Плюмы и проблема формирования геохимических (металлогенических) провинций

ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК РЕСПУБЛИКИ ТАДЖИКИСТАН _____________________________________2010, том 53, №3_________________________________

ГЕОЛОГИЯ

УДК 551.14:550.42

В.С.Лутков

ПЛЮМЫ И ПРОБЛЕМА ФОРМИРОВАНИЯ ГЕОХИМИЧЕСКИХ (МЕТАЛЛОГЕНИЧЕСКИХ) ПРОВИНЦИЙ

Институт геологии АН Республики Таджикистан

Сверхглубинные плюмовые процессы являются одним из главных факторов формирования геохимических (металлогенических) провинций.

Ключевые слова: плюмы - верхняя мантия - глубинные месторождения - литосфера.

После длительного использования в геологии геосинклинальной схемы эволюции подвижных поясов наступили десятилетия безраздельного господства гипотезы тектоники плит. Сразу отметим, что мы с большой осторожностью отнеслись к ряду идей последней, хотя не могли отрицать широкого развития коллизионных процессов в Памиро-Гималайском регионе. Вместе с тем, в большинстве докайнозойских зон Памиро-Тянь-Шаня наблюдаются явления унаследования состава полихронных магматитов, геохимические связи коры и мантии, четкая привязка разновозрастных гранитоидных комплексов к определенным зонам и т.д. Сейчас, как отмечено В.Е.Хаиным [1], долгое время бывшим сторонником плейттектоники, одной из главных проблем глубинной геодинамики является непротиворечивое использование и объединение идей плюм- и плейттектоники.

Высокая изученность земной коры, верхней мантии и магматитов Памиро-Тянь-Шаньского региона позволяет использовать эти данные при разработке ряда региональных и фундаментальных геологических проблем. Новые идеи плюмтектоники позволяют приблизиться к решению важнейшей проблемы формирования и эволюции геохимических (металлогенических) провинций.

Состав и эволюция плюмов

С помощью методов сейсмотомографии, изотопии, глубинного метасоматоза мантии с прив-носом тепла и редких элементов были открыты так называемые плюмы (суперплюмы), изученные в [2 и др.]. Плюмы образуют огромные вертикальные колонны «горячего» и «обогащенного» вещества (термохимические плюмы). Они выступают в качестве главного энергетического фактора и вектора эволюции. Продолжительность активности мезозойских - современных плюмов - 15-90-120 млн.лет, иногда до 110-200 млн. лет [2]. Наиболее глубинные плюмы, зарождающиеся в жидком внешнем ядре или в нижней мантии, содержат не менее 15% некогерентных элементов [3].

При этом набор пород, индикаторных для плюмовых процессов, непрерывно расширяется -от щелочных базитов, пикритоидов до кимберлитов, лампроитов, траппов, щелочных гранитов, фой-довых сиенитов и др. Среди названных пород присутствуют и первичные мантийные выплавки и их

Адрес для корреспонденции: Лутков Валерий Серафимович. 734063, г.Душанбе, ул. Айни, 267, Институт геологии АН РТ. E-mail: lutkov38@mail.ru

дифференциаты, но те и другие сохраняют высокую щелочность и повышенный редкоэлементный фон. Ксенолиты верхней мантии нередко пропитаны плюмовыми флюид-расплавами, что подтверждается высоким отношением 3Не/4Не. С влиянием плюмов, очевидно, связаны и гигантские плутоны субщелочных гранитов и сиенитов площадью до 150-200 тыс. км2 и мантийной изотопией [4].

Немаловажно, что первичные плюмовые пикритовые расплавы обогащены Fe, Si, ^, ^№, H2O, Ш2 [3]. Крупные массы плюмовых магматитов несут информацию о термодинамических условиях глубинных зон мантии (Р>>1000 кбар, Т=4000°К) [3]. Пикриты в сравнении с толеитами содержат больше несовместимых элементов. Это согласуется с обогащением щелочными (К) и редкими элементами пироксенитов (пикритоидов) мантии Тянь-Шаня.

Сравнение литосферных разрезов и магматизма регионов как метод изучения геохимических провинций

Рассматривая эту проблему, мы провели сопоставление литосферы западного блока (герци-ниды Южного Тянь-Шаня и Памиро-Тянь-Шаньской провинции) с восточным (БайкалоМонгольский регион), тектонически входящих в единый субглобальный Центрально-Азиатский пояс.

Геологический профиль Памиро-Тянь-Шаня определяют эпикратонные энсиалические зоны с высокими объемами известково-щелочных К-гранитоидов. Байкало-Монгольский регион - гетерогенное складчатое сооружение, заложенное на докембрийской континентальной коре с последующим частым и обильным формированием субщелочных (щелочных) продуктов тектоно-магматической активизации и континентально-рифтогенных структур. Для Памиро-Тянь-Шаня типично повышенное отношение толщин «гранитного» и «базальтового» слоев, крупнейшая в мире гравитационная депрессия (до 550 Мгал) и наличие обширного суперплюмового тела глубиной до 600 км [5].

В земной коре Памиро-Тянь-Шаня понижена роль метабазитов: мантийные выплавки остаются в основном в верхней мантии и коромантийном слое. Особенно низка в регионе роль эндерби-тов-плагиогнейсов и, напротив, высоки объемы метапелитов. В Байкало-Монгольском регионе находятся крупнейшие в мире ареалы субщелочных-щелочных гранитоидов (до 150-180 тыс.км2) и континентально-рифтогенных вулканитов, а также гигантская провинция щелочных пород, формировавшихся в течение около 700 млн.лет. Сравнение с гранитоидами Памиро-Тянь-Шаня показывает, что эти породы характеризуются пониженным отношением K/Na и высокой щелочностью.

В Тянь-Шане во всех зонах развиты диатремы щелочных К-базитов, в которых встречены ксенокристы хромитов и микроалмазов. В Тянь-Шане повышена (иногда до 40-50%) роль шпинелевых гарцбургитов, а в мантии Забайкалья преобладают слабо деплетированные и примитивные лер-цолиты (до 70%). Это не согласуется с огромными объемами щелочных пород в этом регионе. Можно предположить, что источники последних находятся на более глубоких горизонтах мантии, переработанных щелочным метасоматозом.

В мантии Памиро-Тянь-Шаня увеличена роль субщелочных К-пироксенитов, глиммеритов, санидиновых эклдогитов, субщелочных горнблендитов, представляющих мантийные выплавки (ме-тасоматиты), «застрявшие» в верхней мантии. Можно думать, что высокая дифференцированность мантии Памиро-Тянь-Шаня и ее контрастные различия с Забайкальем определяются деплетировани-ем ультраосновных субстратов и привносом вещества и тепла глубинными флюидорасплавными

«струями». Эти процессы, видимо, связаны с воздействием плюмов. Обе провинции существенно различаются особенностями металлогении: в Памиро-Тянь-Шане - это В, Ы, С8, ^, Sb, Л§, в Забайкалье - Мо, F, Ли и др.

Процессы метасоматоза и мантиийные геохимические аном алии

В верхней мантии Памиро-Тянь-Шаня мощно проявлены процессы метасоматоза (высокофлюидного магматизма). В ряде зон до 30-40% пород (включая коромантийный слой) представлены продуктами преобразования перидотитовой мантии. Метасоматоз приводит к высокой дифференци-рованности мантии с повышенной распространенностью флогопитовых и флогопит- керсутитовых пироксенитов, глиммеритов, горнблендитов и т.п. Широко представлены мегакристы слюд, амфиболов, К-Ка-полевых шпатов, пироксенов, апатитов и др., связанных с дезинтеграцией т.н. «мантийных пегматитов». Калиевый тип метасоматоза, кроме широкого развития слюд и санидинов, приводит к образованию необычных К-керсутитов. С составом мантийных метасоматитов коррелируются особенности щелочных базитов.

Метасоматоз в мантии Тянь-Шаня протекал на уровне шпинелевой фации (очевидно, и глубже) преимущественно в условиях пониженных железистости и фугитивности кислорода (графит, алмаз, муассанит и др.).Флюиды (расплавы) отмечены повышенными содержаниями Н20, К, F, лито-фильных редких элементов и пониженными - С02, Ка, С1, Sr, Ть В литосфере имеет место вертикальная унаследованность состава в ряду мантия - коромантийный слой - кора. Геохимическая специфика метасоматизированной мантии и щелочных базитов в общем увязывается с редкоэлементным профилем коры и соответствует общей геохимической (металлогенической) специализации Памиро-Тянь-Шаньской провинции (С8, Ы, Л§, РЬ, W и др.). В мантийных ксенолитах региона выявлены высокие содержания ряда редких элементов, прежде всего В, Ы, С8, F, W, Ва, ТЬ,РЬ, Sn, Hg, и, Sb (табл.). С8, ЯЬ, Sn, W, В, Ы характеризуются в мантии неизоморфными формами нахождения - их содержания в минералах - концентраторах невелики. В то же время Sr, F, Р , сидерофильные элементы, Ва входят в минералы-концентраторы. Еще выше содержания этих элементов в щелочных бази-тах: они в 20-30% проб превышают геохимический фон гранитоидов. Объяснить такие экстремальные концентрации коровой контаминаций или дифференциацией щелочно-базитовых магм нельзя. Даже наиболее фемические пикритоиды на фоне повышенных концентраций Mg, Сг, № содержат аномально высокие концентрации ряда литофильных редких элементов.

Глубинные источники рудного вещества

С рассмотренными выше вопросами связана проблема формирования крупнейших (гигантских) месторождений. Мантийные источники оруденения рассматривались в [6], в плане идей нелинейной металлогении и «эмбриональных месторождений». Современные данные подтверждают связь с щелочными агпаитовыми сиенитами (мантийная и плюмовая изотопия) Кольского полуострова и гигантских скоплений щелочей, ЯЕЕ, №, 2г, F, Р, С1, С8, Sr,Ba [7]. Карбонатиты сопровождаются ЯЕЕ, У, №, И, F. В целом коровые месторождения уступают по масштабам мантийным [7].Памиро-Тянь-Шань не является исключением в этом плане.

Таблица

Геохимические аномалии в мантийных породах Памира и Тянь-Шаня

1 2 3 4 5 6 7 8 9

Li 42 109 213 104 953 512 115 5 512-953

Cs 3 38 22 60 680 329 16 <1 329-680

F,% 0.08 1.6 0.23 0.43 0.93 0.21 0.46 0.02 0.9-1.6

Б >160 51 62 3 >160 - 25 37 62->160

Zr 38 169 315 240 535 128 430 19 430-535

Ба <100 13.7% 1160 2160 1.5% - 1.2% <100 1.5-13.7%

8г 120 358 1367 1800 5100 417 4150 43 4150-5100

и 1.7 - 0.8 4 20 0.6 10 <0.3 10-20

ть <1 <1 4 14 280 10 61 <1 61-280

8п 5 10 >50 5 >50 >50 7 1 >50

РЬ 5 - 74 100 190 16 40 2 100-190

и8 0.9 <0.01 0.4 - 4.1 0.11 - 0.09 0.9-4.1

8Ь 4.3 2.1 5.9 - 17 - - 2.2 5.9-17

ЯЬ 7 201 144 138 480 89 328 <1 328-480

Примечание. 1 - шпинель-флогопитовые ультрабазиты, 2 - флогопитовые пироксениты-глиммериты, 3 - горн-блендиты, биотит-керсутитовые габбро (коромантийный слой), 4 - биотит-санидиновые эклогиты, 5 - щелочные базиты Южного Тянь-Шаня (М^), 6 - низкотитанистые пикритоиды Тянь-Шаня (Сг-1000 г/т, N1-730 г/т), 7 - щелочные базиты - лампрофиры Южного Памира (Р-^) ^ до 30-40 г/т), 8 - средние содержания редких элементов в ксенолитах шпинелевых перидотитов Тянь-Шаня (в аналогичных породах Кураминской зоны 2п -72-110, Си -32-68, Ag- 0.16-0.3, и-0.6-4, РЬ-7-10 г/т, 9 - интервалы максимальных содержаний в мантийных породах.

Крупные мантийные месторождения ^ и 8Ь характерны для континентальных рифтов и зон глубинных разломов; одно из гигантских месторождений 8Ь находится в Южном Тянь-Шане. Группа уникальных месторождений Адрасман-Канимансурского поля (Ag, РЬ, Си, В1, 2п, Б, и) не связана с какими-либо магматитами. Они увязываются с мантийными флюидами, что подтверждается изотопией 8, О, и обогащением типоморфными элементами трубок щелочных базитов и ксенолитов ульт-рабазитов.

Бор образует на Памире крупнейшее данбуритовое месторождение; он связан с дегазацией мантии, причем в мантийных ксенолитах из щелочных базитов региона, как и в кимберлитах, содержится до 100-160 г/т В.

Вадозно-гидротермальные месторождения 8г, развитые в Южно-Таджикской депрессии, образуют крупнейшую альпийскую целестиновую провинцию и охватывают весь Средиземноморский пояс, что не исключает их связи с мантийными первоисточниками (мантийная изотопия С). Этот тезис косвенно подтверждается тем, что - типоморфный мантийный элемент (карбонатиты, щелочные базиты и др.).

Щелочные базиты и мантийные ксенолиты Южного Тянь-Шаня аномально насыщены «коро-выми» литофильными редкими элементами (Ы, С8, 8п, ", В, И, ТЬ). Их неоднородное распределение в ареалах щелочных базитов (при общем повышенном фоне) свидетельствует об изолированных восходящих мантийных (плюмовых) «струях». Они, очевидно, связаны с автономными очагами или участками обогащения подлитосферной мантии. Крупнейший в мире альпийский Памиро-Гималайский пояс редкометальных пегматитов (Ы, С8, Та) генетически связан с альпийскими двуслюдяными гранитами - продуктами плавления метапелитов. Однако в коровых разрезах имеются редкометальные

метасоматиты, вероятно, обусловленные воздействием мантийных флюидов. Кроме того, удивляют гигантские латеральные размеры пояса: для коры такая выдержанность состава на огромной территории не типична, что показало и изучение коровых разрезов региона. Гигантские концентрации редких элементов в мантийных метасоматитах и щелочных базитах не исключают возможности того, что первоисточником этих элементов была подлитосферная мантия (плюмы).

Парадоксально, что в Памиро-Тянь-Шане с энсиалическим типом коры, преобладают крупнейшие мантийные (коромантийные) месторождения. Аномальная геохимическая специализация мантийных пород коррелируется с общей геохимической (металлогенической) спецификой провинции (Ы, С8, Б, 8п, ", В, Ag, РЬ, Си, И, 8Ь, Hg). Приведенные в статье данные о ряде крупных (гигантских) месторождений не противоречат идее о мантийной (плюмовой) природе их первоисточников.

Достаточно взглянуть на состав и эволюцию магматизма и оруденения Урала, Памира, Байкало-Монгольского региона и др., чтобы предположить их длительные и многократные связи с различными сверхглубинными источниками. Не исключено, что в качестве основного фактора формирования геохимических (металлогенических) провинций являются плюмы, «поставляющие» в верхнюю мантию и кору рудоносные флюиды и расплавы. При этом неоднократный (периодический) подъем, видимо, близких по составу плюмов и диапиров обеспечил зарождение и эволюцию провинций, а также явления повторяемости (унаследованности) полихронного магматизма и оруденения.

В заключение отметим, что вещественные модели литосферы и сверхглубинных плюмов должны сыграть существенную роль в разработке новой геологической парадигмы, синтезирующей конструктивные элементы плюм- и плейттектоники. Несомненно и прикладное значение этих разработок: как показано для Памира и Тянь-Шаня, требуется новый подход в стратегии и практике метал-логенических исследований.

Поступило 13.02.2010 г.

ЛИТЕРАТУРА

1. Хаин В.Е. - Материалы ХЬ тектонического совещания. - М.: ГЕОС, 2007, с.324-329.

2. Добрецов Н.Л., Кирдяшкин А.Г., Кирдяшкин А.А. Глубинная геодинамика - Новосибирск: СО РАН, 2001, 409 с.

3. Рябчиков И.Д. - Геохимия, 1977, №5, с.467-478.

4. Ярмолюк В.В., Коваленко В.И., Кузьмин М.И. - Геотектоника, 2000, № 5, с.3-29.

5. Погребной В.Н., Сабитова Т.М. - Геология и геофизика, 2001, т.42, № 10, с.1532-1542.

6. Щеглов А.Д., Говоров И.Н. Нелинейная металлогения и глубины Земли. - М.: Наука, 1985, 180 с.

7. Когарко Л.Н. - Геол.рудных месторожд., 1999, т.41, №5, с.370-403.

В.С.Лутков

ПЛЮМ^О ВА МАСОИЛИ ТАШАККУЛЁБИИ МАНОТИЦИ ГЕОХИМИКИ

Институти геологияи Академияи илмх^ои Цум^урии Тоцикистон

Ч,араёни ташаккулёбии аз хдд зиёд чукури плюмй яке аз омилх,ои асосии ташаккулёбии манотики геохимикй (металлогенй) мебошад.

Калима^ои калиди: плюмуо - манотщи геохимики - ташаккулёбии металлогенй.

V.S.Lutkov

PLUMEN AND PROBLEM OF FORMATION OF GEOCHEMICAL (MЕTALLOGENIC) PROVINCE

Institute of Geology, Academy of Sciences of the Republic of Tajikistan

Plumen show up principal factors of formation geochemical (metallogenic) province.

Key words: plumen - geochemical (metallogenic) province - mantle.