Первая находка палеопротерозойских высокофракционированных гранитов на юге Воронцовского террейна Волго-Донского орогена

Денис Андреевич Гончаров; Константин Аркадьевич Савко; Роман Анатольевич Терентьев

doi:10.17308/geology/1609-0691/2025/4/45-58

Денис Андреевич Гончаров Институт физики Земли им. О. Ю. Шмидта Российской академии наук. Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова, Москва, РФ. https://orcid.org/0009-0000-8155-0589
Константин Аркадьевич Савко Института геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН, Москва. Воронежский государственный университет, Воронеж, РФ https://orcid.org/0000-0002-7291-7024
Роман Анатольевич Терентьев Воронежский государственный университет, Воронеж, РФ https://orcid.org/0000-0001-9733-6085

DOI: https://doi.org/10.17308/geology/1609-0691/2025/4/45-58

Ключевые слова: высокофракционированные граниты, палеопротерозой, Воронцовский террейн, Восточная Сарматия, редкоземельные элементы, REE, 2050–2070 млн лет, Волго-Донской ороген

Аннотация

Введение: граниты составляют значительную часть континентальной коры и заключают в себе информацию о геодинамических режимах верхней части литосферы. По своим характеристикам они подразделяются на не фракционированные, обычно рассматриваемые в терминах алфавитной классификации, и фракционированные – образующиеся из магм, претерпевших процессы значительной фракционной кристаллизации. Такие магмы обычно высокотемпературные и флюидонасыщенные, что выражается в отсутствии мафических минералов и присутствие минералов редких земель. Они обогащены LILE, имеют низкие значения отношений Nb/Ta и Zr/Hf, отрицательные Eu*-аномалии и тетрад-эффект в распределении REE. Статья посвящена минералогии, геохимии и петрогенезису нового типа сильно фракционированных гранитов Воронцовского террейна.

Методика: химический состав проб определялся на рентгено-флуоресцентном спектрометре S8 Tiger (Bruker AXS GmbH, Германия) в Воронежском госуниверситете. Малые и редкие элементы определялись методом индукционно-связанной плазмы с масс-спектрометрическим окончанием анализа (ICP-MS) в лаборатории физических и химических методов исследования минерального вещества Института геологии и геохимии УрО РАН. Локальные анализы минералов выполнены на растровом электронном микроскопе Jeol 6380LV с системой количественного энергодисперсионного анализа INCA 250 (ЦКПНО ВГУ) и на сканирующем электронном микроскопе Tescan Mira IV с энергодисперсионным (EDX) спектрометром X-Max 80 (ЦКП ИФЗ РАН).

Результаты и обсуждение: гранитоиды представляют собой массивные среднезернистые породы с гипидиоморфнозернистой и пойкиллитовой структурой. По составу они сложены плагиоклазом (35−40 об. %), микроклином (до 30 об. %), кварцем (20−25 об. %), мусковитом (до 10 об. %) и биотитом (до 10 об. %). Для них характерны высокие содержания SiO₂ (71−75 мас. %) и щелочей (K₂O+Na₂O = 9−14.2 мас. %) с преобладанием калия над натрием (K₂O/Na₂O = 1.1–5.6), низкие концентрации Al₂O₃ (9.4−12.8 мас. %). Они обеднены сидерофильными, высокозарядными и литофильными элементами, за исключением Li (4–130 ppm) и Rb (120−140 ppm). В них отмечаются невысокие концентрации REE (∑REE = 11–36 ppm), с умеренным обогащением LREE относительно HREE (La/Yb_N = 2.87–13.48) и отрицательной Eu-аномалией (Eu/Eu* = 0.4–0.56). Они являются железистыми, перщелочными и метаглиноземистыми породами, что не позволяет отнести их ни к одному из типов алфавитной классификации, и позволяет предполагать их принадлежность к высокофракционированному типу. На это указывает присутствие флюорита и ксенотима, высокие концентрации Li и Rb, и невысокие отношения Nb/Ta и Zr/Hf. Составы изученных гранитов и гранитов S-типа Воронцовского террейна образуют единый тренд фракционной кристаллизации и позволяют предполагать, что фракционированию подвергались палеопротерозойские (2050–2070 млн лет) граниты S-типа. Температура кристаллизации биотита и насыщения расплава цирконием указывает на формирование расплавов в пределах средней коры. Формирование гранитов S-типа происходило в результате плавления незрелых метаосадков воронцовской серии в результате повышения теплового потока на фланге коллизионного орогена.

Выводы: в южной части Вороноцовского террейна впервые установлены перщелочные и метаглиноземистые железистые гранитоиды. Характер распределения петрогенных и малых элементов указывает на их принадлежность к высокофракционированному типу, тогда как петрографические характеристики и черты геохимического сродства указывают, что фракционированию подвергались расплавы S-типа.

Скачивания

Данные скачивания пока не доступны.

Биографии авторов

Денис Андреевич Гончаров, Институт физики Земли им. О. Ю. Шмидта Российской академии наук. Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова, Москва, РФ.

инженер, магистрант

Константин Аркадьевич Савко, Института геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН, Москва. Воронежский государственный университет, Воронеж, РФ

д.г.-м.н., в.н.с., профессор

Роман Анатольевич Терентьев, Воронежский государственный университет, Воронеж, РФ

к.г.-м.н., в.н.с.

Литература

1. Hawkesworth C. J., Kemp A. I. S. Using hafnium and oxygen isotopes in zircons to unravel the record of crustal evolution. Chemical Geology, 2006, vol. 226. pp. 0−162
2. Bonin B. A-type granites and related rocks: evolution of a concept, problems and prospects. Lithos, 2007, vol. 97, pp. 1−29
3. Brown M. Granite: From genesis to emplacement. Geological Society of America Bulletin, 2012, vol. 125, pp. 1079−1113
4. Barbarin B. A review of the relationships between granitoid types, their origins and their geodynamic environments. Lithos, 1999, vol. 46, pp. 605−626
5. Wu F., Liu X., Ji W. Wang J., Yang L. Highly fractionated granites: Recognition and research. Sci. China Earth Sci, 2017, vol. 60, pp. 1201–1219
6. Gao P., Zheng Y., Zhao Z. Experimental melts from crustal rocks: A lithochemical constraint on granite petrogenesis. Lithos, 2016, vol. 266−267, pp. 133−157
7. Wu F., Liu X., Liu Z., Wang R., Xie L., Wang J., Ji W., Yang L., Liu C., Khanal G., He S. Highly fractionated Himalayan leucogranites and associated rare-metal mineralization. Lithos, 2020, vol. 105319, pp. 352−353
8. Wang R., Wu, F., Xie L., Liu X., Wang J., Yang L., Lai W., Liu C. A preliminary study of rare-metal mineralization in the Himalayan leucogranite belts, South Tibet. Sci. China Earth Sci, 2017, vol. 60, pp. 1655−1663
9. Lee C. A., Morton D. M. High silica granites: Terminal porosity and crystal settling in shallow magma chambers. Earth Planet. Sci. Lett, 2015, vol. 409, pp. 23−31
10. Chen J. Y., Yang J. H., Zhang J. H., Sun J. F., Zhu Y. S., Hartung E. Generation of Cretaceous high-silica granite by complementary crystal accumulation and silicic melt extraction in the coastal region of southeastern China. Geol. Soc. Am. Bull, 2022, vol. 134, pp. 201–222
11. Perez-Soba C., Villaseca C. Petrogenesis of highly fractionated I-type peraluminous granites: La Pedriza pluton (Spanish Central System). Geol. Act, 2010, vol. 8, pp. 131–149
12. Ballouard C., Poujol M., Boulvais P., Branquet Y., Tartese R., Vigneresse J.L. Nb-Ta fractionation in peraluminous granites: A marker of the magmatic-hydrothermal transition. Geology, 2016, vol. 44, no. 3, pp. 231−234
13. Irber W. The lanthanide tetrad effect and its correlation with K/Rb, Eu/Eu*, Sr/Eu, Y/Ho, and Zr/Hf of evolving peraluminous granite suites. Geochim. Cosmochim. Acta, 1999, vol. 63, pp. 489–508
14. Savko K. A., Samsonov A. V., Larionov A. N., Larionova Ju. O., Bazikov N. S. Paleoproterozojskie granity A- i S-tipov vostoka Voronezhskogo kristallicheskogo massiva: geohronologija, petrogenezis i tektonicheskaja obstanovka formirovanija [Paleoproterozoic A- and S-granites in the eastern Voronezh Crystalline Massif: Geochronology, petrogenesis, and tectonic setting of origin]. Petrologija – Petrology, 2014, vol. 22, pp. 205–233 (In Russ.)
15. Savko K. A., Samsonov A. V., Goncharov D. A., Terent'ev R. A., Larionov A. N., Korish E. H. Korni razrushennoj paleoproterozojskoj ostrovnoj dugi v Volgo-Donskom okeane, Vostochno-Sarmatskij sostavnoj terrejn: geohimija, vozrast i petrogenezis [The roots of the destroyed Paleoproterozoic Island arc in the Volga-Don Ocean, East Sarmatian Composite Terrane: geochemistry, age, and petrogenesis]. Petrologija – Petrology, 2026. In press.
16. Gorbatschev R., Bogdanova S. Frontiers in the Baltic Shield. Precam. Res., 1993, vol. 64, pp. 3–21
17. Bibikova E. V., Bogdanova S. V., Postnikova A. V., Popova L. P., Kirnozova T. I., Fugzan M. M., Glushhenko V. V. Zona sochlenenija Sarmatii i Volgo-Uralii: izotopno-geohronologicheskaja harakteristika suprakrustal'nyh porod i granitoidov [Sarmatia-Volgo-Uralia junction zone: Isotopic-geochronologic characteristic of supracrustal rocks and granitoids]. Stratigrafija i geologicheskaja korreljacija − Stratigraphy and Geological Correlation, 2009, vol. 17, pp. 561−573 (In Russ.)
18. Savko K. A., Samsonov A. V., Bazikov N. S. Metaterrigennye porody voroncovskoj serii Voronezhskogo kristallicheskogo massiva: geohimija, osobennosti formirovanija i istochniki snosa [Metaterrigenous rocks of the Vorontsovskaya series of the Voronezh crystalline massif: geochemistry, formation features, and sources of demolition]. Vestnik Voronezhskogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya: Geologiya. – Proceedings of Voronezh State University. Series: Geology, 2011, no. 1, pp. 70−94 (In Russ.)
19. Savko K. A., Samsonov A. V., Bazikov N. S., Larionova Y. O., Hiller V. V., Votyakov S. L., Skryabin V. Y., Kozlova E. N. Granitoidy vostoka Voronezhskogo kristallicheskogo massiva: geohimija, Th-U-Pb vozrast i petrogenezis [Granitoids of the east of the Voronezh crystal massif: Geochemistry, Th-U-Pb age and petrogenesis]. Vestnik Voronezhskogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya: Geologiya. – Proceedings of Voronezh State University. Series: Geology, 2011, no. 2, pp. 98−115 (In Russ.)
20. Terentiev R. A., Santosh M. Detrital zircon geochronology and geochemistry of metasediments from the Vorontsovka terrane: implications for microcontinent tectonics. International Geology Review., 2016, vol. 58, no. 9, pp. 1108−1126
21. Shhipanskij A. A., Samsonov A. V., Petrova A. Ju., Larionova Ju. O. Geodinamika vostochnoj okrainy Sarmatii v paleoproterozoe [Geodynamics of the eastern margin of Sarmatia in the Paleoproterozoic]. Geotektonika – Geotecton, 2007, vol. 41, pp. 38–62 (In Russ.)
22. Terentiev R. A., Skryabin V. Y., Santosh M. U–Pb zircon geochronology and geochemistry of Paleoproterozoic magmatic suite from East Sarmatian Orogen: Tectonic implications on Columbia supercontinent. Prec. Res., 2016, vol. 273, pp. 165–184
23. Janousek V., Farrow C. M., Erban V. Interpretation of whole-rock geochemical data in igneous geochemistry: introducing Geochemical Data Toolkit (GCDkit). J. Petrol., 2006, vol. 47, no 6, pp. 1255–1259
24. Janousek V., Farrow C. M., Erban V. G CDkit. Mineral – a customizable R-language environment for recalculation, plotting and classification of electron-microprobe analyses of common rock-forming minerals. Amer. Mineral., 2023, vol. 109, no. 9, pp. 1598–1607
25. Frost B. R., Barnes C. G., Collins W. J., Arculus R. J., Ellis D. J., Frost C. D. A geochemical classification for granitic rocks. J. Petrol., 2001, vol. 42, no 11, pp. 2033–2048
26. Middlemost E. Naming materials in the magma/igneous rock system. Earth-Sci. Rev., 1994, vol. 37, no 3–4, pp. 215–224
27. O’Connor J.T. A classification for quartz-rich igneous rocks based on feldspar ratios. U.S. Geol. Surv. Prof. Pap., 1965, vol. 525-B, pp. B79–B84.
28. El Bouseily A. M., El Sokkary A. A. The relation between Rb, Ba and Sr in granitic rocks. Chemical Geology, 1975, vol. 16, pp. 207–219
29. Boynton W.V. Cosmochemistry of the rare earth elements: meteorite studies. Rare Earth Element Geochemistry, 1984, vol. 2, pp. 63–114
30. Sun S-s., McDonough W.F. Chemical and isotopic systematics of oceanic basalts: implications for mantle composition and processes. Geological Society Special Publication, 1989, vol. 42, pp. 313−345
31. 31. Whalen J. B., Currie K. L., Chappell B. W. A-type granites: geochemical characteristics, discrimination and petrogenesis. Contributions to Mineralogy and Petrology, 1987, vol. 95, pp. 407−41

32. Bonin B., Janoušek V., Moyen J. Chemical variation, modal composition and classification of granitoids. Special Publications, 2020, vol. 491, pp. 9−51
33. Frost B. R., Frost C. D. A Geochemical Classification for Feldspathic Igneous Rocks. Journal of Petrology, 2008, vol. 49, pp. 1955−1969
34. Dubinina E. O., Avdeenko A. S., Volkov V. N., Kossova S. A., Koval'chuk E. V. Vysokofrakcionirovannye granity massiva Raumid (Juzhnyj Pamir): izotopnoe (δ18O) i geohimicheskoe izuchenie [Highly fractionated granites of the Raumid massif (Southern Pamir): isotopic (δ18O) and geochemical study]. Petrologija – Petrology, 2023, vol. 31, no. 4, pp. 349–375 (In Russ.)
35. Grebennikov A. V. A-type granites and related rocks: Petrogenesis and classification. Russian Geology and Geophysics, 2014, vol. 55, pp. 1353−1366
36. Claiborne L. L., Miller C. F., Walker B. A., Wooden J. L., Mazdab F. K., Bea F. Tracking magmatic processes through Zr/Hf ratios in rocks and Hf and Ti zoning in zircons: An example from the Spirit Mountain batholith, Nevada. Mineral Mag., 2006, vol. 70, pp. 517–543
37. Breiter K., Lamarao C. N., Borges R. M. K., Dall’Agnol R. Chemical characteristics of zircon from A-type granites and comparison to zircon of S-type granites. Lithos., 2014, vol. 192−195, pp. 208−225
38. Bau M. Controls on the fractionation of isovalent trace elements in magmatic and aqueous systems: Evidence from Y/Ho, Zr/Hf, and lanthanide tetrad effect. Contrib. Mineral. Petrol., 1996, vol. 123, pp. 323–333
39. Miller C. F., Mittlefehldt D. W. Depletion of light rare-earth elements in felsic magmas. Geology, 1982, vol. 10, pp. 129–133
40. Miller C. F., Mittlefehldt D. W. Extreme fractionation in felsic magma chambers: A product of liquid-state diffusion or fractional crystallization? Earth Planet Sci Lett., 1984, vol. 68, pp. 151–158
41. Gelman S.E., Deering C.D., Bachmann O., Huber C., Gutiérrez F.J. Identifying the crystal graveyards remaining after large silicic eruptions. Earth Planet Sci Lett., 2014, vol. 403, pp. 299–306
42. Eby N. The A-type granitoids: A review of their occurrence and chemical characteristics and speculations on their petrogenesis. Lithos., 1990, vol. 26, pp. 115−134
43. Wu F., Yang J., Xu Y., Wilde S. A., Walker R. J. Destruction of the North China Craton in the Mesozoic. Annual Review of Earth and Planetary Sciences., 2019, vol. 47, pp. 173−195
44. Watson E.B., Harrison T.M. Zircon saturation revisited: temperature and composition effects in a variety of crustal magma types. Earth Planet. Sci. Lett, 1983, vol. 64, pp. 295–304
45. Li X., Zhang C. Machine learning thermobarometry for biotite-bearing magmas. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 2022, vol. 127, no. 9.