1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Петрология
  4. T. 31, № 4, 2023

Петрология, 2023, T. 31, № 4, стр. 349-375

Высокофракционированные граниты массива Раумид (Южный Памир): изотопное (δ18О) И геохимическое изучение

Е. О. Дубинина a, *, А. С. Авдеенко a, В. Н. Волков a, С. А. Коссова a, Е. В. Ковальчук a

a Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН
Москва, Россия

* E-mail: elenadelta@inbox.ru

Поступила в редакцию 11.03.2022
После доработки 18.05.2022
Принята к публикации 22.06.2022

Аннотация

На примере “природной лаборатории” – эоценовых гранитов массива Раумид, насчитывающего восемь фаз внедрения, рассмотрены процессы кристаллизационной дифференциации, ретроградного изотопного обмена и автометаморфизма. Работа основана на комплексном (изотопно-кислородном, петрографическом, геохимическом) изучении представительных образцов каждой из фаз внедрения массива. Проведены изотопные и геохимические исследования породообразующих минералов (Qz, Pl, Kfs, Bt), а также их разностей, имеющих визуальные признаки постмагматических изменений. Геохимические черты гранитов массива Раумид соответствуют как гранитам А-типа, так и высокофракционированным гранитам I-типа. Показано, что породы массива Раумид не являются аналогом эоценовых гранитоидов террейна Цяньтан в Центральном Тибете и Ванчского комплекса, как это предполагалось ранее (Chapman et al., 2018). Проведена оценка условий дифференциации кислых расплавов, сформировавших плутон Раумид (Т = 750–800°С, Р = 4.5–7.8 кбар с преимущественной кристаллизацией Pl). Внедрение расплавов в гипабиссальную зону становления плутона протекало как минимум в два этапа: ранний (γ1–γ3) и поздний (γ4–γ8), хотя, возможно, что породы γ7 и γ8 фаз относились к отдельному этапу. Температура закрытия изотопной системы кислорода кварца (Тq) варьирует от 420 до 610°С. Рассмотрено влияние многофазного внедрения расплавов на Тq и кажущиеся скорости остывания. Изучение измененных и неизмененных разностей минералов показало, что автометаморфизм частично перекрывался по времени с ретроградным изотопным кислородным обменом в остывающей породе. Моделирование изменения величины δ18О полевых шпатов при соссюритизации Pl и каолинитизации Kfs описывает наблюдаемые изотопные параметры минералов при ограниченном содержании водного флюида (отношение флюид/минерал 0.3–0.05), который мог отделяться при остывании пород плутона Раумид.

Ключевые слова: массив Раумид, изотопный состав кислорода, δ18О, изотопная термометрия, ретроградный изотопный обмен, граниты, дифференциация, остывание пород, диффузия, автометаморфизм

Список литературы

  1. Волков В.Н. Генезис вертикальной зональности Раумидского гранитного Плутона (Южный Памир) // Изв. АН СССР. Сер. Геолог. 1990. № 6. С. 52–63.

  2. Волков В.Н., Негрей Е.В. Строение плутона Раумид и проблема становления гранитных интрузивов // Сов. геология. 1974. № 3. С. 46–59.

  3. Волков В.Н., Шатагин К.Н., Крамчанинов А.Ю. О роли процессов контаминации и гибридизма при формировании гранитов многофазного раумидского массива (Памир) по данным изотопного Sm-Nd исследования // Докл. АН. 2016. Т. 470. № 3. С. 331–334.

  4. Гребенников А.В. Гранитоиды А-типа: проблемы диагностики, формирования и систематики // Геология и геофизика. 2014. Т. 55. № 9. С. 1356–1373.

  5. Дубинина Е.О., Носова А.А., Авдеенко А.С. и др. Изотопная (Sr, Nd, O) систематика высоко-Sr-Ba гранитоидов позднемиоценовых интрузивов района Кавказских Минеральных Вод // Петрология. 2010. Т. 18. № 3. С. 227–256.

  6. Дубинина Е.О., Андреева О.А., Авдеенко А.С. и др. Фракционирование изотопов кислорода в системе фенокрист–расплав: оценка равновесий в щелочных лавах вулкана Чанбайшань (Северо-Восточный Китай) // Петрология. 2020. Т. 28. № 5. С. 545–560.

  7. Костицын Ю.А., Волков В.Н. Неоднородность первичного изотопного состава стронция и петрогенезис гранитов Раумидского массива (Южный Памир) // Геохимия. 1989. № 6. С. 853–864.

  8. Костицын Ю.А., Волков В.Н., Журавлев Д.З. Редкие элементы и эволюция гранитного расплава (на примере Раумидского массива, Ю. Памир) // Геохимия. 2007а. № 10. С. 1057–1069.

  9. Костицын Ю.А., Белоусова Е.А., Волков В.Н. и др. Сравнительные исследования изотопного и элементного состава цирконов и материнских гранитов Раумидского массива // Материалы XVIII симпозиума по геохимии изотопов им. А.П. Виноградова, Москва, 14–16 ноября 2007 г. М.: ГЕОХИ РАН, 2007б. С. 51–52.

  10. Шатагин К.Н., Волков В.Н. Особенности Rb-Sr изотопной системы гранитов: результаты сравнительного изучения свежей и измененной разности плагиоклаза из лейкогранитов Раумидского массива (Памир) // Докл. АН. 2020 Т. 493. № 2 С. 41–44.

  11. Anderson J.L. Status of thermobarometry in granitic batholiths // Earth Environ. Sci. Trans. R. Soc. Edinburgh. 1996. V. 87. № 1–2. P. 125–138.

  12. Bachmann O., Bergantz G.W. On the origin of crystal-poor rhyolites: extracted from batholithic crystal mushes // J. Petrol. 2004. V. 45. № 8. P. 1565–1582.

  13. Bartley J.M., Glazner A.F., Stearns M.A. et al. The granite aqueduct and autometamorphism of plutons // Geosciences. 2020. V. 10. Iss. 4. P. 136.

  14. Boehnke P., Watson E.B., Trail D. et al. Zircon saturation re-revisited // Chem. Geol. 2013. V. 351. P. 324–334

  15. Bonin B. Ultrametamorphism and crustal anataxis // Geology. 2007. V. II. 7 p.

  16. Brown M. Granite: from genesis to emplacement // Geol. Soc. Amer. Bull. 2013. V. 125. P. 1079–1113.

  17. Bucholz C.E., Jagoutz O., VanTongeren J.A. et al. Oxygen isotope trajectories of crystallizing melts: Insights from modeling and the plutonic record // Geochim. Cosmochim. Acta. 2017. V. 207. P. 154–184.

  18. Castillo P.R. Adakite petrogenesis // Lithos. 2012. V. 134–135. P. 304–316.

  19. Chacko T., Cole D.R., Horita J. Equilibrium oxygen, hydrogen and carbon isotope fractionation factors applicable to geological systems // Stable isotope geochemistry. Rev. Mineral. Geochem. 2001. V. 43. P. 1–81.

  20. Chapman J.B., Scoggin S.H., Kapp P. et al. Mesozoic to Cenozoic magmatic history of the Pamir // Earth Planet. Sci. Lett. 2018. V. 482. P. 181–192.

  21. Collins W.J., Beams D.S., Whitea J.R. et al. Nature and origin of A-type granites with particular reference to southeastern Australia // Contrib. Mineral. Petrol. 1982. V. 80. P. 189–200.

  22. Creaser R.A., Price R.C., Wormald R.J. A-type granites revisited: assessment of a residual-source model // Geology. 1991. V. 19. P. 163–166.

  23. Dennis P.F. Oxygen self-diffusion in quartz under hydrothermal conditions // J. Geoph. Res. 1984a. V. 89. P. 4047–4057.

  24. Dennis P.F. Oxygen self-diffusion in quartz // Prog. Exp. Petrol. NERC Publ. D. 1984b. V. 25. P. 260–265.

  25. Dodson M.I. Closure temperature in cooling geochronological and petrological systems // Contrib. Mineral. Petrol. 1973. V. 40. P. 259–274.

  26. Dong Q., Du Y., Pang Z. et al. Composition of biotite within the Wushan granodiorite, Jiangxi Province, China: petrogenetic and metallogenetic implications // Earth Sci. Res. J. 2014. V. 18. № 1. P. 39–44.

  27. Dubinina E.O., Lakshtanov L.Z. A kinetic model of isotopic exchange in dissolution-precipitation processes // Geochim. Cosmochim. Acta. 1997. V. 61. P. 2265–2273.

  28. Dubinina E.O., Aranovich L.Y., van Reenen D.D. et al. Involvement of fluids in the metamorphic processes within different zones of the Southern Marginal Zone of the Limpopo complex, South Africa: an oxygen isotope perspective // Precambr. Res. 2015. V. 256. P. 48–61.

  29. Ducea M.N., Seclaman A.C., Murray K.E. et al. Mantle drip magmatism beneath the Altiplano-Puna plateau, central Andes // Geology. 2013. V. 41. № 8. P. 915–918.

  30. Eby N. Chemical subdivision of the A-type granitoids: petrogenetic and tectonic implications // Geology. 1992. № 1. P. 641–644

  31. Farquhar J., Chacko T., Frost B.R. Strategies for high-temperature oxygen isotope thermometry: a worked example from the Laramie Anorthosite Complex, Wyoming, USA // Earth. Planet. Sci. Lett. 1993. V. 117. P. 407–422.

  32. Fiebig J., Hoefs J. Hydrothermal alteration of biotite and plagioclase as inferred from intragranular oxygen isotope- and cation-distribution patterns // Eur. J. Mineral. 2002. V. 14. P. 49–60.

  33. Frost C.D., Frost B.R. Reduced rapakivi-type granites: the tholeiite connection // Geology. 1997. V. 25. P. 647–650.

  34. Frost C.D., Frost B.R. On ferroan (A-type) granitoids: their compositional Variability and Modes of Origin // J. Petrol. 2011. V. 52. № 1. P. 39–53.

  35. Frost B.R., Arculus R.J., Barnes C.G. et al. A geochemical classification of granitic rocks // J. Petrol. 2001. V. 42. № 11. P. 2033–2048.

  36. Frost C., Frost B., Bell J. et al. The relationship between A-type granites and residual magmas from anorthosite: evidence from the northern Sherman batholith, Laramie Mountains, Wyoming, USA // Precambr. Res. 2002. V. 119. P. 45–71.

  37. Gao P., Zhao Z.-F., Zheng Y.-F. Petrogenesis of Triassic granites from the Nanling Range in South China: implications for geochemical diversity in granites // Lithos. 2014. V. 210–211. P. 40–56.

  38. Gao P., Zheng Y.-F., Zhao Z.-F. Experimental melts from crustal rocks: a lithochemical constraint on granite petrogenesis // Lithos. 2016. V. 266. P. 133–157.

  39. Giletti B.J. Diffusion effects on oxygen isotope temperatures of slowly cooled igneous and metamorphic rocks // Earth. Planet. Sci. Lett. 1986. V. 77. P. 218–228.

  40. Harris C., Faure K., Diamond R.E. et al. Oxygen and hydrogen isotope geochemistry of S-and I-type granitoids: the Cape Granite suite, South Africa // Chem. Geol. 1997. V. 143. P. 95–114.

  41. Henry D.J., Guidittic C.V., Thomson J.A. The Ti-saturation surface for low-to-medium pressure metapelitic biotites: implications for geothermometry and Ti-substitution mechanisms // Amer. Mineral. 2005. V. 90. P. 316–328.

  42. Holtz F., Becker A., Freise M. et al. The water-undersaturated and dry Qz-Ab-Or system revisited. Experimental results at very low water activities and geological implications // Contrib. Mineral. Petrol. 2001. V. 141. P. 347–357.

  43. Jenkin G.R.T., Farrow C.M., Fallic A.E. et al. Oxygen isotope exchange and closure temperatures in cooling rocks // J. Metamorph. Petrol. 1994. V. 12. P. 221–215.

  44. King E.M., Valley J.W., Stockli D.F. et al. Oxygen isotope trends of granitic magmatism in the Great Basin: location of the Precambrian craton boundary as reflected in zircons // Geol. Soc. Amer. Bull. 2004. V. 116. № 3–4. P. 451–462.

  45. Kohn M.J. Why most “dry” rocks should cool “wet” // Amer. Mineral. 1999. V. 84. P. 570–580.

  46. Kohn M.J, Valley J.W. Obtaining equilibrium oxygen isotope fractionations from rocks: theory and examples // Contrib. Mineral. Petrol. 1998. V. 132. P. 209–224.

  47. Lee C-T. A., Morton D.M. High silica granites: Terminal porosity and crystal settling in shallow magma chambers // Earth. Planet. Sci. Lett. 2015. V. 409. P. 23–31.

  48. Long X., Wilde S.A., Wang Q. et al. Partial melting of thickened continental crust in central Tibet: evidence from geochemistry and geochronology of Eocene adakitic rhyolites in the northern Qiangtang Terrane // Earth Planet. Sci. Lett. 2015. V. 414. P. 30–44.

  49. Luth W. C., Jahns R. H., Tuttle O. F. The granite system at pressures of 4 to 10 kilobars // J. Geophys. Res. 1964. V. 69. Iss. 4. P. 759–773.

  50. Mohammadi N., Lentz D., McFarlane C. et al. Biotite composition as a tool for exploration: an example from Sn-W-Mo-bearing Mount Douglas Granite, New Brunswick, Canada // Lithos. 2021. V. 382–383. P. 105926.

  51. Moyen J.-F. High Sr/Y and La/Yb ratios: the meaning of the “adakitic signature” // Lithos. 2009. V. 112. P. 556–574.

  52. Nachit H., Ibhi A., Abia E. H. et al. Discrimination between primary magmatic biotites, reequilibrated biotites and neoformed biotites // C. R. Geosci. 2005. V. 337. № 16. P. 1415–1420.

  53. O’Neil J. R., Chappell B. W. Oxygen and hydrogen isotope relations in the Berridale Batholith // J. Geol. Soc. 1977. V. 133. P. 559–71.

  54. O’Neil J.R., Taylor H.P.J. The oxygen isotope and cation exchange // Amer. Mineral. 1967. V. 52. P. 1414–1437.

  55. Ou Q., Wang Q., Wyman D.A. et al. Eocene adakitic porphyries in the central-northern Qiangtang Block, central Tibet: partial melting of thickened lower crust and implications for initial surface uplifting of the plateau // J. Geophys. Res., Solid Earth. 2017. V. 122. P. 1025–1053.

  56. Pearce J.A., Harris N.B.W., Tindle A.J. Trace element discrimination diagrams for the tectonic interpretation of granitic rocks // J. Petrol. 1984. V. 25. P. 956–983.

  57. Savko K.A., Samsonov A.V., Kholina N.V. et al. 2.6 Ga high-Si rhyolites and granites in the Kursk Domain, Eastern Sarmatia: petrology and application for the Archaean palaeocontinental correlations // Precambri. Res. 2019. V. 322. P. 170–192.

  58. Sharp Z.D. A laser-based microanalytical method for the in situ determination of oxygen isotope ratios in silicates and oxides // Geochim. Cosmochim. Acta. 1990. V. 54. P. 1353–1357.

  59. Shabbani A.T., Lalonde A. Composition of biotite from granitic rocks of the Canadian Appalachian: a potential tectonomagmatic indicator? // Can. Mineral. 2003. V. 41. № 6. P. 1381–1396.

  60. Siegel K., Williams‑Jones A.E., Stevenson R. A Nd‑ and O‑isotope study of the REE‑rich peralkaline Strange Lake granite: implications for Mesoproterozoic A‑type magmatism in the Core Zone (NE‑Canada) // Contrib. Mineral. Petrol. 2017. V. 172. P. 54.

  61. Simon L., Lécuyer C. Continental recycling: the oxygen isotope point of view // Geochem. Geophys. Geosyst. 2005. V. 6. № 8. P. 1–10.

  62. Steinitz A., Katzir Y., Valley J.W. et al. The origin, cooling and alteration of A-type granites in southern Israel (northernmost Arabian–Nubian shield): a multi-mineral oxygen isotope study // Geol. Mag. 2009. V. 146. № 2. P. 276–290.

  63. Sylvester P.J. Post-collisional alkaline granites // J. Geol. 1989. V. 97. P. 261–280.

  64. Trumbull R.B., Harris C., Frindt S. et al. Oxygen and neodymium isotope evidence for source diversity in Cretaceous anorogenic granites from Namibia and implications for A-type granite genesis // Lithos. 2004. V. 73. P. 21–40.

  65. Uchida E., Endo S., Makino M. Relationship between solidification depth of granitic rocks and formation of hydrothermal Ore Deposits // Resour. Geol. 2007. V. 57. P. 47–56.

  66. Valley J.W. Stable isotope thermometry at high temperatures // Stable Isotope Geochemistry. Rev. Mineral. Geochem. 2001. V. 43. P. 365–414.

  67. Valley J.W., Kitchen N., Kohn M.J. et al. UWG-2, a garnet standard for oxygen isotope ratios: Strategies for high precision and accuracy with laser heating // Geochim. Cosmochim. Acta. 1995. V. 59. P. 5223–5231.

  68. Vho A., Lanari P., Rubatto D. An internally-consistent database for oxygen isotope fractionation between minerals // J. Petrol. 2020. https://doi.org/10.1093/petrology /egaa001

  69. Wang J., Dan W., Wang Q. et al. High-Mg# adakitic rocks formed by lower-crustal magma differentiation: mineralogical and geochemical evidence from garnet-bearing diorite porphyries in Central Tibet // J. Petrol. 2021. V. 62. Iss. 4. https://doi.org/%2010.1093/petrology/egaa099

  70. Wang Q., Wyman D.A., Xu J. et al. Eocene melting of subducting continental crust and early uplifting of central Tibet: evidence from central-western Qiangtang high-K calc-alkaline andesites, dacites and rhyolites // Earth Planet. Sci. Lett. 2008. V. 272. P. 158–171.

  71. Watson E.B., Harrison M. Zircon saturation revisited: temperature and composition effects in a variety of crustal magma types // Earth Planet. Sci. Lett. 1983. V. 64. P. 295–304.

  72. Wei C.S., Zheng Y.F., Zhao Z.F. Hydrogen and oxygen isotope geochemistry of A-type granites in the continental margins of eastern China // Tectonophysics. 2000. V. 328. P. 205–227.

  73. Wei C.S., Zheng Y.F., Zhao Z.F. et al. Oxygen and neodymium isotope evidence for recycling of juvenile crust in northeast China // Geology. 2002. V. 30 Iss. 4. P. 375–378.

  74. Weinberg R. F., Hasalova P. Water-fluxed melting of the continental crust: a review // Lithos. 2015. V. 212–215. P. 158–188.

  75. Whalen J.B., Currie K.L., Chappell B.W. A-type granites: geochemical characteristics discrimination and petrogenesis // Contrib. Mineral. Petrol. 1987. V. 95. P. 407–419.

  76. Whalen J.B., Jenner G.A., Longstaffe F.J. et al. Geochemical and isotopic (O, Nd, Pb and Sr) constraints on A-type granite petrogenesis based on the Topsails igneous suite, Newfoundland Appalachians // J. Petrol. 1996. V. 37. Iss. 6. P. 1463–1489.

  77. Wu F.Y., Jahn B.M., Wilde S.A. et al. Highly fractionated I-type granites in NE China (II): isotopic geochemistry and implications for crustal growth in the Phanerozoic // Lithos. 2003. V. 67. № 3–4. P. 191–204.

  78. Wu F.Y., Liu X.C., Ji W.Q. et al. Highly fractionated granites: recognition and research // Sci. China: Earth Sci. 2017. V. 60. № 7. P. 1201–1219.

  79. Yang X.M., Lentz D.R., Chi G. Ferric-ferrous iron oxide ratios: effect on crystallization pressure of granites estimated by Qtz-geobarometry // Lithos. 2021. V. 380–381. P. 105920.

  80. Yang W.B., Niu H.C., Hollings P. et al. The role of recycled oceanic crust in the generation of alkaline A-type granites // J. Geophys. Res. Solid Earth. 2017. V. 122. Iss. 12. Р. 9775–9783.

  81. Zhang B., Chen C., Gong X. et al. The Kamusite A2-type granites in the Karamaili tectonic belt, Xinjiang (NW China): tracing staged postcollisional delamination in the eastern Junggar // Geol. Mag. 2020. https://doi.org/10.1017/S0016756820000813

  82. Zhang X.H., Yuan L.L., Xue F.H. et al. Early permian A-type granites from central Inner Mongolia, North China: magmatic tracer of post collisional tectonics and oceanic crustal recycling // Gondwana Res. 2014. https://doi.org/10.1016/j.gr.2014.02.011

  83. Zhao Z.F., Zheng Y.F. Calculation of oxygen isotope fractionation in magmatic rocks // Chem. Geol. 2003. V. 193. P. 59–80.

Дополнительные материалы

скачать EMS_1.xlsx
Supplementary 1: EMS_1.xlsx. Содержание петрогенных оксидов (данные РФА, мас.%) и микроэлементов в гранитах массива Раумид (данные ICP-MS, г/т)
 
 
скачать EMS_2.xlsx
Supplementary 2: EMS_2.xlsx. Содержание петрогенных оксидов (данные РФА, мас.%) и микроэлементов в гранитах массива Раумид (данные РФА, г/т)

Инструменты

следующая статья выпуска содержание выпуска

Петрология

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал