Распределение хрома в минералах высокомагнезиальных пород, ассоциированных с гранитоидными массивами Урала

Объект исследований. Высокомагнезиальные породы, ассоциированные с гранитоидными массивами Урала, представлены габбродиоритами и их меланократовыми разностями (горнблендитами), диоритами, кварцевыми диоритами, сложенными порфирокристами амфибола, часто совместно с клинопироксеном и флогопитом в базисе из кислого плагиоклаза с интерстициальными кварцем и калиевым полевым шпатом. Уникальной особенностью пород, помимо высокой магнезиальности, равной 0.5-0.8 ед., является экстремально высокое содержание хрома, достигающее 1200 г/т.

Методы. Исследование состава высокомагнезиальных пород выполнено на масс-спектрометре с индуктивно связанной плазмой ELAN 9000, электронно-зондовом микроанализаторе Самеса SX-100 и энергодисперсионной приставке INCA Energy 450 X-Max 80. Предел обнаружения Cr₂O₃ на микроанализаторе составляет 0.05, на ЭДС приставке - 0.2 мас. %.

Результаты. Установлено различие в поведении хрома в двух главных минеральных ассоциациях, связанных с магматическими и постмагматическими процессами. Средняя концентрация оксида хрома в минералах ранней ассоциации по разным образцам составляет, мас. %: 0.10-0.50 - в клинопироксене, 0.29-0.68 - в амфиболе, 0.08-0.36 - во флогопите при их вариациях от 0.0 до 1.6. В состав поздней ассоциации входят минералы, представляющие собой продукты постмагматического преобразования пироксенов, глиноземистого амфибола в низкоглиноземистую магнезиальную роговую обманку, актинолит, титанит, эпидот, мусковит. Преобразование хромшпинелида на этой стадии сопровождалось обменными процессами с силикатами, в результате которых последние были обогащены хромом. Средняя концентрация оксида хрома в минералах ассоциации составляет, мас. %: 0.24-0.80 - в амфиболе, 1.38-3.08 - в эпидоте, 1.03 - в титаните, 3.5 - в мусковите.

Заключение. Предполагается, что кристаллизация ранней ассоциации железомагнезиальных силикатов проходила из водных высокомагнезиальных расплавов. Последующее постмагматическое изменение таких силикатов привело к развитию фаз с близким, а иногда и более высоким содержанием хрома, что можно объяснить их взаимодействием с хромитом в условиях низкой окисленности флюида, недостаточной для образования магнетита.

1. Зинькова Е.А., Монтеро П., Беа Ф. (2017) К вопросу об U-Pb возрасте цирконов из лейкогранитов соколиного камня Верхисетского массива (Средний Урал). Ежегодник-2016. Тр. ИГГ УрО РАН, 264-268.

2. Зинькова Е.А., Ферштатер Г.Б. (1999) Габброиды и диориты Верхисетского массива: возможный протолит тоналит-гранодиоритовых серий. Ежегодник-1998. Екатеринбург, ИГГ УрО РАН, 110-1150.

3. Каллистов Г.А. (2011) Петрология гранитоидов Челябинского массива. Автореф. дис. ... канд. геол.-мин. наук. Екатеринбург: ИГГ УрО РАН, 23 с.

4. Каллистов Г.А. (2014) Длительность и возрастные этапы становления Челябинского гранитоидного батолита. Ежегодник-2013. Тр. ИГГ УрО РАН, 343-349.

5. Каллистов Г.А., Осипова Т.А. (2017) Геология и геохимия синплутонических даек в Челябинском гранитоидном массиве (Южный Урал). Геодинамика и тек-тонофизика, 8(2), 331-345.

6. Павлов Н.В. (1949) Химический состав хромшпинелидов в связи с петрографическим составом пород ультраосновных интрузивов. М.: Наука, 88 с.

7. Прибавкин С.В. (2000) Петрология основных пород в гранитоидах Шабровского и Шарташского массивов. Автореф. дис. . канд. геол.-мин. наук. Екатеринбург: ИГГ УрО РАН, 28 с.

8. Прибавкин С.В., Замятин Д.А. (2010) Хромсодержащий эпидот из меланодиоритов Шабровского массива, Средний Урал. Ежегодник-2009. Тр. ИГГ УрО РАН, № 157, 173-180.

9. Прибавкин С.В., Пушкарев Е.В. (2011) Возраст поздних орогенных гранитоидов Урала по данным U-Pb изотопии цирконов (на примере Шарташского и Шабровского массивов). Докл. АН, 438(3), 369-373.

10. Пушкарев Е.В., Осипова Т.А. (1993) Гранитоидные включения в базитах Шабровского массива. Ежегодник-1992. Екатеринбург, ИГГ УрО РАН, 44-47.

11. Рыбникова З.П., Светов С.А. (2014) Геохимия акцессорных хромитов из мезоархейских коматиитов центральной Карелии (на примере совдозерской структуры). Тр. Карельского НЦРАН, (1), 158-166.

12. Смирнов В.Н., Иванов К.С., Ларионов А.Н. (2014) Возраст и геодинамические условия формирования гранитоидов Верхисетского батолита, восточный склон Среднего Урала (по результатам U-Pb SIMS-датирования цирконов). Стратиграфия. Геологическая корреляция, 22(6), 26-44.

13. Чащухин И.С. (2008) О природе хромитового оруденения в дунит-клинопироксенитовых комплексах Урала: следствие из состава хромшпинели. Ежегодник-2007. Екатеринбург, ИГГ УрО РАН, 346-352.

14. Шарпенок Л.Н., Костин А.Е., Кухаренко Е.А. (2013) TAS-Диаграмма сумма щелочей - кремнезем для химической классификации и диагностики плутонических пород. Регион. геология и металлогения, 56, 40-50.

15. Ahmed A.H., Surour A.A. (2016) Fluid-related modifications of Cr-spinel and olivine from ophiolitic perido-tites by contact metamorphism of granitic intrusions in the Ablah area, Saudi Arabia. J. Asian Earth sci, 122, 58-79.

16. Armbruster T., Bonazzi C.P., Akasaka V.M., Bermanec V., Chopin C., Giere R., Heuss-Assbichler S., Liebscher A., Menchetti S., Pan Y., Pasero M. (2006) Recommended nomenclature of epidote-group minerals. Eu. J. Miner, 18(5), 551-567.

17. Ashley P.M., Martyn J.E. (1987) Chromium-bearing minerals from a metamorphosed hydrothermal alteration zone in the Archaean of eastern Australia. Neues Jahrbuch fur Mineralogie, Abhandlungen, 157, 81-111.

18. Atherton M.P., Ghani A.A. (2002) Slab breakoff: a model for Caledonian, Late Granite syn-collisional magmatism in the orthotectonic (metamorphic) zone of Scotland and Donegal, Ireland. Lithos, 62, 65-85.

19. Barnes S.J., Roeder P.L. (2001) The Range of Spinel Compositions in Terrestrial Mafic and Ultramafic Rocks. J. petrol., 42(12), 2279-2302.

20. Barra F., Gervilla F., Hernandez E., Reich M., Padron-Na-varta J.A., Gonzalez-Jimenes J.M. (2014) Alteration patterns of chromian spinels from La Cabana peridotite, south-central Chili. Miner. petrol., 108, 819-83.

21. Bea F., Montero P., Molina J.F. (1999) Mafic precursors, peraluminous granitoids, and late lamprophyres in the Avila batholith: a model for the generation of Variscan batholiths in Iberia. J. Geol., 107, 399-419.

22. Bea F., Montero P., Zinger T. (2003) The nature and origin of the granite source layer of Central Iberia: evidence from trace element, Sr and Nd isotopes, and zircon age patterns. J. Geol., 111, 579-595.

23. Buba G., Dobosi G. (2004) Lamprophyre-derived high-K mafic enclaves in Variscan granitoids from the Mecsek Mts. (South Hungary). Neues Jahrbuch fur Mineralogie, Abhandlungen: J. Miner. Geochem., 180(2), 115-147.

24. Castro A., Corretge L.G., De la Rosa J.D., Fernandez C., Lopez S., Garcia-Moreno O., Chacon H. (2003) The appin-ite-migmatite complex of Sanabria, NW Iberian massif, Spain. J. Petrol., 44, 1309-1344.

25. Challis A., Grapes R., Palmer K. (1995) Chromian muscovite, uvarovite, and zinzian chromite: products of regional metasomatism in Northwest Nelson, New Zealand. Can. Miner., 33, 1263-1284.

26. Chen X., Wang D., Wang X.L., Gao J.F., Shu X.J., Zhou J.C., Qi L. (2014) Neoproterozoic chromite-bearing high-Mg diorites in the western part of the Jiangnan orogen, southern China: Geochemistry, petrogenesis and tectonic implications. Lithos, 200-201, 35-48.

27. Deer W.A., Howie A., Zussman J. (1986) An introduction to rock-forming minerals. 17th. Longman Ltd. 528 p.

28. Deer W.A., Howie R.A., Zussman J. (1997) Rock-forming Minerals: Double-Chain Silicates, V. 2b. Geol. Soc. London, 764 p.

29. Devaraju T.S., Raith M.M., Spiering B. (1999) Mineralogy of the Archean barite deposit of Ghattihosahalli, Karnataka, India. Can. Miner., 37, 603-617.

30. Farahat E.S. (2008) Chrome-spinels in serpentinites and talc carbonates of the El Ideid-El Sodmein District, central Eastern Desert, Egypt: their metamorphism and petroge-netic implications. Chemie der Erde, 68, 193-205.

31. Fortey N.J., Cooper A.H., Henney P.J., Colman T., Nancar-row P.H.A. (1994) Appinitic intrusions in the English Lake District. Miner. Petrol., 51(2-4), 355-375.

32. Fowler M.B. (1988) Ach’uaine hybrid appinite pipes: evidence for mantle-derived shoshonitic parent magmas in Caledonian granite genesis. Geology, 16, 1026-1030.

33. Fowler M.B., Henney P.J., Darbyshire D.P.F., Greenwood P.B. (2001) Petrogenesis of high Ba-Sr granites: the Rogart pluton, Sutherland. J. Geol. Soc., 158, 521534.

34. Fowler M.B., Kocks H., Darbyshire D.P.F., Greenwood P.B. (2008) Petrogenesis of high Ba-Sr plutons from the Northern Highlands Terrane of the British Caledonian Province. Lithos, 105, 129-148.

35. Giuli G., Bonazzi P., Menchetti S. (1999) Al-Fe disorder in synthetic epidotes; a single-crystal X-ray diffraction study. Amer. Miner., 84(5-6), 933-936.

36. Grapes R.H. (1981) Chromian epidoteand zoisite in kyanite amphibolite, Southern Alps, New Zealand. Amer. Miner., 66, 974-975.

37. Grapes R.H., Hoskin P.W.O. (2004) Epidote Group Minerals in Low-Medium Pressure Metamorphic Terranes. Rev. Miner. Geochem., 56, 301-345.

38. Hamidullah S. (2007) Petrography and mineral chemistry as indicators of variations of crystallization conditions in the Loch Lomond and Appin appinite suites, western Scotland. Proc. Geol. Assoc., Hamidullah S., Bowes D.R., (1987) Petrogenesis of the appinite suite, Appin District, Western Scotland. Acta Uni-versitatis Carolinae, Geologica, (4), 295-396.

39. Hawthorne F.C., Oberti R., Harlow G.E., Maresch W.V., Martin R.F., Schumacher J.C., Welch M.D. (2012) Nomenclature of the amphibole supergroup. Amer. Miner., 97, 2031-2048.

40. Kimball K.L. (1990) Effects of hydrothermal alteration on the compositions of chromian spinels. Contrib. Miner. Petrol., 105, 337-346.

41. Kubimova S., Faryad S.W., Verner K., Schmitz M., Holub F. (2017) Ultrapotassic dykes in the Moldanubian Zone and their significance for understanding of the post-collision-al mantle dynamics during Variscan orogeny in the Bohemian Massif. Lithos, 272-273, 205-221.

42. Martin H., Smithies R.H., Rapp R., Moyen J.-F., Champion D. (2005) An overview of adakite, tonalite-trondhjemite-granodiorite (TTG), and sanukitoid: relationships and some implications for crustal evolution. Lithos, 79, 1-24.

43. McCarro J.J., Smellie J.L. (1998) Tectonic implications of ore-arc magnesian and generation of high-magnesian andesites: Alexander Island, Antarctica. J. Geol. Soc. Lond., 155, 269-280.

44. Miller C.F., Stoddard E.F., Bradfish L.J., Dollase W.A. (1981) Composition of plutonic muscovite: genetic implications. Can. Miner., 19, 25-34.

45. Molina Palma J.F., Moreno J.A., Castro A., Rodriguez C., Fershtater G.B. (2015) Calcic amphibole thermobarome-try in metamorphic and igneous rocks: New calibrations based on plagioclase/amphibole Al-Si partitioning and amphibole/liquid Mg partitioning. Lithos, 232, 286-305.

46. Molina Palma J.F., Scarrow J.H., Montero P., Bea F. (2009) Petrogenetic significance of Ti-rich amphibole in calc-alkaline mafic to ultramafic rocks: the Variscan appinites of Central Iberia. Contrib. Miner. Petrol., 158, 69-98.

47. Murphy J.B. (2013) Appinite suites: A record of the role of water in the genesis, transport, emplacement and crystallization of magma. Earth-Sci. Rev., 119, 35-59.

48. Nagashima M., Akasaka M., Sakurai T. (2006) Chromian epidote in omphacite rocks from the Sambagawa meta-morphic belt, central Shikoku, Japan. J. Miner. petrol. Sci., 101(4), 157-169.

49. Okamoto A., Toriumi M. (2005) Progress of actinolite-form-ing reactions in mafic schists during retrograde metamorphism: an example from the Sanbagawa metamorphic belt in central Shikoku, Japan. J. Metamorph. Geol., 23, 335-356.

50. Pan Y., Fleet M. (1989) Cr-rich calc-silicates from the Hem-lo area, Ontario. Can. Miner., 27, 565-577.

51. Pitcher W.S. (1997) The Nature and Origin of Granite. 2-nd ed. London, Chapman and Hall, 395 p.

52. Qian Q., Hermann J. (2010) Formation of High-Mg Diorites through Assimilation of Peridotite by Monzodiorite Magma at Crustal Depths. J. Petrol., 57(7), 1381-1416.

53. Rock N.M.S. (1991) Lamprophyres. Glasgow, Blackie, 284 p.

54. Sabatier H. (1991) Vaugnerites: Special lamprophyre-derived mafic enclaves in some Hercynian granites from Western and Central Europe. Enclaves in Granite Petrology. (Ed. by J. Didier, B. Barbarin). Amsterdam, Elsevier, 63-81.

55. Sanchez-Vizcaino V.L. (1995) The behavior of Cr during metamorphism of carbonate rocks from the Nevado-Fi-labride complex, Betic Cordilleras, Spain. Can. Miner., 33, 85-104.

56. Sisson T.W. (1994) Hornblende-melt trace-element partitioning measured by ion microprobe. Chem. Geol., 117(1-4), 331-344.

57. Scarrow J.H., Bea F., Montero P., Molina J.F. (2009a) Sho-shonites, vaugnerites and potassic lamprophyres: similarities and differences between ‘ultra’-high-K rocks.

58. Earth and Environmental Sci. Transactions of the Royal Soc. Edinburgh, 99, 1-17.

59. Scarrow J.H., Molina Palma J.F., Bea F., Montero P. (2009b) Within-plate calc-alkaline rocks: Insights from alkaline mafic magma-peraluminous crustal melt hybrid appinites of the Central Iberian Variscan continental collision. Lithos, 110, 50-64.

60. Shiraki K. (1997) Geochemical Behavior of Chromium. Res. Geol., 47(6), 319-330.

61. Simon F.O., Rollinson C.L. (1976) Chromium in rocks and minerals from the southern California batholith. Chem. Geol., 17, 73-88.

62. Speer J.A. (1984) Micas in igneous rocks. Micas. Rev. Miner., 13, 299-356.

63. Stern R.A., Hanson G.N., Shirey S.B. (1989) Petrogenesis of mantle-derived, LILE-enriched Archaean monzodiorites and trachyandesites (sanukitoids) in South-western Superior Province. Can. J. Earth Sci., 26, 1688-1712.

64. Tatsumi Y., Ishizaka K. (1982) Origin of high-magnesian andesites in the Setouchi volcanic belt, southwest Japan: I. Petrographical and chemical characteristics. Earth Planet. Sci. Lett., 60(2), 293-304.

65. Tatsumi Y., Furukawa Y. (2003) Slab melting in sanukitoid magma formation: Geophysical and geochemical constraints. Geophys. Res. Abstracts, 5(08022).

66. Tiepolo M., Tribuzio R., Langone A. (2011) High-Mg andesite petrogenesis by amphibole crystallization and ultramafic crust assimilation: evidence from Adamello hornblendites (Central Alps, Italy). J. Petrol., 52, 1011-1045.

67. Treloar P.J. (1987) Chromian muscovites and epidotes from Outokumpu, Finland. Miner. Mag., 51, 593-599.

68. Ye H.-M., Li X.-H., Li Z.-X., Zhang C.-L. (2008) Age and origin of high Ba-Sr appinite-granites at the northwestern margin of the Tibet Plateau: implications for Early Paleozoic tectonic evolution of the Western Kunlun orogenic belt. Gondwana Res., 13, 126-138.