Строение и условия формирования массивов триасовых щелочных гранитоидов Малочекинского комплекса (Восточно-Магнитогорская зона, Южный Урал)

Глава 4. Щелочные породы малочекинского комплекса.

Геологическое строение массивов щелочных гранитоидов

Малочекинский комплекс щелочных гранитоидов слагает пять относительно крупных массивов в пределах Восточно-Магнитогорской зоны: Чекинский, Богдановский, гор Малая Чека, Длинная и Кудрявая, их сателлиты, а также ряд более мелких трещинных интрузивов (рис. 1).

Практически все массивы хорошо обнажены. В плане массивы имеют схожую морфологию и вытянуты мериди-онально. Размеры тел от 1×2 км до 4×7 км. Интрузивы располагаются в виде двух параллельных цепочек меридионально-го простирания и при-урочены к двум региональным взбросо-сдвигам, имеющим крутое падение (50-70^o) на запад: Карабулакско-Богдановскому на западе и Мало-чекинскому на востоке.

Рис. 1. Схема расположения массивов малочекинского комплекса. Цифрами обозначены массивы: 1 - Чекинский, 2 - Грязнушинский, 3 - Богдановский, 4 - горы Маячной, 5 - горы Кудрявой, 6 - горы Длинной, 7 - Малочекинский (горы Малая Чека)

Восточные контакты массивов, как правило, тектонические, они сопровождаются мощными зонами рассланцевания и катаклаза, а западные местами интрузивные, с широкими зонами роговиков. Комплекс сложен породами трех интрузивных фаз. К первой фазе относятся монцодиориты, ко второй - щелочные сиениты и к третьей - щелочные граниты и щелочные граносиениты.

Чекинский массив, слагает г. Чека (отм. 558 м), на левом берегу р. Урал. Интрузив вытянут в меридиональном направлении, конформно общему простиранию вмещающих вулканогенно-осадочных пород греховской и березовской свит нижнего карбона. Непосредственно в восточном контакте интрузива греховская свита представлена известняками. Березовская свита, представлена в основном риодацитовыми, риолитовыми туфами и брекчиями. В плане интрузив имеет удлиненную форму, плавные очертания, вытянут на 6,5 км, ширина его в южной части составляет ~ 2 км, а в северной - 1 км. Восточный контакт массива тектонический и представлен Карабулакско-Богдановским взбросо-сдвигом субмеридионального простирания. В составе массива присутствуют все три фазы внедрения, преобладают породы третьей фазы. По результатам интерпретации геофизических данных он погружается на запад под углом 60-70^o. Западный контакт - местами нормальный интрузивный, в приконтактовой зоне наблюдаются роговики по кислым вулканитам березовской свиты.

Чекинский массив окружен серией мелких сателлитов, самым крупным из которых является Грязнушинский площадью ~ 3 км².

На западном склоне горы Чека, наблюдались многочисленные выходы эгирин-рибекитовых щелочных граносиенитов с "пятнами" микрозернистых порфировидных щелочных сиенитов розовато-серого цвета. Взаимоотношения их друг с другом трактовались ранее неоднозначно, обычно сиениты считались ксенолитами в граносиенитах и гранитах. Ксенолиты, как правило, изометричной, каплевидной формы имеют ветвистую четкую границу, но иногда встречаются включения неправильной, амебовидной формы. Ближе к вершине горы Чека наблюдаются те же породы, среди эгириновых гранитов встречены неправильной формы ксенолиты щелочных сиенитов, а также обнаружены маломощные "инъекции" (?) этих пород (2-3 см). Вместе с тем, не везде эти соотношения выглядят однозначно. Местами количество ксенолитов превышает количество вмещающих гранитов. Не исключено, что оба расплава внедрялись почти одновременно и смешивались в приповерхностной камере. При понижении температуры первыми застывали щелочные сиениты, образуя округлые, а местами вытянутые "ксенолиты". Подобные соотношения описаны для многих массивов монцонит-граносиент-гранитного состава (Попов и др., 1999 и др.).

Богдановский массив расположен в 2 км севернее пос. Богдановское, на правом берегу р. Урал, в 8 км южнее Чекинского массива, сходен с ним по морфологии и размерам. В плане Богдановский интрузив имеет вытянутую форму: ширина ~ 2 км и длина 7 км. В рельефе массив выражен в виде невысокого плато с крутыми склонами. Вмещающими являются вулканогенно-осадочные породы греховской и березовской свит нижнего карбона. Контакты массива преимущественно тектонические. По результатам интерпретации геофизических данных массив круто погружается на запад. В составе Богдановского массива преобладают щелочные граносиениты, в которых наблюдаются многочисленные ксенолиты щелочных сиенитов. Ксенолиты имеют неправильную, часто округлую форму и размер от первых сантиметров до десятков сантиметров.

Массив г. Малая Чека (Малочекинский) расположен в районе одноименной горы (отм. 396 м), возле поселка Чека. Интрузив представлен двумя телами, которые вытянуты в северо-восточном направлении (азимут СВ-30^o) согласно с общим простиранием структур карбона в этом районе. Он залегает в ядре небольшой антиклинальной складки, крылья которой сложены туфогенно-осадочными образованиями нижнего карбона. Форма обоих тел в плане эллипсовидная, ширина ~ 1 км, длина - 2 км. Восточный контакт массива тектонический и представлен Малочекинским взбросо-сдвигом, а западный - преимущественно нормальный интрузивный. Массив сложен породами трех интрузивных фаз. В щелочных гранитах присутствуют ксенолиты щелочных сиенитов, с ветвистыми границами, как правило, неправильной формы, размерами первые десятки сантиметров.

Массив г. Длинная (отм. 478 м), расположен в ~ 4 км севернее горы Малая Чека. Интрузив вытянут в субмеридиональном направление конформно вмещающим известнякам и песчаникам сосновской толщи: длина 3 км, ширина ~ 0,5 км. По геофизическим данным (Шалагинов, 1984 г.) вертикальная мощность в южной части массива составляет около 2 км. Контакты - интрузивные. В строение интрузива горы Длинная участвуют гранитоиды второй и третьей фаз. Судя по геофизическим данным, интрузивы гор Малая Чека и Длинная на глубине сливаются в единый массив.

Массив г. Кудрявой расположен в 2,5 км севернее массива горы Длинной. Гранитоиды горы Кудрявой слагают небольшую возвышенность, вблизи границы Восточномагнитогорской и Уйско-Новооренбургской зон. Массив дискордантен к вмещающим породам. Он простирается в северо-западном направлении, а вмещающие породы имеют субмеридиональное простирание. Интрузив имеет форму близкую к изометричной с длиной осей 4-5 км. По результатам интерпретации геофизических данных (Шалагинов, 1984 г.) мощность массива составляет 1,4 - 1,5 км, а в разрезе он имеет каплевидную форму: восточный контакт погружается на запад под углом около 60^o, а западный - на восток примерно под таким же углом. Гранитоиды залегают в крыле складки, сложенной эффузивно-осадочными породами верхнего девона и нижнего карбона. Интрузив характеризуется довольно простым и однородным строением, сложен преимущественно щелочными гранитами третьей фазы.

Малочекинский комплекс так же слагает ряд более мелких интрузивов расположенных примерно посередине между западной и восточной ветвями, в непосредственной близости к Амамбайско- Ташлинскому взбросо-сдвигу: массив горы Маячной и трещинные интрузивы в пределах Бриентского гранитоидного массива. Эти интрузивы изучены хуже.

Петрография щелочных гранитоидов

В разделе подробно описаны все петрографические разности пород. Щелочные породы малочекинского комплекса петрографически достаточно однородны. Все они содержат в разных количествах щелочные амфиболы и/или щелочные пироксены, а также много акцессорных минералов: апатита, монацита, ксенотима, циркона и сфена. Вместе с тем, количество щелочных темноцветных минералов варьирует в широких пределах - от первых процентов до 20-25 %.

Щелочные породы Чекинского и Богдановского массивов (Западная ветвь) петрографически неразличимы. Оба массива слагают разнозернистые породы трех фаз внедрения. Для гранитоидов третьей фазы характерна равномернозернистая, микропегматитовая структура, для пород второй и третьей фаз - порфировидная. Щелочные темноцветные минералы в породах массивов встречаются различного габитуса: ксеноморфные выделения, таблички, ромбовидные кристаллы, часто с амфиболовым двойникованием, нередко наблюдаются иголки и лучистые скопления.

Структура пород Восточной ветви массивов преимущественно порфировидная, с мелкозернистой, редко среднезернистой основной массой. Щелочные темноцветные минералы наблюдаются, как правило, в виде ксеноморфных выделений, редко табличек или иголок. Малочекинский массив слагают породы всех трех фаз внедрения, в отличие от него массив горы Длинная слагают только щелочные граносиениты (третья фаза) и щелочные сиениты (вторая фаза), массив горы Кудрявая нацело сложен щелочными гранитами третьей фазы.

Таким образом, порфировидная и графическая структуры пород характеризуют эти массивы как гипабиссальные. Только в самых крупных массивах встречены участки с равномернозернистой структурой щелочных пород. Породы Западной и Восточной ветвей имеют четкие петрографические отличия. Для пород Западной ветви характерна графическая (или микропегматитовая) и порфировидная структура, преимущественно средне-, крупнозернистая. Породы Восточной ветви обладают порфировидной структурой с мелкозернистой основной массой. Темноцветные щелочные минералы в породах Западной ветви имеют разнообразный габитус, а в породах Восточной ветви они преимущественно ксеноморфны.

Минералогические особенности щелочных гранитоидов

Минеральные ассоциации щелочных пород малочекинского комплекса интересны в первую очередь щелочными темноцветными минералами, которые до последнего времени были изучены чрезвычайно слабо.

Результаты микрозондовых исследований показывают, что щелочные амфиболы представлены практически непрерывным изоморфным рядом арфведсонит- рибекит- феррорихтерит. Все щелочные амфиболы обеднены магнием и обогащены титаном. В единичных зернах встречается керсутит.

Щелочные пироксены представлены эгирином и геденбергит-эгирином, в котором геденбергитовая компонента составляет не более 20%. Как и амфиболы, эгирин обычно обогащен титаном, содержание TiO₂ доходит до 3%, в некоторых разностях наблюдается резко повышенное содержание циркония (ZrO₂ до 1%). Эти данные хорошо согласуется с представлениями о том, что при кристаллизации щелочных расплавов цирконий часто входит в состав темноцветных минералов, вплоть до того, что собственный циркон может вообще не кристаллизоваться.

Среди акцессорных минералов встречены апатит, монацит, ксенотим, циркон, сфен. Отличительной чертой щелочных гранитоидов малочекинского комплекса является присутствие среди акцессориев фосфатов редких земель (монацита и ксенотима), которые отсутствуют в близких по составу умеренно-щелочных плутонитах раннего карбона. Общие высокие содержания РЗЭ проявляются и в том, что зональный акцессорный апатит имеет повышенное содержание церия (до 5% во внешних зонах).

Геохимические особенности щелочных гранитоидов

Щелочным породам малочекинского комплекса свойственно ярко выраженное бимодальное распределение по кремнекислотности, причем максимумы соответствуют последним фазам внедрения (60-66% - вторая фаза, 68-74% ? третья фаза). Распределение щелочей в целом асимметричное, смещенное в сторону высокощелочных разностей в основном за счет повышенного содержания калия. В гранитоидах отмечается высокое содержание щелочей, причем содержание K₂O с ростом кислотности увеличивается, а Na₂O - уменьшается.

На классификационной диаграмме TAS (рис. 2) практически все фигуративные точки составов попадают в область пород повышенной щелочности. В целом для комплекса характерно невысокое содержание титана и кальция, высокое содержание железа и глинозема. На большинстве диаграмм довольно четко выделяются группы пород, соответствующие фазам внедрения. Первая отвечает монцодиоритам; вторая - щелочным сиенитам, а третья - щелочным граносиенитам и щелочным гранитам.

Рис. 2. Классификационная диаграмма TAS (Классификация , 1997)

Распределение петрогенных и рассеянных элементов в щелочных породах малочекинского комплекса подчеркивает особенности их минералогического состава в разных ареалах распространения. Так, в породах Чекинского и Богдановского массивов (западный ареал) отношение плагиоклаза и калиево-натриевого полевого шпата несколько выше, чем в породах массивов восточного ареала, что и отражается в содержании оксидов кальция и калия. Различия в составе пород Западной и Восточной ветвей хорошо выражены на уровне именно петрогенных элементов и менее заметны в распределении рассеянных элементов.

Графики распределения нормированных значений концентрации РЗЭ (рис. 3) в породах различных массивов схожи и характеризуются неглубокими европиевыми минимумами и очень пологим трендом, который связан с высокой концентрацией тяжелых РЗЭ.

Рис. 3. Распределение РЗЭ для гранитоидов малочекинского комплекса. Нормировано по хондриту С1 (Sun, McDonough, 1989). Условные обозначения см рис. 2

Спайдерграммы (рис. 4) щелочных пород всех массивов сходны. В целом конфигурация спайдерграмм нормированных значений содержания рассеянных элементов с большими ионными радиусами и легких лантаноидов для щелочных гранитоидов примерно повторяет график для верхней коры, однако концентрация высокозарядных элементов и тяжелых РЗЭ их существенно превышает. Практически для всех пород характерны слабо выраженный ниобиевый минимум, слегка повышенные значения концентраций тория и резкое обеднение стронцием.

Рис. 4. Спайдерграммы для гранитоидов малочекинского комплекса. Нормировано по среднему тоналиту (Sun, McDonough, 1989). Условные обозначения см рис. 2

На диаграмме Nb/Zr (рис. 5) отчетливо выделяется два тренда эволюции, более крутой содержит фигуративные точки всех изученных массивов, а более пологий только фигуративные точки Чекинского массива с резко повышенным содержанием циркона.

Рис. 5. Диаграмма соотношения Nb(n) - Zr(n). Условные обозначения см рис. 2

Такая ситуация может объясняться большим количеством ксеногенного циркона в щелочных породах Чекинского массива.

Породы Западной и Восточной ветвей достаточно хорошо различаются по нескольким петрохимическим характеристикам.

Эти различия особенно четко выражены для пород второй фазы внедрения. Во-первых, на востоке породы отчетливо более щелочные. Во-вторых, хотя все они относятся к K-Na типу щелочности, породы Восточной ветви все-таки ближе к калиевому типу, а Западной - к натриевому. В-третьих, в Восточной ветви породы существенно более железистые. Резким преобладанием калиево-натриевого полевого шпата над плагиоклазом объясняется глубокий стронциевый минимум на спайдерграммах практически всех пород.

Несмотря на очевидную близость химического состава пород всех массивов, Чекинский интрузив все же отличается аномально высокой концентрацией тяжелых РЗЭ. Суммарное содержание редких земель в породах часто превышает 300 г/т, иногда достигает 550 г/т. Выделяется Чекинский массив и существенным циркониевым максимумом, связанным с большим количеством акцессорного циркона. На дискриминационных диаграммах фигуративные точки пород малочекинского комплекса целиком попадают в поле внутриплитных гранитов, что отличает их от умеренно-щелочных гранитоидов каменноугольного возраста.

Изотопная характеристика и возраст щелочных пород

Интрузивы малочекинского комплекса прорывают вулканогенно-осадочные породы греховской и березовской свит, полоцкой и каморзинской толщ нижнего карбона. Таким образом, геологический возраст комплекса определяется как послевизейский. В ходе работ было отобрано пять проб из массива Чека для определения изотопного возраста Rb/Sr методом - 4 пробы из первой фазы (9722, 9723, 9791, 9792), 1 проба - из второй (9721). В результате получено 5 Rb/Sr минеральных изохрон, с относительно небольшими среднеквадратичными ошибками (4 из них на рис. 6).

Рис. 6. Rb-Sr изохроны гранитоидов малочекинского комплекса

Расчет по пяти валовым пробам дает изотопный возраст 237±21 млн лет, который и является, вероятно, наиболее достоверным. Чуть более молодые цифры, скорее всего, отражают более позднее флюидное событие, приведшее к некоторому перераспределению Rb и Sr между минералами, но существенно не повлиявшее на изотопную систему. Следует отметить, что приведенные цифры являются не только первыми надежными изотопными данными о возрасте малочекинского комплекса, но и вообще первыми данными о триасовых гранитоидах в Магнитогорской мегазоне.

В ходе проведенных исследований были проанализироаны цирконы из двух проб U-Pb методом (SHRIMP-II). В результате получены следующие изотопные возраста: 353,9±4,0 и 352,7±3,9 млн лет (рис. 7), что соответствует началу турнейского века и противоречит геологическим данным, поскольку щелочные гранитоиды прорывают вулканогенно-осадочные образования березовской и греховской свит, датированных фаунистически как поздний турне - визе.

Рис. 7. Результаты U-Pb датирования щелочных сиенита (9721) и гранита (9791)

Ситуация с цирконами, особенно в щелочных породах, далеко непростая. Для гранитоидов часто характерно присутствие унаследованного циркона (иногда в очень большом количестве), а для щелочных гранитоидов может так сложиться, что собственные цирконы вообще могут не кристаллизоваться (весь цирконий уходит в темноцветные минералы). В этом случае мы получим возраст только унаследованного циркона. В каждой из изученных проб были промерены 15 зерен цирконов типично магматического облика и зональности с типичными концентрациями и соотношениями урана и тория. Вместе с тем, для щелочных расплавов характерно наличие высоких концентраций тория и отношения Th к U больше 1. В целом по породе это отношение и в малочекинских щелочных плутонитах меняется от 2 до 10, в среднем составляя 4,22. В проанализированных цирконах отношение Th к U устойчиво меньше 1, что, вероятно, также указывает на их ксеногенную природу по отношению к гранитоидам.

Рис. 8. Результаты Sm-Nd изохронного датирования щелочного сиенита

Изучение Sm-Nd изотопных характеристик показало, что породообразующие минералы относительно изотопии неравновесны с акцессориями: циркон со сфеном дают более крутую линию тренда (рис. 8).

Этот факт говорит в пользу предположения об унаследованном характере циркона, что согласуется с предшествующими выводами по геохимии циркония. Изотопный возраст щелочных гранитоидов малочекинского комплекса определенный Sm-Nd методом составляет 244±83 млн лет, что соответствует среднему триасу.