Ю.А.Костицын
Опубликовано в журнале "Природа", N 2, 2000 г. (Окончание. Начало в N 1.)
| Содержание
|
Мы выяснили, как варьируют Rb/Sr и Sm/Nd в источнике гранитов. Теперь рассмотрим вариации этих же отношений в самих гранитах. Оказывается, что зависимость между ними в гранитах (рис.7) не так проста, как в их источниках.
 | |
Рис.7. Изменение Sm/Nd и Eu/Eu* в зависимости от Rb/Sr в различных гранитоидах. Оконтурены поля тех же пород, что и на рис.5. Вертикальными пунктирными линиями разграничены примитивные граниты (Rb/Sr < 0.3) и дифференцированные (Rb/Sr > 0.3).. |
В диапазоне низких отношений Rb/Sr (<0.3), характерных для относительно примитивных пород, мы видим отрицательную корреляцию между Sm/Nd и Rb/Sr, которая находится в согласии с обсуждавшимися выше соотношениями между изотопными составами неодима и стронция. Такой отрицательной зависимости подчиняются океанические базальты - MORB и островодужные (IAB) - и наиболее примитивные гранитоиды. Венчают эту ветвь обратной корреляции между Rb/Sr и Sm/Nd составы речных суспензий (RS). Это поле наиболее верхнекорового вещества занимает пограничное положение между породами с низкими (<0.3) и высокими (>0.3) Rb/Sr.
Гранитоиды с Rb/Sr > 0.3, к которым относятся не только все редкометалльные граниты, но и дифференцированные граниты I- и S-типов, демонстрируют отчетливую положительную корреляцию обоих отношений (рис.7). В наиболее дифференцированных гранитах Sm/Nd выше, чем в мантийном обедненном резервуаре. Исходя из этого факта, мы еще раз подтверждаем сделанный выше вывод, что такие граниты не унаследовали Sm/Nd и Rb/Sr от своего источника, поскольку такого источника с одновременно высокими  TNd и TSr не существует (по крайней мере он до сих пор не найден, несмотря на проведение интенсивных изотопных исследований самых разных пород Земли). По той же причине и любая гипотеза смешения относительно примитивного вещества с таким высоко-Rb/Sr и высоко-Sm/Nd веществом в источнике гранитов также не реальна.
Заметим, что высокодифференцированные граниты, включая редкометалльные, никогда не служили источником для образования каких-либо других пород. И вновь по той же причине - породы с одновременно высокими TNd и TSr в природе не обнаружены. Это, в частности, означает, что граниты не образуются за счет плавления предшествовавших гранитов, по крайней мере гранитов с высокими Rb/Sr.
Наблюдаемый перелом в изменении Sm/Nd по мере роста Rb/Sr в магматических породах связан скорее всего с изменением парагенезиса фракционирующих минералов в материнских расплавах. Наиболее ранние минералы в относительно примитивных гранитоидных и базальтовых расплавах - пироксены, амфиболы (иногда гранат), - определяющие бюджет Sm, Nd, Rb и Sr в изверженных породах, имеют обычно низкое La/Lu, часто даже ниже, чем в хондритах. Кристаллизация этих минералов приводит к возрастанию La/Lu и соответственно уменьшению Sm/Nd в остаточном расплаве. В более дифференцированных гранитоидных расплавах парагенезис ранних минералов сменяется на полевые шпаты, слюды и широкий набор акцессориев, причем именно последние определяют концентрацию редких земель в гранитах. Большинство этих минералов (исключая циркон, доля которого в высокоглиноземистых гранитах незначительна) имеют повышенные отношения La к Lu, и их фракционирование приводит к возрастанию Sm/Nd в остаточном расплаве. Очевидно, эти изменения парагенезиса кристаллизующихся минералов происходят на этапе, когда Rb/Sr в образующихся породах равно примерно 0.3 (рис.7). Столь же закономерные тренды в зависимости от Rb/Sr можно наблюдать на графиках для самых разных элементов и их отношений - Ba, Zr, Ta, Nb, Y и любого лантаноида, а также Ta/Nb, Zr/Hf, La/Lu, хотя конечно характер изменения в каждом случае различен.
Отчетливая положительная корреляция между Sm/Nd и Rb/Sr в редкометалльных гранитах возникла, очевидно, не в результате предварительных процессов в источнике, а непосредственно в процессе образования и эволюции расплава. Для низкофосфористых гранитов основным механизмом дифференциации была фракционная кристаллизация с широким участием полевых шпатов. Это подтверждается, в частности, хорошей корреляцией между Rb/Sr и величиной европиевой аномалии Eu/Eu* для I- и Low-P гранитов (рис.7). Наиболее глубокие европиевые минимумы наблюдаются в породах с самыми высокими Rb/Sr. Простейшие оценки, основанные на коэффициентах распределения Rb, Sr, Eu и остальных редких земель между гранитным расплавом и полевыми шпатами и другими минералами гранитного парагенезиса, показывают, что никакой одностадийный процесс типа частичного плавления или удаления остаточной твердой компоненты из расплава не в состоянии объяснить наблюдаемые широчайшие вариации Rb/Sr и Eu/Eu*. Такое прогрессивное обогащение рубидием и обеднение стронцием и европием в магматическом процессе можно объяснить только глубоким рэлеевским фракционированием.
Точки, отвечающие S- и High-P гранитам на рис.7, образуют широкое поле. Высокодифференцированные High-P граниты с высоким Rb/Sr могут с равным успехом иметь глубокий европиевый минимум, не иметь его вовсе или даже накапливать европий до положительных аномалий. С одной стороны, это может указывать на попутное или более позднее действие других процессов, кроме кристаллизационной дифференциации, например фракционирования или перераспределения элементов в гранитном расплаве и граните при активном участии флюидной фазы. С другой стороны, высокое содержание фосфора в гранитах, который на 90% концентрируется в полевых шпатах, вообще ставит под сомнение участие последних в процессе фракционирования. Если полевые шпаты захватывают фосфор в свою структуру на магматической стадии, их фракционирование должно привести к очень эффективному удалению фосфора из расплава. Следовательно, полевые шпаты либо не участвуют в процессе фракционирования высокофосфористых гранитных расплавов, либо фосфор вплоть до самых последних стадий кристаллизации находится в растворенном состоянии и "высаживается" на уже готовую структуру этих минералов в завершающей стадии кристаллизации гранита.
Назад | Вперед
|
