Геохимические признаки магматического гибридизма в габбро-гранитном массиве Дашкесан (Дашкесанское железорудное месторождение, Азербайджан)

Введение

Явление магматического смешивания (mixing/migling) при участии нескольких источников широко проявлено в формировании многофазных массивов в различных геодинамических обстановках. Так, взаимодействие разных по составу магм приводит к аномальным структурно-текстурным и геохимическим особенностям. Смешивание магм может происходить в магматических промежуточных камерах при контаминации и ассимиляции вмещающих пород или же пород предыдущих фаз. Несмотря на детальную петрографо-минералогическую изученность комплекса Дашкесан и многочисленным работам, посвященным его металлогении, акцессорным минералам и скарнам, остаются вопросы о степени влияния субдукционных процессов, а также роли процессов магматического смешивания расплавов, которые отмечались и предыдущими исследователями [2][3][6][11].

Дашкесанское месторождение располагается на территории Азербайджанской Республики, является одним из самых крупных железорудных месторождений в Закавказье и связано с внедрением габбро-гранитового массива [1][5][7]. Главной особенностью массива и месторождения является крайне разнообразный минеральный состав: рудных компонентов, а также акцессорных минералов (сульфиды железа, никеля, кобальта, молибдена, цинка, свинца, меди, золота, а также адамин, гроссуляр, аметист, дашкесанит (хлор- и калийдоминантный аналог гастингсита), эритрин, актинолит и другие). Данный объект является центром внимания многих исследователей в первую очередь за счет своего уникального минерального состава и выступает эталоном контактово-метасоматического скарн-магнетитового месторождения.

Месторождение Дашкесан находится в Лок-Гарабагской (Сомхето-Карабахской) мезозойской островной дуге в пределах Малого Кавказа. Дашкесанский массив (рис. 1) площадью 38 км² локализован в пределах одноименного Дашкесанского синклинория, имеющего юго-восточное простирание, представляет собой трогообразную структуру с пологими углами падения крыльев, не превышающими 10–20°. Дашкесанский синклинорий сложен верхнеюрскими отложениями, разрез которых начинается глинами келловея, наращивается известняками оксфорда и заканчивается туфогенными образованиями киммериджа. Синклинорий в субширотном направлении пересекается глубинным разломом. Интрузивные породы Дашкесана прорывают вмещающие нижнемеловые породы, представленные вулканогенно-осадочными (туффиты, туфопесчаники) и вулканогенными (андезиты, андезибазальты) породами, и оказывают на них контактово-метаморфическое воздействие, образуя обширные поля скарнов на контактах с оксфордскими известняками [3][4][11]. Формирование пород массива Дашкесан по U-Pb методу оценивается интервалом 138 ± 2 — 143 ± 2 млн лет [10].

Используя современные геохимические методы, авторы в данной статье обосновывают степень влияния процессов магматического смешивания на становление массива на основе полученных лабораторных данных и геохимического моделирования с помощью миксинг-теста (mixing test) [14].

Геологическая характеристика

Массив Дашкесан представляет собой комплекс из нескольких фаз: первая фаза состоит из габброидов, занимающих около 20% объема; вторая фаза представлена гранитами и гранодиоритами, составляя около 70% массива; третья фаза включает жильные граниты, аплиты, занимая приблизительно 10% объема. Дайки, пересекающие массив, обычно образуют самостоятельные дайковые комплексы, состоящие главным образом из лампрофиров и долеритов, с характерными ступенчатыми сбросами и интенсивными гидротермальными изменениями [5]. Породы последующих фаз прорывают предыдущие, содержащие их ксенолиты и образующие характерные шлировые или теневые структуры (рис. 2а).

Первая фаза пород массива представлена широкой вариацией от габбро, норитов до габбродиоритов через фациальные переходы. Структура габброидных пород: габбровая, гипидиоморфнозернистая, офитовая, текстура от такситовой, неоднородной до массивной. Минеральный состав включает в себя клинопироксены диосид-авгитового ряда, и ортопироксен гиперстен, энстатит. Часто пироксены подвергаются вторичным изменениям, присутствуют включения магнетита, апатита. Плагиоклазы представлены битовнит-лабрадором. Наблюдается прямая и обратная зональность таблитчатых плагиоклазов. В фотографиях обратно рассеянных электронов в интерстициях наблюдается ксеногенный калиевый полевой шпат (рис. 2в—г). Также присутствует оторочка из темноцветных минералов на периферии зерен.

Породы второй фазы — гранитоиды, которые образуют вытянутое тело в субширотном направлении, которые занимают около 25 км² площади массива. Представлен широкий ряд гранитоидов от кварцевых диоритов до монцодиоритов, гранитов через фациальные переходы. Структура мелко-среднезернистая, равномерно зернистая, порфировая, текстура от массивной до такситовой. Минеральный состав характерный для гранитоидных пород с содержанием кислого плагиоклаза 40—50%, ортоклаза 10—25% и темноцветных минералов (биотит, пироксен, роговая обманка).

В гранитоидах часто обнаруживаются ксенолиты габброидов размером от 1 до 30 см и более, а также ксенолиты диоритов и эффузивных пород, включенных в их состав. Ксенолиты подвержены окварцеванию, амфиболизации, эпидотизации и серицитизации. Темные минералы часто претерпевают вторичные изменения, часто происходит хлоритизация, а пироксен заменяется амфиболом. Содержание темных минералов в породах обычно неоднородно. Граниты встречаются в небольших количествах только апикальных частях. Они представляют собой плотные, светло-розовые породы средней зернистости, имеющие однородную структуру и массивную текстуру, внешне напоминающие гранодиориты с высоким содержанием лейкократовых минералов.

Породы третьей фазы образуют тонкие (от 2—3 см до 1 м) аплитовидные жилы, проникающие, как в гранитоиды второй фазы, так и в габброиды первой фазы. Эти аплитовидные жилы состоят из розовых мелкозернистых пород с высоким содержанием светлых минералов и минимальным содержанием темных минералов. В зонах контакта между гранитом и аплитом часто встречаются ксенолиты из окружающих пород. Дайки и тонкие аплитовые жилы распространены в большом количестве.

Становление массива Дашкесан завершается формированием даек долеритов и лампрофиров. Протяженность и мощность этих даек варьируют в широких пределах, они часто разбиты микротрещинами, ступенчато сброшены и изменены.

Геохимическая характеристика

Содержание SiO₂ в магматических породах Дашкесанского массива колеблется от 43 до 71%, образуя последовательный непрерывный тренд от габброидов до гранитоидов. Соотношение Na₂O/K₂O изменяется в широком диапазоне (от 1,2 до 8,5) породы Дашкесанского массива охватывают области низкокалиевой, известково-щелочной и высококалиевой серий. Статистический химический состав пород массива Дашкесан приведен в таблице 1.

Наблюдаются отрицательные корреляции SiO₂ с Al₂O₃ и MgO для пород первой фазы, тренды остальных петрогенных элементов не устанавливает четкой корреляционной связи. Для гранитоидов характерна положительная корреляция с кремнекислотой для суммы щелочей и отрицательные корреляции с Fe₂O_3, MgO, CaO, Al₂O₃. Характерной чертой пород Дашкесана является также нетипично низкое содержание V, Cr, Co, Ni, Zn в габброидах и, наоборот, повышенное относительно кларка содержание Ba, Pb, Rb, Sr, K, Nb, Mo, Sn, Th, U, Ce, тогда как для гранитоидов второй фазы, наблюдается обратная картина. Также для габброидов наблюдается высокое содержание редкоземельных элементов (РЗЭ) в среднем 115 г/т, для гранитоидов 120 г/т. Распределение (РЗЭ) в габброидах от умеренно до сильнодифференцированного (La/Yb)_n в среднем 7,70, а для пород второй фазы 7,4.

Обсуждение результатов

Согласно геологическим данным, массив Дашкесан является доскладчатым образованием, формирование которого непосредственно связано с субдукционными процессами. Распределение РЗЭ и мультиэлементные спектры обнаруживают типичные для связанных с субдукцией магматических пород отрицательные Ta-Nb- и Ti-аномалии и обогащение субдукционными компонентами (Ba, Th, Sr, Pb, Nb) [9].

Основываясь на минералогическом исследовании, можно сделать вывод, что в процессе становления массива, помимо кристаллической дифференциации, имело место магматическое смешивание [12][13][15][16][17][18]. Этот вывод, помимо геологических наблюдений, основывается также на следующих фактах.

1. Разнообразие минеральных ассоциаций как породообразующих, так и акцессорных минералов — наблюдаемая вариация текстур и структур гипидиоморфнозернистой до такситовой, наличие многочисленных шлиров и кучевых скоплений темноцветных минералов.
2. Присутствие включений калиевого полевого шпата в габброидах.
3. Обрастание плагиоклаза ортоклазом, кварцем, пироксеном, амфиболом, пойкилитовые структуры темноцветных минералов.
4. В пироксене и амфиболе встречаются включения плагиоклаза.
5. Широкие фациальные переходы в пределах одних фаз.
6. Включения ксенолитов предыдущих фаз по всему массиву

Дополнительно проведен миксинг-тест, предложенный Fourcade, Allergre [14].

Если А — кислая, а B — основная магмы, то содержание C каждого элемента i в любом смешанном расплаве M должно соответствовать уравнению:

С_i^M = x*С_i^A + (1 – x) С_i^B

или С_i^M– – С_i^A = x*(С_i^B– С_i^A), (1)

где x (0 < x < 1) — это доля основной мамы в смешанном расплаве M. Для получения гибридной магмы необходимо смешать два крайних ее члена, соответствующих наименее и наиболее дифференцированным разностям. Результатом решения уравнения является прямая в координатах C^B–C^A, C^M–C^B, где наклон кривой определяет долю основной магмы при формировании как конечного, так и всех промежуточных составов гибридных пород. Полученные положительные корреляции отражают высокую вероятность модели смешения. Как видно из результатов моделирования (табл. 2), габброиды Дашкесана могли формироваться в результате смешения 65—95% (75% в среднем) основной магмы и 5—35% гранитной магмы; при формирования кварцевых диоритов и грандиоритов доля базальтовой составляла 40—70% (60% в среднем), а гранитоидов — около 15%. На (рис. 3а) для примера показана модель смешения для двух образцов: габбродиорита и диорита. Хорошая линейная корреляция (R = 0,95—0,97) указывает на справедливость модели.

В дополнение к этому проведено сравнение реально наблюдаемых содержаний редкоземельных и микроэлементов с вычисленными содержаниями элементов в гибридной породе. В целом отмечается хорошее совпадение реальных и модельных распределений. Тем не менее совпадения не идеальны, наиболее сильны различия в содержаниях Th, U, Pb, Sr, Ba, Nb, Ta, Zr. Неполное совпадение содержаний микро- и редкоземельных элементов в первую очередь объясняется тем, что процесс смешения сопровождался коровой контаминацией, магматическим и субдукционным обогащением [9].

Модель образования пород Дашкесанского комплекса (рис. 4) заключается в выплавлении родоначальных расплавов из обогащенных пород мантийного клина при активном участии субдукционных флюидов, которые образовываются в результате плавления осадков плиты. Наблюдаемое мантийное обогащение возможно за счет неоднородности субстрата и мантийного метасоматоза. По мере продвижения расплавов кислая и основная магмы смешиваются в промежуточных камерах или же кислая магма во второй фазе внедрения прорывает уже существующие габброиды. Обычно температуры кислой магмы недостаточно для плавления основных пород, однако взаимодействие с флюидной составляющей приводит к возрастанию физико-химической активности, что приводит к возможности частичного переплавления габброидных пород по периметру, их захвату и дальнейшей переработке.

Заключение

Геохимические особенности пород Дашкесана — наличие положительной и отрицательной европиевой аномалии, аномально высокое содержание редкоземельных элементов в породах первой фазы, повышенное содержание литофильных и высокозарядных элементов Nb, Rb, Ba, Sr, Pb, U, Th, K, Zr, Hf в габброидах, низкие содержания типичных для кислых дифференциатов микроэлементов и суммы редкоземельных элементов, — скорее всего, обусловлены процессами смешения расплавов (миксинг/миглинг) и коровой контаминации. На основе математического расчета миксинг-теста формирование переходных фаций возможно за счет смешения ~ 60% основной магмы и 40% кислой магмы. Модель формирования комплекса заключается в первичном плавлении обогащенного мантийного клина и дальнейшем перемешивании в магматических камерах, а также коровой контаминацией, ассимиляцией и субдукционным обогащением.

ВКЛАД АВТОРОВ / AUTHOR CONTRIBUTIONS

Садыхов Э.А. — разработал концепцию статьи, провел структуризацию материала, окончательно утвердил публикуемую версию статьи и согласен принять на себя ответственность за все аспекты работы.

Десяткин А.С. — внес вклад в написании текста статьи, утвердил концепцию.

Велиев А.А. — предоставил геологические данные, внес вклад в концепцию статьи.

Хмарин Э.К. — внес вклад в обработку материалов и графическое оформление.

Emin A. Sadikhov — developed the concept of the article, structured the data, finally approved the published version of the article and agrees to take responsibility for all aspects of the work.

Alexey S. Desyatkin — contributed to writing the text of the article, approved the concept.

Anar A. Veliev — provided geological data, contributed to the concept of the article.

Eduard K. Khmarin — contributed to data processing and graphic design.