Граниты и их роль в формировании литосферы

ГРАНИТЫ И ИХ РОЛЬ В ФОРМИРОВАНИИ ЛИТОСФЕРЫ

В геологии, как, наверное, и в других науках, есть набор неких “вечных заморочек” — проблем, интерес к которым то затухает, то обостряется, но никогда не исчезает. К ним относится и так называемая проблема гранита, включающая все вопросы, связанные с происхождением и геологическим положением этих пород. Спорам о гранитах уже более 200 лет, но систематически вышвляются новые аспекты, и дискуссия переходит на другой уровень, обретая новую жизнь.

Проблема гранита выкодит по своей значимости далеко за рамки не только петрографии, но и геологии. Отмечу лишь наиболее существенные моменты. Так, граниты, слагая около половины объема всех магматических пород, распределены в литосфере крайне неравномерно — они являются определяющим компонентом коры континентальной, тогда как в океанах их нет. Более того, не разобравшись с гранитами, нельзя понять, что такое континенты, почему и как они обособились от океанов. А это не только геология, но и география. Далее, в пределах Солнечной системы граниты известны в сколько-нибудь существенном объеме только на Земле, тогда как на прочих планетах земного типа, включая и Луну, их нет. Почему? Это уже проблема астрономии или как минимум планетологии. И поверьте, граниты порождают немало вопросов, подобный по широте и значимости. Так что “неумирающий” интерес к этим породам вполне обоснован. Настоящая статья как раз и посвящена оценке современного состояния заявленной проблемы на основе анализа отечественных и зарубежных публикаций с учетом моих собственных материалов и личных соображений, как прошлых, так и нынешних.

Что же говорят и думают о гранитах и сопряженных с ними явлениях современные специалисты? Оставим в прошлом исторические споры нептунистов и плу-тонистов конца XIX в., полемику сторонников единой (базальтовой) исходной магмы и приверженцев независимого существования гранитных расплавов (первая треть XX в.), романтические дис-

Д. г.-м. н.

Л. В. Махлаев

petro@geo.komisc.ru

куссии магматистов и трансформистов в пору моей студенческой юности. Отметим лишы, что в ходе этих почти 200-летних дебатов сложилисы представления, что гранитная магма не имеет отношения к протопланетному расплаву и не генерируется на мантийном уровне, а формируется в результате плавления кристаллического вещества земной коры. При этом сами граниты могут образовываться как при кристаллизации этих палинген-ных (возрожденных) расплавов, так и путем преобразования коровых метамор-фитов в твердом состоянии. К заключительной четверти XX в. эти положения стали общепризнанными, и дальнейшие споры шли всего лишы по линии определения относительной роли расплавнык (собственно магматических) гранитоидов и их улытраметаморфогенныIх аналогов в общем балансе этих пород. В итоге гранитная дискуссия в очередной раз почти сошла на нет.

К новому её обострению, у нас в стране в полной мере еще не осознанному, привели рассмотрение влияния исходных субстратов на состав гранитов и оценка их непосредственной роли в формировании последних. В этом вопросе четко обособились две принципиально разные концепции. Одни исследователи полагают, что состав реальный гранитов определяется физико-химическими параметрами гранитообразующей системы — температурой, давлением, а также химизмом растворов (флюидов), среди которык ведущая роль принадлежит мантийным. Влияние преобразуемого материала, именуемого субстратом или протолитом, считается ничтожным и во внимание не принимается. Полагают, что под воздействием флюидов преобразовываться в гранит может все — от амфиболита до кварцита. При достижении системой температуры плавления все это даёт в конечном счете гранитную магму. Известный русский специалист по гранитам и гранитогенезу Г. М. Беляев назвал такой подход “принципом Миясиро” по имени японского петролога, активно

развивавшего эти представления [1]. Подчеркнем, что в соответствии с принципом Миясиро состав гранита определяется внешними по отношению к граниту факторами. Эту версию разделяет на сегодня в той или иной форме болышинство российских петрологов.

Алытернативную концепцию можно назваты принципом Чаппела, австралийского петролога, утверждающего, что “граниты — это слепок исходных пород”, которые претерпели плавление и иные преобразования, став в конечном счете гранитами. Уже сама логика подсказыта-ет, что исходное вещество гранитообразующей системы не может исчезаты пол-ностыю. Непереработанные остатки исходного материала (фрагменты пород, не-ассимилированные ксенокристаллы) в гранитах действителыно встречаются. Порой они даже обилыны. Такой материал назытаюг реститом (от английского слова rest— остаток). Чем выше доля рес-тита, тем отчетливее должны проявляты-ся унаследованные особенности исходного субстрата. Но даже при полном пе-реплавлении последнего что-то из первичных компонентов должно войти в новообразованный расплав, и это неизбежно скажется на особенностях его состава [10].

В начале 70-х гг. произошли события, чрезвычайно важные для данной проблемы: геологи разных стран установили на реалыных объектах, расположенных на разных континентах, что наследование гранитоидами особенностей состава исходных субстратов — это не толыко логическое допущение, но и вполне реалыный факт.

Я имею в виду свои работы по изучению протерозойских гранитов Тай-мыфа и Енисейского кряжа, исследования И. Б. Щербакова архейских гранитов Украины и работы Б. Чаппела в Австралии. Исследования эти проводи-лисы практически одновременно и вы-полнялисы независимо друг от друга. Тем ценнее, что их резулытаты оказа-лисы по сути идентичными.

На основе таймырских исследований нами было сформулировано понятие об

изолитогенных гранитных рядах как о совокупности продуктов последовательного преобразования (метаморфизма, метасоматической гранитизации, мигма-тизации, палингенно-анатектического плавления и полного переплавления) литологически однотипных исходных толщ. В развернутой форме эта концепция с разделением гранитов на апоосадочные (куда входят апопелитовый, апограувак-ковый и известковисто-граувакковый ряды) и апомагматические (апобазито-вый и аполептитовый ряды) впервые была изложена в 1972 г. в нашей монографии о гранитоидах докембрия Таймыра [7]. Два года спустя вышла из печати известная (обильно цитируемая) статья Б. Чаппела и А. Уайта, в которой наши австралийские коллеги изложили в тезисной форме обоснование выделения в Лакланском складчатом поясе Австралии двух различных сообществ кислых пород, названных ими S и I гранитами [11]. В своей основе схема Б. Чаппела идентична нашей схеме изолитогенных рядов, поскольку символ S обозначает в ней слово sedimentary (осадочный, точнее, апоосадочный), а символ I—igneous (магматический, апомаг-матический). Но появилась она позже выхода в свет нашей монографии.

И дело тут не в моих достоинствах, хотя мне было бы лестно так думать, а в достоинствах объекта наших исследований. На Таймыре вследствие прекрасной обнаженности и особенностей геологического строения можно шаг за

шагом прослеживать изменения отдельных пачек и даже пластов преобразуемый пород (рис. 1). На Енисейском кряже в пределах Посольненского гранитного массива в процессе проведения государственной геологической съемки пятидесятитысячного масштаба была выявлена и четко прослежена реликтовая слоистость гранитов, непосредственно переходящая по простиранию в слоистость замещаемых ими гнейсов (рис. 2). В Австралии таких возможностей нет, и там можно было опираться только на косвенные данные — на корреляцию составов пород.

Монография И. Б. Щербакова с обстоятельной характеристикой апопели-товых и апобазитовых архейских гра-нитоидов Украинского щита вышла в свет в 1975 г. [9], формально после Чаппелов-ской статьи. Но я бы отметил, что это была все-таки монография, т. е. работа итоговая, а не тезисная статья с заявкой на идею. Так что на тот момент мы со Щербаковым явно опередили наших зарубежных конкурентов. Однако вскоре ситуация кардинально изменилась. Б. Чаппел провел в последующие 10— 12 лет масштабные геохимические и изотопные исследования гранитоидов Австралии с привлечением громадного материала по другим континентам, что позволило ему создать мощнейшую аналитическую базу в обоснование своей модели. К тому же первичная схема быша существенно расширена — допол-

нена двумя новыми гранитными типами. Все это привело к заслуженному всемирному признанию Чаппеловской классификации. В итоге мне не осталосы ничего другого, кроме как способствовав (по мере возможности) ее внедрению в практику отечественных исследований.

Напомню основы Чаппеловской классификации, которую порой не-сколыко шутливо называют “алфавитной” (см. таблицу). Б-граниты в пояснениях вроде бы не нуждаются: они развиваются по первично-осадочным (преимущественно метапелитовым) протолитам, а потому являются чистейшим коровым продуктом.

1-граниты — продукт преобразования ортометаморфитов, развивавшихся по основным вулканитам, их туфам и ту-фогенно-осадочным толщам, хотя часты исследователей трактует их как дифферен-циаты базалытовой магмы, не отделяя, в сущности, от М-гранитое. К последним относятся преимущественно кварцевые диориты, гранодиориты, тоналиты. Буква “М” в их названии говорит об их мантийной природе. Полагают, что это диф-ференциаты негранитных мантийных магм — базалытовой, андезитовой, хотя есты версия, согласно которой это продукты гранитизации метаморфитов, содержащих по тем или иным причинам геохимические и изотопные мантийные метки.

Сложнее всего ситуация с А-гранита-ми. Буква “А” обозначает здесы не тип субстрата и даже не источник происхож-

Рис. 1. Метаморфическая зоналыносты в районе междуречыя Гранатовой и Ленивой (Централыный Таймыр).

1—4 — свиты в составе протерозойского комплекса: 1 — мининская, 2 — конеч-кинская, 3 — стерлиговская, 4 — воскресенская; 5 — разрывные нарушения; 6— 9 — изограды метаморфизма: 6 — биотитовая, 7 — гранатовая, 8 — ставролито-вая, 9 — силлиманитов ая

Рис. 2. Посольненский автохтонный гранитный массив (Енисейский Кряж).

1 — пегматоидные граниты; 2—7 — гнейсо-граниты; 8—11 — гнейсы

Петрогеохимическая характеристика гранитоидных групп по Б. Чаппелу [12] и гранитов Урала [5]

Компо- Средние составы групп по Чаппелу Граниты Урала

Информативные петрогенные компоненты, мае. %

п 578 991 17 148 216 322

Si02 70.3 69.2 67.2 74.6 70.8 75.1

А12Оз 14.1 14.3 15.2 12.4 14.3 12.5

FeO* 3.5 3.3 4.4 2.8 3.2 2.0

MgO 1.4 1.4 1.7 0.3 0.9 0.3

CaO 2.0 3.2 4.3 0.7 1.7 0.7

Na20 2.4 3.1 4.0 4.1 5.5 3.5

к2о 4.0 3.4 1.3 4.7 3.8 4.5

Малые элементы, ppm

n 578 991 17 148 64 98

Rb 217 151 17 170 190 190

Sr 120 247 282 45 160 55

Zr 165 151 108 520 120 320

Nb 12 11 1 37 22 31

Y 32 28 22 75 30 36

Ga 17 16 15 25 15 26

Характеристические отношения

Ga/Al 2.3 2.1 1.9 3.8 1.9 3.9

А.И. 0.6 0.6 0.5 1.0 0.7 1.0

K/Rb 151 187 598 229 190 212

Rb/Sr 1.8 1.6 0.1 3.5 1.2 3.5

Примечание: FeO* = FeO+Fe2O3; значение Ga/Al увеличено в 1000 раз; А. И. — агпаитовый индекс: [K+Na]:[Al].

дения, как в случае с М-гранитами. Это интегрированный символ неких специфических особенностей пород данного класса: А-граниты анорогенные (Anorogenic), безводные (Anhydrous) и щелочные (Alkaline). Они характеризуются также низкими содержаниями алюминия, кальция, магния и стронция, высокой относительной железистостью, обогащены галлием, цирконием и редкоземельными элементами (кроме европия). Для них типично высокое содержание фтора. Они варьируют по составу от щелочных лейкогра-нитов (аляскитов) до кварцевых сиенитов. Из темноцветных минералов для них обычны высокожелезистый биотит и щелочные амфиболы (особенно арфведсо-нит), иногда присутствуют натровые пи-роксены. Природа их наиболее дискуссионна. А-граниты рассматривают как продукт плавления мафических нижнекоро-вых тоналитов, как результат смешения мафических и салических магм, даже как порождение фракционной кристаллизации толеитовых базальтов или их диффе-ренциатов, объединяя, по сути, с М-гранитами. Все эти варианты сомнительны, поскольку не увязываются с реальной геологией. По-видимому, и в данном случае все дело в специфике субстрата.

Мы полагаем, что протолитами А-гранитов являются породы, уже претерпевшие ранее гранитизацию. Именно этим определяется крайне низкое содержание в них Mg и Ca, обогащённость щелочами и кремнеземом, а также отно-

сительная “сухость” соответствующих расплавов. Такие же представления развивали Б. Чаппел и Дж. Вейлен. Недавно аналогичная модель предложена Г. Эйби, который полагает, что А-граниты образовались в результате повторного плавления континентальной коры вследствие внедрения в нее базальтовой магмы. Последняя оказала на исходный субстрат лишь термальное воздействие, играя роль теплоносителя. В результате сформировались специфические контрастные ба-зит-лейкогранитные (А-типа) ассоциации, примерами которых могут служить Буш-вельдский лополит в Африке, массив Ту-лай-Киряка на Таймыре и двухфазный габбро-лейкогранитный Лемвинский плутон на Приполярном Урале [5].

Завершая рассмотрение Чаппелов-ской “алфавитной” классификации гранитов, отмечу, что двадцать лет назад, когда у нас в стране эта схема ещё не применялась, а большинство геологов и понятия о ней не имело, я изложил её основы на традиционной годичной сессии нашего института и показал её приложимость к гранитам Урала. В моих последующих публикациях все известные массивы севера Урала были распределены по I, А и М типам. Недавно А. А. Соболева получила убедительные доказательства существования на Урале не известных там ранее 8-гранитов. Так что теперь у нас на севере Урала представлен “полный гранитный бант”! И я рад, что петрографы нашего института первыми в стране

перешли на современный язык и давно уже освоили его “азбуку”. Более того, студентов Сыктывкарского университета стали знакомить с основами классификации гранитоидов по Чаппелу задолго до того, как это начали делать в МГУ не говоря уже о других вузах России.

В настоящее время большинство отечественных исследователей гранитоидов использует схему Б. Чаппела, но смысл в её содержание вкладывают при этом разный, по своему трактуя генезис тех или иных классов. Многие российские геологи по-прежнему не признают наследования гранитами особенностей исходных субстратов, а потому не видят возможностей реконструкции первичной природы последних. По этой причине существенно занижается роль первично-осадочного материала в сложении гранитов и полностью исключается участие в их формировании гипергенных процессов, и прежде всего осадочной дифференциации, которая, как нам представляется, подготавливает вещество внешних оболочек земной коры к последующей гранитизации. Представления о существенной роли гипергенных процессов в гранитогенезе развивал и активно отстаивал В. М. Синицын, утверждавший, что сиаль “мог образоваться только на планете с атмосферой и гидросферой, преобразующими энергию солнечных лучей посредством климатических процессов в геологическую работу” [8, с. 5]. Небесные тела, лишенные атмосферы и гидросферы, не должны, по его мнению, иметь аналогов земного сиаля. Собственно, то же самое утверждал за 50 лет до В. М. Синицына великий В. И. Вернадский. Аналогичного мнения придерживается и самый крупный геохимик современности С. Р. Тейлор, утверждавший в названии одной из своих статей: “Нет воды — нет гранитов, нет океанов — нет континентов!” (“No water — no granites, no ocean — no continents”). Причем говорил он в этой публикации именно о поверхностной воде, а вовсе не об эндогенной, флюидной.

Однако сторонников таких представлений было не так уж много, особенно в России. Я это прекрасно знаю на собственном опыте. В 1999 г. мне пришлось преодолеть мощные преграды, чтобы опубликовать соответствующую статью в “Соросовском образовательном журнале” [6]. О более серьезном издании тогда и думать не приходилось. И вот, всего-то через три года (в 2002 г.) вышла в свет солидная (460 с.) монография ГИНа “Вертикальная аккреция земной

коры” [2]. Эту книгу открывает глава “Терригенные отложения как источник материала континентальной коры”. Ведущий автор и идеолог монографии — академик М. Г. Леонов, автор вводной главы — известный литолог В. И. Копо-рулин. Авторский коллектив — больше дюжины авторитетных специалистов!

Что такое “вертикальная аккреция”? По определению М. Г. Леонова, это наращивание консолидированной коры и изменение её внутренних свойств в направлении кратонизации (сиализации, гранитизации) в результате взаимодействия различных оболочек Земли, а также изменение вследствие структурно-вещественных (физико-химических) преобразований свойств слагающих их пород, что приводит к смещению границ литосферных слоев в вертикальном разрезе. Через пару лет гипотеза наращивания континентальной коры за счет непрерывного накопления и переработки осадочного слоя, включая его гранитизацию и переплавление, была названа одним из наиболее выдающихся научных достижений РАН на рубеже XXI в. [3]!

Я очень рад, что идея, которую я всегда развивал, возродилась и главные положения моей докторской диссертации реализуются в современных научных исследованиях, пусть и без ссылок на мои более ранние работы. Жаль, конечно, но, как выяснилось, моих статей и книг по этой проблеме никто в ГИНе не читал. Отметим все-таки главнейший тезис представлений о гранитогенезе, развиваемых авторами гипотезы “вертикальной аккреции”: в формировании гранитои-дов существенную роль играет предшествующая подготовка вещества в ходе экзогенной предыстории на стадии выветривания и осадочной дифференциации [2]. Я эту концепцию полностью разделяю и уже более тридцати лет её отстаиваю [4, 6, 7].

А как же в свете новых данных обстоит дело с дискуссией о том, чем определяется состав гранитов — особенностями субстрата или физикохимическими условиями? Время, как это обычно бывает, развело и одновременно примирило спорщиков, расставив все по местам. На бытовом уровне любят говорить, что в спорах—истина лежит посредине. В науке это не так. Чаще

всего истина заключается в том, что объект оказывается сложнее и спорящие говорят не о разных явлениях, а о разных сторонах одного явления, более многогранного, чем это представлялось первоначально. Личинка, ползающая по дверце шкафа, может утверждать, что шкаф — вертикальная поверхность, а ползающая по его полке, о том, что объект их спора — поверхность горизонтальная. Они никогда не поймут друг друга. Личинка должна стать бабочкой, или хотя бы мухой, чтобы взлететь и увидеть, что шкаф — объемное тело, включающее как вертикальные, так и горизонтальные поверхности. В такой шутливой форме иллюстрировал Пенти Эскола в 1948 г. на сессии МГК в Лондоне итоги дискуссии о природе гранитов — магматической или ме-тасоматической. Поэтому в научных спорах чаще всего победителями оказываются обе стороны. Так и в данном случае. Принцип Миясиро верен, поскольку Р-Т условия определяют “матрицу” гранита: тип полевого шпата, соотношения полевых шпатов и кварца, общее содержание темноцветных минералов Но верен и принцип Чаппела, поскольку именно исходный субстрат определяет состав мафической части магмы, а в итоге — набор темноцветных минералов и петроге-охимический тип гранита. Это положение наглядно иллюстрируется картинкой “Кухня Плутона” (рис. 3), отображающей также и вклад мантии. Остановлюсь в заключение на еще одном важном моменте. Все модели гранитообразования были разработаны в рамках учения о геосинклиналях, а отчасти и раньше — при господстве гипотезы контракции. С горизонтальным вектором движений они не очень-то согласуются. Посмотрите рис. 2. Ну как в условиях коллизии может сохраниться такая тонкая реликтовая полосчатость гранитов, как она может так идеально согласовываться со слоистостью вме-

шающих гнейсов? Какие там “изолитоген-ные ряды”, когда ни для какой сохранности первичных складчатых структур в аккреционных призмах места не остается, как не остается его и для единых серий с переходами от автохтонных гранитов через параавтохтонные к аллохтонным. А концепция “вертикальной аккреции” такие возможности вновь открывает. Но это означает, что борьба между сторонниками примата радиальных движений (фик-систами) и сторонниками тангенциальных движений (мобилистами) не завершилась. По всей видимости, и в этом случае, как это было в прежних серьезных дискуссиях, победителей не будет и правы окажутся обе стороны.

Исходя из достижений в области изучения гранитов, можно предположить, что задачей глобальной тектоники на ближайшие десятилетия станет разработка какой-то интегральной (объединяющей) модели, которая позволит решать, где и когда на нашей планете реализовывались тангенциальные движения, где — радиальные и как они сменяли друг друга в пространстве и во времени.

Литература

1. Беляев Г М., Рудник В.А. Формационно-генетические типы гранитоидов. Л.: Недра, 1978. 168 с.

2. Вертикальная аккреция земной коры: факторы и механизмы / Под ред. М. Г. Леонова. М.: Наука, 2002. 462 с.

3. Леонов М.Г. Вертикальная аккреция как фактор формирования консолидированной земной коры // Современные проблемы геологии. М.: Наука, 2004. С. 69— 88. (Тр. ГИН. Вып. 565).

4. МахлаевЛ. В. Изолитогенные гранитные ряды. Новосибирск: Наука, Сиб. отделение, 1987. 153 с.

5. Махлаев Л. В. Гранитоиды севера Центрально-Уральского поднятия. Екатеринбург: Изд-во УрО РАН, 1996. 150 с.

6. Махлаев Л. В. Граниты — визитная карточка Земли: почему их нет на других планетах // Соросовский образовательный журнал, 1999. № 2. С. 111—117.

7. Махлаев Л. В., Коробова Н. И. Генетические гранитоидные ряды докембрия Таймыра. Красноярск: Кр-ское кн. изд-во, 1972. 158 с.

8. СиницинВ.М. Сиаль. Л.: Недра, 1972. 167 с.

9. Щербаков И. Б. Петрография докем-брийских пород центральной части Украинского щита. Киев: Наукова думка, 1975. 279 с.

10. Chappell B. W., White A. J. R., Wyborn D. The importance of residual source material (restite) in granite petrogenesis // J. of Petrol. 1987. Vol. 28, N 6. P. 1111—1138.

11. Chappell B. W., White A. J. R. Two contrasting granite types // Pacific Geol., 1974, N 8. P. 173—174.

Рис. 3. “Кухня Плутона” — условная схема взаимодействия различных факторов в формировании гранитов