаминированы веществом земной коры. Закономерности распределения петро- и микроэлементов свидетельствуют о принадлежности пород массива к островодужно-коллизионным и преимущественно внутриплитным гранитоидам. Породы Котурского массива являются типичными для юлинского магматического комплекса малых интрузий.

Еще

Батеневский кряж, юлинский комплекс, петрография, сиениты, граносиениты, граниты, петрогеохимия, эволюция

Короткий адрес: https://sciup.org/149129423

IDR: 149129423 | DOI: 10.19110/geov.2020.4.4

Текст научной статьи Петрогеохимические особенности пород Котурского массива (Кузнецкий Алатау)

Рис. 1. Схема геологического строения Котурского массива (составлена по материалам [7] с дополнениями авторов): 1 — углеродисто-кремнистые сланцы сорнинской свиты; 2 — известняки мартюхинской свиты; 3 — доломиты, известняки биджинской свиты, 4 — породы сиенит-граносиенитовой ассоциации юлинского комплекса: 5 — сиениты, 6 — граносиениты, 7 — умереннощелочные граниты, умереннощелочные лейкограниты; 8 — место отбора проб. Границы распространения пород условные. На врезке показано географическое положение Котурского массива

Fig. 1. The geological structure of the Kotursky massif (compiled from materials [7] with the additions of the authors): 1 — carbonaceous-siliceous schists of the Sorninsky suite; 2 — limestones of the Martyukhinskaya suite; 3 — dolomites, limestones of the Bigin suite, 4 — rocks of the syenite-granosyenite association of the Yulinsk complex: 5 — syenites, 6 — granosyenites, 7 — moderate alkaline granites, moderate — alkaline leucogranites; 8 — sampling site. The boundaries of the distribution of rocks are conditional. The inset shows the geographical location of the Kotursky massif

Рис. 2. TAS-диаграмма [9] для пород Котурского массива: 1 — граниты, умереннощелочные граниты, умереннощелочные лейкограниты; 2 — граносиениты, 3 — сиениты

Fig. 2. TAS diagram [9] for rocks of the Kotursky massif. 1 — granites, moderately alkaline granites, moderately alkaline leucogranites;

2 — granosyenites, 3 — syenites

ферии граносиенитами; краевые части представлены гранитами. Вмещающими породами массива являются кембрийские отложения мартюхинской и биджин-ской свит, сложенными преимущественно известняками. В эндоконтактовых частях известняки нередко подвергаются скарнированию. В скарновых образованиях отмечаются рудная минерализация и рудопрояв-ления меди и молибдена.

Для проведения аналитических исследований использовались образцы пород, отобранных из коренных выходов в ходе маршрутных исследований в период проведения геолого-поисковых работ ООО «Сибирская горнорудная компания» в 2018—2019 гг. Вещественный состав пород определялся силикатным анализом по стандартной методике в испытательной лаборатории ОАО «Минусинская ГРЭ» (г. Минусинск, 12 анализов), восемь анализов заимствованы из дополнительных источников [5, 7]. Определение элементов-примесей проводилось методом ICP-MS в ЦКП «Аналитический центр геохимии природных систем» ТГУ (г. Томск, 15 анализов).

Петрогеохимическая характеристика пород Котурского массива

Породы Котурского массива отличаются значительной вариацией петрографического состава. Однако они представлены главным образом сиенитами, граносиенитами и гранитами, что соответствует их петрохимическим типам на TAS-диаграмме (рис. 2). По соотношению щелочей и кремнезема породы комплекса относятся преимущественно к умереннощелочным породам.

Детальная петрохимическая характеристика главных типов пород Котурского массива рассматривается в эволюционном ряду «сиениты — граносиениты — граниты» и предусматривает их образование из исходной мантийный магмы основного состава, которая в процессе перемещения в верхние этажи литосферы, вероятно, неоднократно претерпела магматическую дифференциацию и контаминацию вмещающими коровыми породами с образованием производных расплавов субщелочного и кислого состава. Петрохимический анализ пород массива проводится по результатам силикатных анализов исследуемых пород (табл. 1).

Таблица 1. Химический состав пород Котурского массива (мае. %)

Table 1. The chemical composition of the rocks of the Kotursky massif (wt. %)

Элементы Elements	Сиениты / Syenites				Граносиениты / Granosyenites
Элементы Elements	6C2-2	20022	3C2-2	911912	270	2-C1-1	1-C3-3	12-C3-3	20023	5C3-4
SiO 2	63.36	62.00	63.32	66.57	66.56	66.96	65.10	63.94	64.73	64.25
TiO 2	0.48	0.66	0.51	0.31	0.39	0.50	0.53	0.54	0.59	0.52
AI 2 O 3	15.92	17.00	16.27	15.97	15.55	15.49	15.41	17.07	17.10	16.46
Fe 2 O 3	4.76	2.20	4.90	2.35	3.26	3.79	4.93	5.15	1.00	4.49
FeO	1.72	2.92	2.78	2.00	1.11	1.65	2.97	1.13	1.04	2.12
MnO	1.12	0.09	1.20	0.06	0.04	0.93	1.28	0.86	0.07	1.26
MgO	0.07	1.56	0.08	0.49	1.39	0.05	0.58	0.06	1.36	0.06
CaO	2.69	3.26	2.44	1.08	2.07	1.91	2.37	2.68	3.25	2.30
Na₂O	6.85	5.65	7.35	5.80	4.53	5.27	4.46	4.13	5.98	6.34
K 2 O	3.60	3.76	2.16	4.59	3.79	3.14	3.10	3.00	3.43	2.84
P 2 O 5	0.30	0.24	0.27	0.08	0.30	0.30	0.28	0.18	0.30	0.33
ППП / POI	0.75	0.69	0.76	0.43	0.74	1.11	0.97	2.29	1.06	0.95
Сумма/Sum	99.70	100.00	99.00	99.70	99.70	99.30	98.70	101.00	99.90	99.60
Элементы	Граносиениты / Granosyenites					Граниты / Granites
Elements	20021-2	516	519а	2-C2-2	911972	516в	516б	20024	20021-3	20024-1
SiO 2	66.33	67.16	68.17	69.20	67.68	69.34	70.23	72.56	73.44	75.03
TiO 2	0.44	0.41	0.37	0.36	0.45	0.39	0.39	0.20	0.17	0.08
A2 O 3	16.17	17.73	16.72	14.64	15.66	16.26	15.98	14.37	13.12	13.03
Fe 2 O 3	1.50	1.53	3.41	4.40	2.46	2.52	2.83	1.16	0.84	0.90
FeO	1.77	0.14	0.29	3.52	2.10	0.90	0.45	0.58	1.67	0.43
MnO	0.05	0.02	0.01	0.60	0.06	0.05	0.01	0.02	0.03	0.02
MgO	0.57	0.30	0.28	0.04	0.78	0.70	0.14	0.24	0.27	0.13
CaO	1.66	1.94	0.53	1.43	1.35	1.67	1.77	0.43	0.71	0.31
Na₂O	5.72	5.46	5.22	5.60	4.97	3.55	2.87	5.27	4.09	4.62
K 2 O	4.04	4.11	3.77	3.17	3.37	2.95	3.16	3.43	4.65	4.35
P 2 O 5	0.18	0.30	0.30	0.18	0.15	0.18	0.14	0.30	0.05	0.02
ППП / POI	1.44	1.02	0.75	0.54	0.94	2.29	1.11	1.06	0.91	0.95
Сумма/Sum	99.90	100.10	99.80	99.80	100.00	100.80	99.10	100.00	99.90	100.00

Примечание. Заимствованные анализы: № 20022, 20023, 20021-2, 20024, 20021-3, 20024-1 — [5], 911912, 911972 — [7].

Note. Derived analyses: 20022, 20023, 20021-2, 20024, 20021-3, 20024-1 — [5], 911912, 911972 — [7].

В нормальном гомодромном ряду от сиенитов к граносиенитам отмечаются незначительные тенденции к дальнейшему увеличению содержаний SiO 2 (от 62.00 до 69.20 %), уменьшению CaO (от 3.26 до 1.35 %) и Na₂O (от 7.35 до 4.13 %).

В ряду от граносиенитов к гранитам отмечается увеличение содержаний SiO 2 (от 63.94 до 70.23 %). Проявляется отчетливая тенденция к уменьшению содержаний TiO 2 (от 0.59 до 0.39 %), суммарного FeO (от 7.90 до 3.28 %), MnO (от 1.28 до 0.01 %), CaO (от 3.25 до 1.67 %), Na₂O (от 6.85 до 2.87 %), К₂О (от 4.11 до 2.95 %), P₂O₅ (от 0.33 до 0.14 %).

Среди гранитов выделяются граниты нормальной щелочности и умереннощелочные. В этом ряду отчетливо прослеживается увеличение содержаний SiO 2 (от 69.34 до 75.03 %), Na₂O (от 2.87 до 5.27 %), К₂О (от 2.95 до 4.65 %) и уменьшение TiO₂ (от 0.39 до 0.08 %), Al₂O₃(от 16.25 до 13.03 %), суммарного FeO (от 3.42 до 1.74%), CaO (от 1.77 до 0.31 %).

Эволюция составов пород в ряду «сиениты — граносиениты — граниты» отчетливо прослеживается на

Рис. 3. Поля составов пород Котурского массива на диаграммах Харкера [12]: 1 — граниты, умереннощелочные граниты, умереннощелочные лейкограниты, 2 — граносиениты, 3 — сиениты

Fig. 3. Fields of rock compositions of the Kotursky massif on the Harker diagrams [12]. 1 — ranites, moderately alkaline granites, moderately alkaline leukogranites, 2 — granosyenites, 3 — syenites диаграммах Харкера (рис. 3). Распределение фигуративных точек на диаграммах показывает, что поля составов пород обычно перекрываются, однако на них можно установить эволюционные тренды изменения содержаний для некоторых элементов. Так, для SiO2 — CaO, Na2O прослеживается тренд убывания в ряду «сиениты — граносиениты — граниты». Для TiO2 отмечается также постепенное убывание содержаний в эволюционном ряду. Другие элементы не обнаруживают заметного закономерного изменения.

На классификационной диаграмме [11] «(Na 2 O + K 2 O — CaO) — SiO 2 » в ряду «сиениты — граносиениты — граниты» фигуративные точки последовательно попадают в поля щелочно-известковой — известковощелочной и щелочной серий, преимущественно в первые две. Полученные результаты хорошо согласуются с данными О. Ю. Перфиловой [3].

Анализ распределения редкоземельных элементов (РЗЭ) в исследуемых породах массива показал, что в гранитах отмечается наиболее низкое суммарное содержание РЗЭ (до 180 г/т), что характеризует конечную стадию формирования пород массива. В сиенитах отмечается незначительное отличие (269—328 г/т, среднее — 299 г/т) от содержаний РЗЭ в граносиени-тах, где содержание возрастает (310—384 г/т, среднее — 337 г/т). На диаграмме распределения РЗЭ, нормированных к хондриту С1 [10], отчетливо видно, что тренды для сиенитов, граносиенитов, гранитов имеют сходство и характеризуются отрицательным наклоном (рис. 5).

Породы Котурского массива обогащены легкими РЗЭ с последовательным понижением содержаний к средним и тяжелым элементам. Повышенные содержания характерны для сиенитов и граносиенитов с преобладанием последних. При этом отчетливо видно, что их содержания минимальные для гранитов.

Рис. 4. Составы пород Котурского массива на классификационной диаграмме [11] «(Na₂O + K₂O — CaO) — SiO₂». 1 — граниты, умереннощелочные граниты, 2 — граносиениты, 3 — сиениты

Fig. 4. Compositions of rocks of the Kotursky massif in the classification diagrams [11] «(Na 2 O + K 2 O — CaO) — SiO 2 ». 1 — granites, moderately alkaline granites, 2 — granosyenites, 3 — syenites 29

В распределении редких элементов в ряду «сиениты — граносиениты — граниты!» можно выделить три тренда (табл. 2). Для первого характерно уменьшение в этом ряду Cu, Zn, U, для второго отмечается уменьшение Rb, Pb, Be, Cs. Mo. Для третьего тренда выявлено увеличение содержаний Ti, Ba, Sr, V, Ga, Sc от сиенитов к гра-носиенитам с последующим уменьшением к гранитам.

Мультиэлементные спектры (рис. 5), нормированные по примитивной мантии [14], характеризуются ярко выраженными отрицательными аномалиями по Cs, Ba, Nb, Eu. Тренды распределения имеют схожий характер для каждой из фаз формирования массива. Наиболее четко проявленная отрицательная ниобиевая аномалия в распределении элементов может быть явным признаком контаминации расплава и индикатором вовлечения корового компонента в магматические процессы. Наибольшие значения для крупноионных литофильных элементов характерны для гранитов, что характеризует конечную стадию формирования и связь с флюидами земной коры.

Обсуждение результатов исследования

Полученные результаты свидетельствуют, что породы Котурского массива отличаются заметной вари-ационностью щелочности от нормальнощелочных до умереннощелочных со значительным преобладанием последних.

На классификационной диаграмме Фроста [12] отчетливо видно, что составы пород массива попадают в поля высокоглиноземистых и малоглиноземистых гра-нитоидов (рис.6) [11]. На дискриминационных геохимических диаграммах [13] устанавливается, что породы массива попадают в поле преимущественно внутри-плитных гранитоидов и иногда в поле островодужноколлизионных (рис. 6).

Выводы

Таким образом, петрогеохимические особенности пород Котурского массива, очевидно, отражают их кри-

Таблица 2. Содержание редких элементов в породах Котурского массива (г/т) Table 2. The content of rare elements of rocks of the Kotursky massif (g/t)

№ п. п.	Сиениты / Syenites		Граносиениты / Granosyenites					Граниты / Granites
Element/Проба	3-C2-2	6-C2-2	5C3-4	3-C1-1	1-C3-3	2-C1-1	12-C3-3	2-C2-2	ПК-23
Ba	339.6	1257.3	1281.9	1328.5	1400.3	1412.1	1134.5	1121.8	151.6
Sr	529.2	1044.8	1411.9	1303.3	1245.5	1295.7	404.1	872.1	27.4
Rb	53.4	89.6	90.8	101.9	101.2	115.8	91.4	126.3	158.5
Zr	69.4	59.9	4.6	67.4	90.9	92.4	105.2	54.0	96.3
Zn	41.4	82.5	49.9	46.8	51.7	46.9	77.7	48.8	16.8
V	60.1	61.4	66.5	65.1	70.3	65.4	81.5	39.6	9.4
Ga	22.5	24.8	26.2	26.7	26.2	28.3	23.9	28.0	21.4
Th	15.3	14.4	12.8	15.8	13.9	14.0	17.3	22.1	17.9
Pb	4.7	23.3	12.9	16.2	15.5	15.9	11.1	19.9	9.6
Cu	41.0	42.4	16.0	24.8	19.4	20.9	102.7	15.9	10.5
Y	21.8	24.8	23.9	24.6	24.1	24.9	29.2	11.8	8.9
Sc	4.2	4.3	5.0	4.4	4.8	4.7	5.0	2.6	0.6
U	4.2	2.6	2.5	5.1	2.7	2.9	2.8	2.2	3.7
Nb	23.8	26.8	25.7	27.3	27.3	28.8	34.1	18.5	25.7
Be	2.7	3.3	3.7	3.8	3.5	4.0	2.3	4.4	4.2
Mo	1.4	0.7	1.1	0.8	1.1	0.9	1.2	1.8	_-
Cs	0.2	0.9	0.6	0.7	0.8	1.0	0.3	1.7	0.1
La	62.9	77.0	69.0	69.2	71.4	75.9	89.0	51.2	48.0
Ce	120.9	149.7	140.6	147.5	144.8	156.6	175.1	81.3	82.4
Pr	12.7	16.9	15.1	16.0	16.6	16.9	18.2	7.3	6.0
Nd	45.5	55.1	54.5	56.3	62.4	63.3	64.1	26.0	16.0
Sm	7.2	8.5	8.7	8.8	8.9	9.1	10.2	3.9	2.0
Eu	1.9	2.2	1.9	2.3	2.2	2.3	2.1	1.0	0.4
Gd	6.8	6.6	7.9	6.8	6.7	6.9	9.6	3.9	1.6
Tb	0.8	0.9	0.9	1.0	1.0	1.0	1.1	0.4	0.2
Dy	4.2	4.7	4.7	5.0	4.7	4.9	5.7	2.1	1.3
Ho	0.8	0.9	0.9	1.0	0.9	1.0	1.1	0.4	0.3
Er	2.4	2.6	2.6	2.7	2.5	2.6	3.3	1.3	1.0
Tm	0.4	0.4	0.4	0.4	0.4	0.4	0.5	0.2	0.2
Yb	2.3	2.6	2.4	2.6	2.4	2.6	3.1	1.3	1.4
Lu	0.3	0.4	0.3	0.4	0.3	0.4	0.4	0.2	0.2

Рис. 5. Мультиэлементные диаграммы концентрации элементов в породах Котурского массива: А — нормированные к хондриту С1 [10], В — нормированные по примитивной мантии [14]. 1 — граниты, 2 — граносиениты, 3 — сиениты

Fig. 5. Multi-element concentration diagrams of elements in the rocks of the Kotursky massif: A — normalized to chondrite C1 [10], B — normalized to the primitive mantle [14]. 1 — granites, 2 — granosyenites, 3 — syenites сталлизацию из производных дифференцированных магматических расплавов, образовавшихся из базальтовых магм мантийного происхождения [3]. В процессе перемещения в верхние этажи литосферы они, вероятно, были в различной степени контаминированы коровым веществом. По геохимическим особенностям устанавливается, что породы массива соответствуют преимущественно внутриплитным гранитоидам, реже островодужно-коллизионным. Согласно предыдущим исследованиям, образование исходных расплавов осуществлялось в обстановке активной континентальной окраины андийского типа (тыловых рифтов и надрифтовых прогибов) [1]. Породы Котурского массива являются типичными для юлинского магматического комплекса малых интрузий. Они относятся к си-енит-граносиенитовой формации и представляют собой гранитоиды латитового ряда согласно классификации Л. В. Таусона [8].

Список литературы Петрогеохимические особенности пород Котурского массива (Кузнецкий Алатау)

Котельников А. Д., Макаренко Н. А., Дербан А. Г., Котельникова И. В. и др. Государственная геологическая карта Российской Федерации масштаба 1: 200 000. Издание второе. Серия Минусинская. Лист N-46-XIX (Усть-Бюрь). Объяснительная записка. СПб.: Картографическая фабрика ВСЕГЕИ, 2018. 330 с.
Перфилова О. Ю. Особенности вещественного состава юлинского монцонит-граносиенитового комплекса ордовикского возраста (Кузнецкий Алатау) // Минералы и руды Красноярского края. Красноярск: РИУ КНИИГиМС, 1999. С. 75-80.
Перфилова О. Ю., Махлаев М. Л., Сидорас С. Д. Ордовикская вулкано-плутоническая ассоциация в структурах горного обрамления Минусинских впадин // Литосфера. 2004. № 3. С. 137-152.
Полюхова М. В. Особенности вещественного состава сиенит-граносиенитового юлинского комплекса (Республика Хакасия) // Проблемы геологии и освоения недр: Труды XXIII Международного симпозиума имени академика М. А. Усова студентов и молодых ученых, посвященного 120-летию со дня рождения академика К. И. Сатпаева, 120-летию со дня рождения профессора К. В. Радугина (Томск, 8-12 апреля 2019 г.): В 2 т. / Нац. исслед. Том. политех. ун-т, Инжен. школа природ. ресурсов; гл. ред. А. С. Боев; под ред. Е. Ю. Пасечник. Томск: Изд-во ТПУ, 2019. Т. 1 С.124-125.
Рихванов Л. П. и др. Геологическая позиция и возраст Котурского массива батеневского кряжа // Геология и геофизика. 1989. № 8. С. 54-59.

Еще

Статья научная