Петрохимические особенности расслоенных мафит-ультрамафитовых массивов нижнедербинского комплекса (СЗ Восточного Саяна)

Т.Ю. Черкасова, А.И. Чернышов

ПЕТРОХИМИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ РАССЛОЕННЫХ МАФИТ-УЛЬТРАМАФИТОВЫХ МАССИВОВ НИЖНЕДЕРБИНСКОГО КОМПЛЕКСА

Описаны петрохимические особенности расслоенных мафит-ультрамафитовых массивов нижнедербинского комплекса (СЗ Восточного Саяна), которые по химическому составу разделяются на три группы: ультрамафитовую (дуниты, верлиты), субультрамафитовую (клинопироксениты, вебстериты) и мафитовую (габбронориты, габбро). На бинарных диаграммах показаны основные тренды эволюции пород.

Ключевые слова: мафит-ультрамафитовые расслоенные массивы; петрохимия; формационный анализ.

Объектом исследования являются потенциально рудоносные на Си, N1 и Р1 расслоенные мафит-ультрамафитовые массивы нижнедербинского комплекса. Они простираются в виде дугообразной прерывистой цепи протяженностью около 40 км в бассейне среднего течения р. Дербина в 100 км к югу от г. Красноярска (рис. 1). Наиболее крупными, пространственно сближенными массивами считаются Аштат-ский, Азертакский, Нижнедербинский, Бурлакский и Конжульский.

Вмещающими породами мафит-ультрамафитовых массивов являются нижнепротерозойские метаморфические образования дербинской свиты, которые представлены главным образом кристаллическими сланцами и мраморизованными известняками [1]. Породы интенсивно дислоцированы и часто дезинтегрированы на отдельные блоки. Они имеют преимущественно субмеридиональное простирание и довольно крутые углы падения как на запад, так и на восток, тем самым отражая наличие складчатых структур [1, 2].

Рис. 1. Схема размещения расслоенных мафит-ультрамафитовых массивов нижнедербинского комплекса (составлена А.Г. Еханиным и др., 1991): 1, 2 - вмещающие породы: 1 - среднепалеозойские вулканогенно-осадочные (быскарская серия) Северо-Минусинской котловины, 2 - нижнепротерозойские карбонатно-сланцевые (дербинская свита) Дербинского антиклинория; 3 - среднепалеозойские гранитоиды; 4 - мафит-ультрамафитовые массивы

(1 — Аштатский, 2 — Азертакский, 3 — Нижнедербинский, 4 — Бурлакский, 5 — Конжулъский)'; 5 - позднепротерозойские гранитоиды;

6 - разрывные нарушения; 7 - элементы залегания слоистости

Основное внимание в процессе исследования уделялось породам Бурлакского и Нижнедербинского массивов, представляющих собой дискордантные тела линзовидной формы (см. рис. 1). Для этих массивов характерна первичная магматическая расслоенность [1, 2]. Бурлакский и Нижнедербинский массивы сложены преимущественно верлитами, пироксенитами и реже аподунитовыми и апогарцбургитовыми серпентинита-

ми с ритмичным переслаиванием. Между породами наблюдаются постепенные переходы. Эта ассоциация пород представляет собой нижнюю часть расслоенных интрузий. Габбронориты и габбро, характерные для Бурлакского массива, слагают верхнюю часть разреза. Внутреннее строение интрузий и их контакты с вмещающими породами осложнены многочисленными дизъюнктивными нарушениями. По особенностям

внутреннего строения исследуемые массивы обнаруживают сходство с аналогичными расслоенными интрузиями габбро-пироксенит-дунитового формационного типа Урала [3].

Оценка петрохимических особенностей пород нижне-дербинского комплекса (СЗ Восточного Саяна) базировалась на результатах 136 силикатных анализов. По химиче-

Для ультрамафитовой группы в ряду от дунитов к верлитам наблюдаются тенденции увеличения средних содержаний 8Ю2, ТЮ2, А1203 при уменьшении БеО, Mg0 и резком возрастании СаО (от 1,62 до 10,18). Коэффициенты вариации для этой группы характеризуются увеличением 8Ю2, Mg0, Р205, резким возрастанием К20 и уменьшением ТЮ2, А1203, БеО, СаО, №20.

В субультрамафитовой группе наблюдается дальнейший рост средних содержаний 8Ю2 и Са0 при постоянном снижении значений Бе0 и Mg0 (см. табл. 1). Оригинальная зависимость наблюдается для ТЮ2, А1203, №20 и К20 в ряду: дуниты - верлиты - вебстериты -клинопироксениты, которая выражается в увеличении средних содержаний указанных компонентов для верли-тов и вебстеритов и в уменьшении их значений от веб-стеритов к клинопироксенитам. Коэффициенты вариации для субультрамафитовой группы обусловлены ярко выраженным уменьшением значений Са0, А1203 и увеличением К20 по сравнению с ультрамафитами. Для некоторых петрогенных компонентов, а именно Мп0, Бе0 и №20, наблюдается резкое возрастание коэффициента вариации для вебстеритов и понижение его значения для клинопироксенитов.

В группе мафитов отмечаются последовательное снижение значений Бе0, Mg0 и увеличение содержаний 8Ю2 и ТЮ2, а также резкое возрастание А1203, №20 по сравнению с ультрамафитовой и субультрама-фитовой группами (см. табл. 1). Коэффициенты вариации, рассчитанные для габброидов, формируют тенденцию роста для ТЮ2, Mg0 и Р205.

Железистость трех породных групп изменяется в широких пределах (табл. 1). Для ультрамафитов характерна в целом низкая железистость (26-28%), тогда как для мафитовой группы пород устанавливаются более высокие ее значения (48%). С возрастанием железисто-сти пород закономерно возрастает содержание титана, хотя разброс его содержаний довольно значительный. В целом для габброидов характерны невысокие его со-

скому составу породы разделяются на три группы: ультра-мафитовую (дуниты, верлиты), субультрамафитовую (кли-нопироксениты, вебстериты) и мафитовую (габбронориты, габбро). При статистической обработке имеющихся данных основное значение уделялось анализу средних содержаний и коэффициентам вариации петрогенных элементов для каждой группы пород (табл. 1).

держания, не превышающие 1%. В то же время отмечаются отдельные рудные габброиды с содержанием ТЮ2 до 3%. Коэффициент вариации железистости выражается в постепенном увеличении его значений от ультрама-фитов к субультрамафитам и снижением к мафитам.

Изучение характера корреляционных связей в различных группах пород обнаружило значимость зависимостей между отдельными элементами и их вариации (табл. 2). Для дунитов выявляются высокие значимые отрицательные коэффициенты корреляции для №20-ТЮ2, Р2О5-ТЮ2, Бе0-8Ю2, MnO-Si02, а также высокий положительный для Mn0-Fe0. Парные коэффициенты корреляции для верлитов характеризуются пониженными значениями по сравнению с дунитами. При этом положительные корреляционные связи устанавливаются между Fe0-Mg0, Si02-Cа0, Si02-Na20, Fe0-Mn0 и появляются новые значимые отрицательные коэффициенты корреляции для Mg0-Ca0, Si02-Mg0, Ti02-MgO. Изменился знак значимости Р2О5-ТЮ2 с отрицательного для дунитов, на положительный - для верлитов.

В целом субультрамафитовая породная группа (табл. 3) характеризуется увеличением количества парных корреляционных связей. Для вебстеритов наиболее значимыми положительными корреляционными связями являются К20-Р205, Бе0^п0, А1203-№20, Бе0-Na20, Na20-К20, для других элементов, таких как Si02-А1203, Ti02-Na20, А1203-К20, Бе0-К20, Бе0-Р205, значимость корреляционных связей менее выражена. Отрицательные парные коэффициенты корреляции становятся весомее для Si02-Fe0 и Бе0-СаО. Изменился знак для №20-К2О с отрицательного в ультрамафитах на положительный в субультрамафитах. Отрицательные корреляционные связи для ТЮ2-№20, Si02-A1203, Fe0-Ca0 и СаО-Р2О5, Si02-Na20, характерные для ультрамафитов, становятся положительными для веб-стеритов. В клинопироксенитах отрицательных высоко значимых коэффициентов корреляции не наблюдается (см. табл. 3), а отмечаются только положительные -

Т а б л и ц а 1

Статистические параметры петрогенных компонентов в ультрамафитах и мафитах

х V х V х V х V х V

Компонент Ультрамафиты Субультрамафиты Мафиты

Дуниты Верлиты Вебстериты Клинопироксениты Габбронориты, габбро

Si02 42,15 0,02 45,72 0,08 49,68 0,06 51,30 0,02 50,63 0,05

ТЮ2 0,12 0,91 0,14 0,40 0,40 0,39 0,29 0,40 0,53 0,97

АЦ03 1,43 0,37 2,05 0,29 5,00 0,23 3,92 0,25 16,86 0,16

Fe0 15,08 0,15 10,47 0,19 12,11 0,25 7,72 0,13 8,48 0,21

Mn0 0,18 0,14 0,18 0,13 0,25 0,32 0,17 0,12 0,15 0,20

Mg0 39,07 0,05 29,39 0,13 20,82 0,14 19,02 0,09 9,02 0,30

Са0 1,62 0,86 10,18 0,43 11,09 0,25 17,11 0,07 11,30 0,19

Na20 0,29 0,44 0,27 0,31 0,47 0,47 0,33 0,29 2,35 0,32

К20 0,01 0,01 0,02 1,41 0,05 2,01 0,02 1,73 0,48 0,72

о: 0,03 0,44 0,03 0,86 0,03 0,92 0,03 0,63 0,04 1,23

F* 27,85 0,13 26,27 0,08 36,77 0,17 28,87 0,12 48,46 0,13

Примечание: х - средние содержания компонентов; V - коэффициент их вариации; Р* - железистость пород ((Р*= Ре0/ (Ре0+ Mg0)x100%).

Ре0-Мп0, А1203-ТЮ2. Для остальных оксидов парные коэффициенты слабо выражены. При этом возникают новые положительные корреляционные связи для ТЮ2-Ре0, А1203-Ре0, А1203-Ми0, ТЮ2-Мп0, а отрицатель-

ные - для БЮ2-ТЮ2 и А1203-Р2О5. При этом отрицательные связи для Mg0-Ti02, Mg0-A1203, не характерные для верлитов, становятся значимыми для вебстери-тов и клинопироксенитов.

Т а б л и ц а 2

Парные коэффициенты корреляции для ультрамафитовой группы

Компонент SiO2 ТЮ2 ^АІ2^^3 FeO MnO MgO CaO о:

8Ю2 1,00 0,44 —0,37 -0,93 -0,89 0,55 0,20 —0,57 —0,56

ТЮ2 1,00 0,17 —0,42 —0,27 0,43 —0,31 -0,97 -0,96

А^з 1,00 0,12 0,20 —0,55 0,41 0,02 0,04

FeO Дуниты (7) 1,00 0,89 —0,55 —0,27 0,53 0,52

MnO 1,00 —0,35 —0,42 0,41 0,40

MgO 1,00 —0,63 —0,59 —0,61

CaO 1,00 0,36 0,39

1,00 0,29

о: 1,00

SiO2 1,00 0,13 0,15 -0,57 0,09 -0,71 0,82 0,73 -0,56

TiO2 1,00 0,45 —0,37 —0,39 -0,62 0,51 —0,02 0,43

^АІ2^°3 1,00 —0,32 0,09 -0,43 0,19 —0,14 —0,31

FeO Верлиты (22) 1,00 0,44 0,83 —0,81 —0,26 0,08

MnO 1,00 0,33 —0,34 0,13 -0,45

MgO 1,00 -0,95 —0,32 0,09

CaO 1,00 0,48 -0,50

Na2O 1,00 —0,28

о: р^ 1,00

Примечание. Здесь и далее жирным шрифтом выделены значимые коэффициенты корреляции, в скобках приведено количество использованных анализов.

Т а б л и ц а 3

Парные коэффициенты корреляции для субультрамафитовой группы

Компонент SiO2 ТЮ2 А№3 FeO MnO MgO CaO о: р£

8Ю2 1,00 —0,36 -0,55 -0,73 -0,52 —0,43 0,49 -0,56 —0,21 —0,21

ТЮ2 1,00 0,30 0,40 0,27 —0,10 —0,23 0,49 0,37 0,24

^2^ 1,00 0,42 0,29 —0,06 —0,37 0,79 0,47 0,39

FeO Вебстериты (20) 1,00 0,81 0,05 -0,66 0,67 0,51 0,52

MnO 1,00 —0,10 —0,42 0,39 0,13 0,17

MgO 1,00 -0,55 —0,23 —0,14 —0,06

CaO 1,00 —0,41 -0,53 -0,57

Na2O 1,00 0,74 0,65

K2O 1,00 0,92

о: р^ 1,00

SiO2 1,00 -0,37 -0,32 -0,65 -0,48 —0,06 0,18 —0,21 —0,23 —0,20

TiO2 1,00 0,76 0,57 0,45 -0,55 —0,12 0,03 —0,14 —0,20

^А12^^3 1,00 0,42 0,36 -0,66 0,06 0,05 —0,07 -0,33

FeO Клинопироксениты(39) 1,00 0,78 —0,25 -0,43 —0,03 0,20 0,22

MnO 1,00 —0,24 —0,29 0,02 —0,08 0,09

MgO 1,00 -0,51 0,05 0,26 0,09

CaO 1,00 —0,04 -0,44 —0,28

Na2O 1,00 0,13 0,14

K2O 1,00 0,39

о: р£ 1,00

Для мафитовой группы пород (табл. 4) отмечено наибольшее количество значимых коэффициентов корреляции. Возрастает значимость положительных корреляционных связей: Ре0-Мп0, №20-8Ю2 и №20-К20. Наиболее значимые коэффициенты корреляции с отрицательным знаком установлены для Mg0-Na20, А1203-Мп0, А1203-Ре0, Mg0-A1203, 8Ю2-СаО, Si02-Mg0. Изменилось направление корреляционной связи с положительной на отрицательную для А1203-Мп0, А1203-Ре0, А1203-ТЮ2 и с отрицательной на положительную - для Si02-A1203, Mg0-Ca0, К20^Ю2.

Дискретность петрохимической выборки пород из исследуемых массивов отчетливо проявляется на бинарных диаграммах в виде трех трендов (рис. 2). На бинарной диаграмме Mg0-Ca0 (см. рис. 2, а) фигуративные точки пород образуют три тренда. Первый

ультрамафитовый тренд (I) обусловлен последовательным и значительным снижением МgO от 42% (в дунитах) до 25% (в верлитах). При этом для него характерно возрастание содержания СаО от 0 до 16%. Второй субультрамафитовый тренд (II) несущественно отличается от первого более резким возрастанием СаО от 5% (в вебстеритах) до 20% (в клинопироксе-нитах) при уменьшении МgO от 29 до 17%. Третий мафитовый тренд (III), нечетко проявленный, обусловлен значительным разбросом фигуративных точек составов габброидов. Он, вероятно, фиксирует слабо выраженную прямую зависимость МgO и СаО в процессе дифференциации мафитового расплава. Этот тренд характеризуется по сравнению с ультрамафита-ми и субультрамафитами низкими значениями МgO (17-6%).

Парные коэффициенты корреляции для мафитовой группы

Компонент 8Ю2 ТІ02 А1203 Бе0 Мп0 Mg0 Са0 Ма20 К20 о:

ЄІ02 1,00 -0,47 0,45 -0,48 -0,15 -0,71 -0,76 0,68 0,40 0,12

ТІ02 1,00 -0,29 0,45 0,35 0,10 0,17 0,00 0,26 0,05

А1203 1,00 -0,76 -0,76 -0,75 -0,36 0,51 0,00 -0,19

БеО Мафиты (46) 1,00 0,81 0,47 0,07 -0,25 0,18 0,27

МпО 1,00 0,36 -0,10 -0,17 0,32 0,17

Mg0 1,00 0,61 -0,83 -0,51 -0,05

СаО 1,00 -0,78 -0,61 -0,30

Ма20 1,00 0,66 0,21

К20 1,00 0,46

о: р£ 1,00

На бинарной диаграмме А1203-Ре0 также устанавливаются три тренда, отражающих эволюцию выделенных породных групп (рис. 2, б). Первый ультрама-фитовый тренд (I) характеризуется низкими значениями А1203 (0,2-3%) при существенном уменьшении БеО от 17% (в дунитах) до 7% (в верлитах). Второй су-бультрамафитовый тренд (II) отражает отчетливую прямую зависимость и фиксирует уменьшение А1203 от 8% (в вебстеритах) до 2 % (в клинопироксенитах) при соответственном уменьшении БеО от 22 до 5%. Третий мафитовый тренд (III), также четко проявленный, пока-

зывает обратную зависимость БеО и А12О3, т.е. в процессе эволюции габброидов с увеличением А1203 (от 11 до 24%) происходит уменьшение БеО (от 13 до 5%).

Идентификация ведущих процессов фракционирования и дифференциации осуществлялась с использованием факторного анализа, результаты которого отражены в табл. 5. Факторный анализ проведен для двух выборок: первая включает ультрамафиты и субультра-мафиты, а вторая - мафиты. Для каждой выборки нами были выделены по три главных фактора, составляющих в сумме более 80%.

Рис. 2. Вариации вещественного состава пород на бинарных диаграммах М§0-Са0 (а) и РеО-АЬОз (б). Тренды изменения состава породных ассоциаций: I - ультрамафитовая; II - субультрамафитовая; III - мафитовая. Породы: 1 - дуниты;

2 - верлиты; 3 - вебстериты; 4 - клинопироксениты; 5 - габбронориты, габбро

Согласно полученным результатам вариации петро-химических параметров пород в пределах ультрамафи-тов и субультрамафитов определяются тремя главными компонентами с суммарным вкладом 85%. Первый фактор, имеющий максимальное влияние на вариативность пород массивов, характеризуется обратной тенденцией накопления элементов 8Ю2, СаО и А1203 по отношению к М^О и БеО. Его можно интерпретировать как следствие магматической дифференциации исходного расплава, где ведущую роль играло фракционирование кристаллов оливина, выступающих в качестве наиболее ранней кумулятивной фазы. Структура второго фактора определяется поведением марганца, натрия и железа при наличии обратной корреляции с кальцием и кремнием. По-видимому, она характеризует процессы сегрегации кальциевых минералов, прежде всего клинопироксенов. Третий фактор, вероятно, фиксирует распределение рудных и акцессорных минералов, т.к. характеризуется высокой отрицательной корреляционной связью с фос-

фором при весьма умеренной положительной корреляции с марганцем и железом. Для мафитовой группы пет-рохимическая неоднородность определяется тремя главными факторами, отражающими особенности минерального состава данных пород, которые в сумме дают 83% (табл. 5).

Основной вклад в суммарную дисперсию данной выборки (более 45%) вносит фактор, структура которого отражает антогонизм А12О3, 8Ю2, №2О по отношению к MgО и БеО, СаО. Наиболее вероятным процессом, обусловившим подобные связи, следует считать магматическую дифференциацию в группе мафитов. Второй фактор имеет гораздо меньшую нагрузку (24%) и определяется в основном противоположными тенденциями накопления марганца и железа по отношению к кальцию, алюминию и магнию. Ее структура предполагает фракционирование клинопироксенов и ортопироксенов. Третий фактор, оригинальный, определяется титаном, связан с обогащением им мафитов.

Факторный анализ для пород Бурлакского и Нижнедербинского массивов

Фактор Вклад, % ЗЮ2 ТЮ2 А12О3 БеО МпО MgO СаО №2О Р2О5

Ультрамафиты и субультрамафиты

I 43 -0,89 -0,58 -0,71 0,65 0,03 0,97 -0,89 -0,28 0,13

II 30 -0,22 0,59 0,57 0,71 0,83 -0,08 -0,35 0,74 0,28

III 12 0,07 0,09 0,12 0,11 0,27 0,08 -0,10 -0,24 -0,92

Мафиты

I 47 0,82 -0,42 0,85 -0,73 -0,58 -0,88 -0,66 0,77 0,01

II 24 -0,31 -0,31 0,34 -0,59 -0,68 0,21 0,65 -0,49 -0,60

III 12 -0,32 0,82 0,24 0,05 -0,11 -0,29 0,12 0,25 -0,22

Таким образом, в результате петрохимического изучения пород расслоенных мафит-ультрамафитовых интрузий нижнедербинского комплекса отчетливо выделяются три породные группы: ультрамафитовая, суб-ультрамафитовая и мафитовая. При этом для первых двух групп обнаруживаются близкие тренды их вещественной последовательной эволюции, что нередко выражается в постепенных переходных разновидностях в ряду: дуниты - верлиты - вебстериты - клино-пироксениты. При этом мафитовый тренд значительно отклоняется от эволюционного тренда ультрамафитов. Вероятно, разделение исходного основного расплава на производные - ультраосновной и основной - произошло на ранней стадии дифференциации. В дальнейшем

каждый из этих расплавов претерпел собственную эволюцию в промежуточных камерах в процессе дифференциации с образованием направленной серии пород. Внедрение ультраосновного и основного расплавов, очевидно, происходило разновременно в одни и те же участки литосферы. В результате сформировались интрузии со сложным внутренним строением, обусловленным наличием контрастных ультрамафитовых и мафитовых породных ассоциаций, не обнаруживающих между собой постепенных петрографических переходов. С учетом полученных данных по набору выделенных групп пород мафит-ультрамафитовые массивы нижнедербинского ареала относятся к перидотит-пироксенит-габбровому формационному типу.

ЛИТЕРАТУРА

1. Волохов И.В., Иванов В.М. Нижне-Дербинский габбро-пироксенит-перидотитовый интрузивный комплекс Восточного Саяна // Геология и

геофизика. 1964. № 5. С. 52-67.

2. Еханин А.Г., Филиппов Г.В., Аникеева А.Н. Особенности геологического строения и рудоносности Бурлакского ультрабазит-базитового мас-

сива (Восточный Саян) // Изв. вузов. Сер. «Геология и разведка». М., 1991. С. 72-78.

3. Маегов В.И. К проблеме петрогенезиса дунит-пироксенит-габбровой ассоциации Платитноносного пояса Урала (на примере Денежкиного

массива, Северный Урал) // Матер. Всерос. науч. конф. «Петрология магматических и метаморфических комплексов». Томск, 2005. Т. 1. С. 111-115.

Статья представлена научной редакцией «Науки о Земле» 7 мая 2009 г.