книги из ГПНТБ / Нестеренко Г.В. Геохимия дифференцированных траппов (Сибирская платформа)

правомерно (например, Лурье и др., 1962), то данные породы следует рассматривать в качестве поздних продуктов дифферен­ циации расплава, обогащенных кремнеземом и щелочами. Сле­

ких элементов в породах трапповой формации показывают, что их поведение, как и поведение петрогенных элементов, контроли­ руется двумя группами процессов: процессами стадии докамерной дифференциации и процессами стадии камерной дифферен­ циации (Нестеренко, Альмухамедов, 1972).

На стадии докамерной дифференциации в относительно маг­ незиальных членах серий накапливаются такие элементы, как медь, никель, кобальт, хром; в более железистых — титан, вана­ дий, рубидий, стронций и др. Это четко фиксируется на примере эффузивной фации траппов Норильского района, где с увеличе­ нием магнезиальное™ пород пермского вулканического цикла (от ивакииской свиты к грудчихинской) закономерно возрастает со­ держание первой группы элементов и уменьшается — второй (табл. 46).

Аналогичная в целом картина наблюдается и при сопоставле­ нии средних составов дифференцированных интрузий (табл. 47): более магнезиальным массивам свойственны повышенные кон­ центрации хрома, никеля и кобальта, железистым — титана и ва­ надия. Особенности распределения других элементов проявлены менее четко, хотя и наблюдается слабо выраженная тенденция в увеличении концентраций цинка, рубидия и редкоземельных элементов с возрастанием железистости интрузий.

Общность поведения большинства изученных редких элемен­ тов в процессе докамерной дифференциации как в пределах од­ ного района, так и в пределах платформы согласуется с выво­ дами исследователей трапповой формации об одинаковом харак­ тере глубинной эволюции базальтового расплава в различных ло­ кальных очагах и о близости состава исходного субстрата (Кравцова, 1966). Эти данные являются также косвенным сви­ детельством малой значимости процессов глубинной ассимиляции базальтовой магмой сиаля земной коры.

мах при более низких содержаниях в остальных типах пород. Ли­ тий и свинец характеризуются инертностью поведения.

Таким образом, особенности распределения редких элементов в дифференцированных траппах в целом показывают, что харак­ тер их поведения при дифференциации in situ результативно бли­ зок докамерной дифференциации расплава. В обоих случаях эво­ люция магмы приводит к накоплению определенных групп эле­ ментов в специфических по составу породах. Это позволяет в первом приближении считать камерную дифференциацию распла­ ва результативной геохимической моделью докамерной эволюции трапповой магмы, хотя физико-химические условия обоих про­ цессов резко различны (Йодер, Тилли, 1965).

ва наблюдаются существенные различия в характеристике их распределения. Это обусловлено рядом причин, в числе которых наиболее существенны исходный состав магмы, степень (глуби­ на) ее дифференциации и формы связи элементов в расплаве и кристаллических решетках минералов. "

Как было подчеркнуто выше, исходный состав магмы опреде­ ляет ее «зараженность» той или иной группой редких элементов. Например, хром, никель и кобальт показывают наиболее высокое содержание в породах интрузий норильского типа (см. табл. 10), уже первоначально обогащенных этими элементами. С другой стороны, максимальные содержания титана и ванадия характер­ ны для железистых пород других типов интрузий (например, для аламджахского типа), исходный расплав которых был обеднен магнием и обогащен железом. Эта особенность, хотя и в мень­ шей степени, проявляется и для других элементов (цинк, руби­ дий, редкие земли), что позволяет считать протообогащение важ­ ным фактором дальнейшего концентрирования элементов при ка­ мерной дифференциации расплава.

Вместе с тем процесс камерной дифференциации имеет боль­ шее значение для концентрирования редких элементов по срав­ нению с докамерным процессом (см. табл. 10). Особенно это ха­ рактерно для глубоко дифференцированных массивов (нориль­ ский и аламджахский типы). Например, в Черногорской интру­ зии (норильский тип) концентрация хрома в пикритовых долеритах превышает его содержание в габбро-пегматитах и смеж­ ных породах верхних горизонтов более чем в 30 раз, никеля к кобальта в 20—80 раз (с учетом такситовых долеритов). С дру­ гой стороны, в феррогаббро Аламджахской интрузии отмечаются наиболее высокие концентрации титана и ванадия.

Таким образом, разделение элементов, начавшееся в процес­ се зарождения и докамерной эволюции магмы, достигает макси­ мального значения на стадии камерной дифференциации распла­ ва с образованием в отдельных случаях рудных концентраций (медно-никелевые месторождения норильского типа).

титана в пироксенах увеличиваются. В гранофнрах титан свя­ зан преимущественно в форме сфена (CaTiO^SiOJ).

Процесс дифференциации силикатных систем, в том числе и основного состава, идет в сторону увеличения степени полимери­ зации (поликонденсации) остаточных расплавов (Анфилогов, Альмухамедов, 1970). Это подчеркивается, в частности, большей степенью полимеризации анионных каркасов минералов в реак­ ционных рядах, например, в известном ряду Боуэна — Розенбуша:

венно, что с возрастанием кислотности кремнекислородных груп­ пировок исходные равновесные соотношения в расплаве будут

Примерно такая же картина наблюдается и для редких эле­ ментов с той лишь разницей, что степень диссоциации в соответ­ ствии со значением ионного потенциала для них различна. Это видно на примере циркония, который имеет более низкий ионный потенциал и в связи с этим его комплексы диссоциированы боль­ ше титана с образованием катионной формы в количествах, до­ статочных для образования акцессорного циркона. Кроме того,

лексы типа Nb(Ta)06 7 ~ (Goldschmidt, 1964), которые затрудни­ тельно входят в структуру титаномагнетитов и ильменитов.

Это обстоятельство, а также несовершенный изоморфизм нио­ бия и тантала с титаном в силу более высокого их заряда (Ringwood, 1955) предопределяют поведение этих двух элементов в про­ цессе дифференциации. Они преимущественно остаются в рас­ плаве и концентрируются в остаточной магме.

Аналогичное поведение циркония и гафния объясняется боль­ шой разницей радиусов центральных катионов в комплексах этих

плаве, накапливается подобно ниобию и танталу в остаточных магмах, показывая здесь аномально высокие концентрации (см. табл. 10).

Комплексная форма элементов, хотя и в меньшей степени, ха­ рактерна также для хрома и особенно ванадия. Это подчеркива­ ется связью данных элементов с рудными минералами, где они замещают окисное железо. Последнее в свою очередь «...склонно к формированию комплексных анионов, чему способствует его высокий электрический потенциал» (Есин, Гельд, 1966).

Комплексы хрома, образуя с закисным железом хромитовуто составляющую, выводятся из расплава на ранних стадиях диф­ ференциации, показывая максимальные содержания в титано­ магнетитах из пикритовых долеритов. Комплексы ваиадря, на­ против, в максимальной степени концентрируются в тита -юмаг- нетитах поздних и заключительных стадий дифференцнацьн (см. табл.27).

Следует подчеркнуть, что комплексы ванадия в расплаве ус­ тойчивее комплексов хрома. Последние в значительном и даже подавляющем количестве могут быть диссоциированы в магме до катионной формы и активно связываться не только в окнспорудных, но и в кристаллизующихся силикатных минералах. В то же время ванадий в расплаве остается в комплексной форме пра­ ктически па протяжении всего периода дифференциации распла­ ва, что подчеркивается его преимущественной связью с окиснымп рудными минералами. Такая картина наблюдается, помимо трап­ пов Сибирской платформы, также и в породах Скергардской ин­ трузии (Wager, Mitchell, 1951). Экспериментальным подтверж­ дением справедливости высказанного положения является изуче­ ние диффузии элементов в силикатных шлаках, согласно которым хром в расплаве находится в катионной форме, а ванадий в виде комплексных анионов (Есип, Гельд, 1966).

Таким образом, присутствие в расплаве ниобия, тантала, циркония, гафния, хрома и ванадия в комплексной форме и ана­ логия комплексов этих элементов с комплексами титана и окис­ ного железа приводит к тесной связи перечисленных редких эле­ ментов в процессе кристаллизации магмы с рудными минерала­ ми (титаномагнетит, ильменит), которые в главной массе пород являются для них минералами-концентраторами.

Катионная форма низковалентных элементов в расплаве не предполагает одинакового (или близкого) их поведения в про­ цессе дифференциации и кристаллизации расплава. Это объясня­ ется свойствами элементов и прежде всего их сродством к кис­ лороду и сере, что предопределяет присутствие того или иногоэлемента в сульфидной форме или в виде кислородного соедине­ ния (окисные рудные минералы, силикаты).

Термодинамические расчеты позволили А. А. Маракушеву и Н. И. Безмену (1969) определить ряд понижающегося сродства.

В. В. Щербины (1969): Hg — Ag — Си — Pb — Cd — Zn — Ni — Co—Fe — Sn — Mn — V, а также расчетами Ноккольдса (Nockolds, 1966).

Изучение геохимии траппов Сибирской платформы показы­ вает, что редкие элементы полностью вписываются в предложен­ ную схему. Так, элементы по кобальт включительно обладают халькофильными свойствами, остальные (литий, рубидий, барий, стронций, редкие земли)—отчетливо оксифильны.

Более того, ряд элементов — серебро, медь, кадмий, свинец, цинк, никель, кобальт — в общем случае является рядом понижа­ ющейся халькофильности. Если серебро и медь встречаются в траппах только в сульфидной форме (Нестеренко и др., 1969; Смирнова, Альмухамедов, 1967), то никель и кобальт связыва­ ются в сульфидах и, кроме того, входят в окисные рудные и си­ ликатные минералы (Смирнова и др., 1968).

Более халькофильные в сравнении с никелем свойства цинка и свинца доказываются минералогическим анализом траппов, в- которых отмечаются акцессорные галенит и сфалерит при редких сульфидах никеля и резко подчиненном значении акцессорного пирротина, с которым изоморфно связывается этот элемент (Надеждина, 1961).

На поведение халькофнльных элементов в процессе диффе­ ренциации магмы большое значение оказывает содержание серы в исходном расплаве, вопрос об источнике которой до сих пор остается дискуссионным.

При относительно высоком содержании серы, как это отмеча­ ется в рудоносных интрузиях норильского типа, халькофильные элементы в значительной степени связываются в ликвирующем сульфидном расплаве, гравитационная аккумуляция которого в приподошвеиных горизонтах приводит к обогащению ранних по­ род халькофильными элементами. При этом, поскольку ликвация сульфидного расплава возможна, по-видимому, раньше массово­ го фракционирования расплава, максимум содержания халько­ фнльных элементов (медь, серебро, золото, кадмий, никель, ко­ бальт) может находиться гипсометрически ниже наиболее магне­ зиальных пород (пикритовые долериты).

Отмечая большую роль ликвации сульфидного расплава, сле­ дует вместе с тем подчеркнуть, что часть халькофнльных элемен­ тов остается в силикатном расплаве и концентрируется в оста­ точных магмах, давая второй максимум содержания в поздних или конечных дифференциатах интрузий. Последнее является резуль­ татом как отжимания халькофнльных элементов с остаточным

расплавом в верх-нне горизонты интрузий, так п участием летучих в их переносе (Краускопф, 1960).

Связывание халькофильных элементов в ликвирующем суль­ фидном расплаве, вероятно, несколько разделено во времени. Как видно из рис. 12 н 14, максимум меди в зоне подошвы Чер­ ногорской интрузии несколько ниже максимума никеля и кобаль­ та. Аналогичная особенность характерна и для интрузии Но- рильск-1 (Роговер, 1959). По-внднмому, это является следствием несколько опережающей миграции сульфидного расплава, обо­ гащенного медью.

При низком содержании серы (интрузии аламджахского и ан­ гарского типов) ликвация и гравитация сульфидного расплава проявлена незначительно, в связи с чем нижние максимумы халь­ кофильных элементов выражены слабо. В этом случае халькофильные элементы, за исключением никеля и кобальта, продол­ жительное время остаются в расплаве, обогащая породы поздних и заключительных этапов кристаллизации. Именно этим можно объяснить различное соотношение максимумов халькофильных элементов в интрузиях различного состава, как это показано на примере меди (Смирнова, Альмухамедов, 1967).

В отличие от меди и серебра, которые находятся в дифферен­ цированных траппах главным образом в сульфидной форме, ни­ кель и кобальт (а также свинец, цинк, кадмий) могут в значи­ тельных количествах концентрироваться в окисных рудных и си­ ликатных минералах — титаномагнетитах, ильменитах, оливинах и пироксенах (Смирнова и др., 1968). Причем содержание элемен­ тов в них возрастает с увеличением магнезиалы-юсти минералов. Это приводит к тому, что даже при низких содержаниях серы ни­ кель и кобальт концентрируются в приподошвенных горизонтах интрузии вместе с осаждающимися здесь в процессе гравитации ранними темноцветными минералами. Однако в этом случае мак­ симум никеля и кобальта выражен менее отчетливо и заметных рудопроявлений и тем более месторождений не образуется (Аль­ мухамедов, 1969).

Яркой иллюстрацией влияния серы на поведение никеля и ко­ бальта служит Нижнефокинская интрузия, расположенная в центральной части норильского плато (Архипова, Начинкин, 1963). Она относится к интрузиям норильского типа и дифферен­ цирована достаточно сильно: от пикритовых долеритов до кварце­ вых долеритов и габбро-пегматитов. Вместе с тем максимальное содержание никеля и кобальта в пикритовых долеритах превы­ шает их содержание в вышележащих породах не более чем в 2— 2,5 раза. Это объясняется тем, чтоНижнефокинская интрузия крайне бедна серой (0,006%) по сравнению, например, с интру­ зией Норильск-1 (содержание серы 0,950% )или Черногорской ин­ трузией (0,28%)- Поэтому никель и кобальт при формировании Нижнефокинской интрузии рассеиваются среди силикатных ми­ нералов и не дают рудных концентраций несмотря на высокое

их содержание в исходном расплаве (640Х 10~4% Ni и б І Х

X I 0 - 4% Со).

Таким образом, на примере халькофильных элементов, спо­ собных входить в различные минеральные фазы интрузивных ос­ новных пород, прослеживается влияние конкретных условий диф­ ференциации на их поведение: они либо связываются в ликвирующем сульфидном расплаве, либо входят в состав ранних тем­ ноцветных элементов, либо концентрируются вместе с летучими компонентами в остаточных магмах. Однако при достаточно вы­ соком содержании серы в расплаве халькофильные элементы свя­ зываются главным образом в сульфидном расплаве. В этом про­ являются их преимущественно халькофильные свойства.

Постмагматические процессы, которые в настоящей работе не рассматриваются, возможно, могут приводить к некоторому ус­ ложнению распределения халькофильных элементов либо за счет вторичного плавления пород прпконтактовых зон интрузии (Зо­ лотухин, Васильев, 1967), либо за счет автометасоматических и гидротермальных изменений пород (Мащак и др., 1966). Однако постмагматические и наложенные процессы не в полной мере от­ ветственны за наблюдаемое распределение халькофильных эле­ ментов, поскольку характер их распределения одинаков во всех типах дифференцированных интрузий, вк.іточая и те, где эти про­ цессы отсутствуют. Главными в этом отношении являются про­ цессы собственно магматической стадии — фракционирование расплава и эманационная дифференциация, проходящие при раз­ личной, но существенной роли гравитационных процессов.

Поведение оксифильных элементов в процессе дифференциа­ ции магмы определяется в основном их способностью к концен­ трации и рассеиванию в силикатных минералах. Элементы, кото­ рые примерно в равной степени распределяются по всем минера­ лам, практически не дают повышенных концентраций в какойлибо разновидности пород (например, литий, свинец).

Рубидий, строго следуя за калием (в плагиоклазах), с кото­ рыми он связан изоморфно, накапливается в остаточных распла­ вах и обогащает породы поздних этапов кристаллизации. В то же время стронций и барий, которые также связаны главным обра­ зом с плагиоклазами, изоморфно замещая здесь калий и каль­ ций, показывают противоположное поведение в процессе диффе­ ренциации интрузий. Первый накапливается в кислых плагиокла­ зах поздних этапов дифференциации; второй, напротив, в более основных плагиоклазах, типичных для пород ранних этапов дифференциации. Здесь главным фактором распределения эле­ ментов является соотношение температур кристаллизации соеди­ нения элемента-хозяина и элемента-примеси (Киркинский, 1963).

Этими же причинами, по-видимому, определяется накопление к концу процесса дифференциации редких земель, изоморфно свя­ занных с кальцием в темноцветных минералах. Поскольку коэф­ фициенты распределения редких земель в процессе кристаллиза-