Термальная история и флюидный режим становления Эльджуртинского массива биотитовых гранитов (Большой Кавказ): реконструкции на основе изотопных (δ18О, δD) и геохимических данных
- Авторы: Дубинина Е.О.1, Авдеенко А.С.1, Носова А.А.1, Чижова Ю.Н.1, Борисовский С.Е.1, Жиличева О.М.1, Докучаев А.Я.1
-
Учреждения:
- Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН
- Выпуск: Том 32, № 5 (2024)
- Страницы: 529-551
- Раздел: Статьи
- URL: https://journal-vniispk.ru/0869-5903/article/view/272244
- DOI: https://doi.org/10.31857/S0869590324050018
- EDN: https://elibrary.ru/ALVJJX
- ID: 272244
Цитировать
Аннотация
На основе геохимических и изотопных (δ18О, δD) характеристик гранитов Эльджуртинского массива проведена реконструкция теплового и флюидного режима становления интрузивного тела. Анализ пород из керна Тырныаузской глубокой скважины (ТГС), отобранного в интервале глубин 1427–3923 м, показал, что изотопные параметры пород Эльджуртинского массива однородны. Значения δ18О валовых проб кварца, полевых шпатов и биотита в 12 образцах биотитовых гранитов составляют: 8.50 ± 0.33, 9.55 ± 0.22, 8.40 ± 0.33 и 5.45 ± 0.40‰ соответственно. Значения δD в биотите этих образцов варьируют в пределах −103.3÷−95.6‰. Температуры закрытия изотопной системы кислорода кварца составляют 440–980°С. Проведена реконструкция режима остывания пород на основе разработанного нами подхода, основанного на анализе единичных зерен кварца. Показано, что данный подход может быть применен для детальной реконструкции термальной истории становления интрузивных тел. На примере конкретных образцов показана работоспособность уравнения Додсона для описания δ18О кварца в гранитной системе. Полученные данные позволяют считать, что становление изученной части массива протекало, по меньшей мере, в два близких по времени этапа. Первой кристаллизовалась нижняя часть разреза, а вторая инъекция гранитного расплава поступила непосредственно вслед за первой, которая к данному моменту успела закристаллизоваться, но еще не успела существенно остыть. Значения Тс в нижней части массива указывают на повторное открытие изотопной системы кислорода кварца с последующим длительным изотопным переуравновешиванием между минералами. Это приводит к снижению наблюдаемой Тс и расчетных скоростей остывания породы, поскольку возрастает объем интрузивного тела, а остывание происходит в окружении уже прогретых пород. Оценки изотопных параметров водного компонента указывают на отсутствие экзогенного флюида (метеорных или захороненных вод) на стадии остывания пород массива, а имеющиеся вариации величины δ18О в минералах биотитовых гранитов Эльджуртинского массива могут быть описаны в рамках простого ретроградного обмена на стадии остывания.
Полный текст

Об авторах
Е. О. Дубинина
Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН
Автор, ответственный за переписку.
Email: elenadelta@gmail.com
Россия, Москва
А. С. Авдеенко
Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН
Email: elenadelta@gmail.com
Россия, Москва
А. А. Носова
Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН
Email: elenadelta@gmail.com
Россия, Москва
Ю. Н. Чижова
Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН
Email: elenadelta@gmail.com
Россия, Москва
С. Е. Борисовский
Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН
Email: elenadelta@gmail.com
Россия, Москва
О. М. Жиличева
Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН
Email: elenadelta@gmail.com
Россия, Москва
А. Я. Докучаев
Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН
Email: elenadelta@gmail.com
Россия, Москва
Список литературы
- Аракелянц М.М., Борсук А.М., Шанин Л.Л. Новейшая гранитоидная вулкано-плутоническая формация Большого Кавказа по данным калий-аргонового датирования // Докл. АН СССР. 1968. Т. 182. № 5. С. 1157–1160.
- Борсук А.М., Аракелянц М.М., Шанин Л.Л. Этапы кайнозойского гранитоидного магматизма и молибденового оруденения на Северном Кавказе по геологическим и радиологическим данным // Изв. АН СССР. Сер. геол. 1972. № 2. С. 135–138.
- Докучаев А.Я., Носова А.А. Рудная минерализация в разрезе Тырныаузской глубокой скважины (Северный Кавказ) // Геология рудн. месторождений. 1994. № 3. С. 218–229.
- Дубинина Е.О., Авдеенко А.С., Волков В.Н. и др. Высокофракционированные граниты массива Раумид (Южный Памир): изотопное (δ18О) и геохимическое изучение // Петрология. 2023. Т. 31. № 4. С. 349–375.
- Журавлев Д.З., Негрей Е.В. Синхронность формирования Эльджуртинского гранита и рудоносных метасоматитов Тырныауза (Северный Кавказ) по данным Rb-Sr метода // Докл. АН. 1993. Т. 332. № 4. С. 483–487.
- Костицын Ю.А. Становление эльджуртинского гранита по изотопным данным (кислород и стронций) в вертикальном разрезе // Геохимия. 1995. № 6. С. 780–797.
- Костицын Ю.А., Кременецкий А.А. Возраст заключительного магматического этапа эльджуртинского гранита: Rb-Sr изотопное датирование аплитов // Геохимия. 1995. № 7. С. 925–931.
- Курдюков А.А. Структурно-магматические предпосылки оценки возраста редкометального оруденения Тырныауза // Геология рудн. месторождений. 1983. № 4. С. 49–63.
- Лебедев В.А., Чернышев И.В., Чугаев А.В., Аракелянц М.М. Продолжительность молодого (плиоценового) интрузивного магматизма в Тырныаузском рудном поле, Северный Кавказ: новые K-Ar и Rb-Sr данные // Докл. АН. 2004. Т. 396. № 2. С. 244–248.
- Ляхович В.В. Связь оруденения с магматизмом (Тырныауз). М.: Наука, 1976. 424 с.
- Ляхович В.В., Гурбанов А.Г. Геохимия и условия становления Эльджуртинского массива (Северный Кавказ) // Геохимия. 1992. № 6. С. 800–812.
- Пэк А.В. Геологическое строение рудного поля и месторождения Тырныауз. М.: Изд-во АН СССР, 1962.168 с
- Соболев Р.Н., Кононов О.В. Новые данные об этапах формирования гранитов массива Эльджурты // Докл. АН. 1993. Т. 330. № 3. С. 360–362.
- Соловьев С.Г., Кряжев С.Г., Семенова Д.В. и др. Изотопный U-Pb возраст циркона (метод LA-ICP-MS) из магматических пород Мо-W месторождения Тырныауз (Северный Кавказ, Россия) и некоторые аспекты его генезиса // Геология рудн. месторождений. 2021. Т. 63. № 5. С. 427–450.
- Хитаров Н.И., Сендеров Э.Э., Бычков А.М. и др. Особенности условий становления Эльджуртинского гранитного массива. М.: Наука, 1980. 120 с.
- Чернышев И.В., Лебедев В.А., Бубнов С.Н. и др. Плиоценовые игнимбриты Приэльбрусья и их место в истории неоген-четвертичного вулканизма Большого Кавказа // Докл. АН. 2011. Т. 436. № 2. С. 247–252.
- Ballouard C., Poujol M., Boulvais P. et al. Nb-Ta fractionation in peraluminous granites: A marker of the magmatic-hydrothermal transition // Geology. 2016. V. 44. Is. 3. P. 231–234.
- Bonin B. A-type granites and related rocks: evolution of concept, problems and prospects // Lithos. 2007. V. 97. P. 1–29.
- Chacko T., Cole D. R., Horita J. Equilibrium oxygen, hydrogen and carbon isotope fractionation factors applicable to geological systems // Rev. Mineral. Geochem. 2001. V. 43. P. 1–81.
- Chernyshev V.F. Geological-structural conditions of formation of Scheelitebearing skarns, Moscow: Nauka Publishing, 1985. 280 p. (in Russian)
- Clayton R.N., Kieffer S.W. Oxygen isotopic thermometer calibrations // Stable Isotope Geochemistry: A Tribute to Samuel Eptein. Eds. H.P. Taylor, J.R. O’NeiI, I.R. Kaplan. Geochem. Sot. Spec. Publ. 1991. V. 3. P. 3–10.
- Dennis P.F. Oxygen self-diffusion in quartz under hydrothermal conditions // J. Geoph. Res. 1984. V. 89. P. 4047–4057.
- Dodson M.H. Theory of cooling ages // Lectures in Isotope Geology. Eds. E. Jager, J.C. Hunziker. Berlin: Springer, 1979. P. 194–202.
- Dodson M.I. Closure temperature in cooling geochronological and petrological systems // Contrib. Mineral. Petrol. 1973. V. 40. P. 259–274.
- Eiler J.M., Valley J.W., Baumgartner L.P. A new look at stable isotope thermometry // Geochim. Cosmochim. Acta. 1993. V. 57. P. 2571–2583.
- Farquhar J., Chacko T., Frost B.R. Strategies for high-temperature oxygen isotope thermometry: a worked example from the Laramie Anorthosite Complex, Wyoming, USA // Earth. Planet. Sci. Lett. 1993. V. 117. P. 407–422.
- Farver J.R. Oxygen and hydrogen diffusion in minerals // Earth, Environment, and Society Faculty Publ. 2. 2010. V. 2. https://scholarworks.bgsu.edu/sees_pub/2
- Farver. J.R., Yund R.A. Oxygen diffusion in quartz: Dependence on temperature and water fugacity // Chem. Geol. 1991. V. 90. P. 55–70.
- Freer R., Dennis P.F. Oxygen diffusion studies. I. A preliminary ion microprobe investigation of oxygen diffusion in some rock-forming minerals // Mineral. Mag. 1982. V. 45. P. 179–192.
- Frost B.R., Barnes C.G., Collins W.J. et al. A geochemical classification of granitic rocks // J. Petrol. 2001. V. 42. № 11. P. 2033–2048.
- Ganguly J., Tirone M. Diffusion closure temperature and age of a mineral with arbitrary extent of diffusion: Theoretical formulation and applications // Earth Planet Sci. Lett. 1999. V. 170. P. 131–140.
- Gazis C.A., Lanphere M., Taylor H.P., Gurbanov A. 40Ar/39Ar and 18O/16O studies of the Chegem ash-flow caldera and the Eldjurta granite: Cooling of two late Pliocene igneous bodies in the Greater Caucasus Mountains, Russia // Earth Planet. Sci. Lett. 1995. V. 134. № 3–4. P. 377–391.
- Gehre M., Strauch G. High-temperature elemental analysis and pyrolysis techniques for stable isotope analysis // Rapid Commun. Mass Spectrom. 2003. V. 17. Is. 13. P. 1497–1503.
- Gonfiantini R. Advisory Group Meeting on Stable Isotope Reference Samples for Geochemical and Hydrological Investigations, Vienna, 19–21 September 1983. Rep. to Dir. Gen., Int. At. Energy Agency, 1984, Vienna, 77 p.
- Grün R., Tani A., Gurbanov A. et al. A new method for the estimation of cooling and denudation rates using paramagnetic centers in quartz: a case study on the Eldzhurtinskiy Granite, Caucasus // J. Geophys. Res. 1999. V. 104. P. 17.531–17.549.
- Henry D.J., Guidittic C.V., Thomson J.A. The Ti-saturation surface for low-to-medium pressure metapelitic biotites: implications for geothermometry and Ti-substitution mechanisms // Amer. Mineral. 2005. V. 90. P. 316–328.
- Hess J.C., Lippolt H.J., Gurbanov A.G., Michalski I. The cooling history of the late Pliocene Eldzhurtinskiy granite (Caucasus, Russia) and the thermochronological potential of grain-size/age relationships // Earth Planet. Sci. Lett. 1993. V. 117. № 3–4. P. 393–406.
- Huang R., Audétat A. The titanium-in-quartz (TitaniQ) thermobarometer: а critical examination and re-calibration // Geochim. Cosmochim. Acta. 2012. V. 84. P. 75–89.
- Hut G. Consultants’ Group Meeting on Stable Isotope Reference Samples for Geochemical and Hydrological Investigations. Vienna, 16–18 September 1985. Rep. Dir. Gen., Int. Atomic Energy Agency, Vienna, 1987. 42 p.
- Jenkin G.R.T., Farrow C.M., Fallic A.E., Higgins D. Oxygen isotope exchange and closure temperatures in cooling rocks // J. Metamorph. Petrol. 1994. V. 12. P. 221–215.
- Kohn M.J. Why most “dry” rocks should cool “wet” // Amer. Mineral. 1999. V. 84. P. 570–580.
- McDonough W.F., Sun S.-S. The composition of the Earth // Chemical Geol. 1995. V. 120. P. 223–253.
- Muller A., Seltmann R., Behr H.-J. Application of cathodoluminescence to magmatic quartz in a tin granite – case study from the Schellerhau Granite Complex, Eastern Erzgebirge, Germany // Mineralium Deposita. 2000. V. 35. P. 169–189.
- Pearce J.A. Sources and settings of granitic rocks // Episodes. 1996. V. 19. Р. 120–125.
- Qi H., Coplen T., Gehre M. et al. New biotite and muscovite isotopic reference materials, USGS-57 and USGS-58, for δ2H measurements – A replacement for NBS-30 // Chemical Geol. 2017. V. 467. doi: 10.1016/j.chemgeo.2017.07.027
- Sharp Z.D. A laser-based microanalytical method for the in situ determination of oxygen isotope ratios in silicates and oxides // Geochim. Cosmochim. Acta. 1990. V. 54. P. 1353–1357.
- Sharp Z.D., Giletti B.J., Yoder H.S. Oxygen diffusion rates in quartz exchanged with CO2 // Earth Planet. Sci. Lett. 1991. V. 107. P. 339–348.
- Soloviev S.G., Kryazhev S.G., Dvurechenskaya S.S. et al. The superlarge Tyrnyauz skarn W(-Mo) and stockwork Mo(-W) to Au(-Mo, W, Bi, Te) deposit in the Northern Caucasus, Russia: Geology, geochemistry, mineralization, and fluid inclusion characteristics // Ore Geol. Rev. 2021. V. 138. Р. 1–28.
- Spicuzza M.J., Valley J.W., Kohn M.J. et al. The rapid heating, defocused beam technique: a CO2-laser-based method for highly precise and accurate determination of δ18O values of quartz // Chemical Geol. 1998. V. 144. P. 195–203.
- Suzuoki T., Epstein S. Hydrogen isotope fractionation between OH-bearing minerals and water // Geochim. Cosmochim. Acta. 1976. V. 40. P. 1229–1240.
- Sylvester P.J. Post-collisional alkaline granites // J. Geol. 1989. V. 97. P. 261–280.
- TC/EA Operating Manual. Thermo Scientific. 2001. Is. 11.
- Valley J.W. Stable isotope thermometry at high temperatures // Stable Isotope Geochem. Rev. Mineral. Geochem. 2001. V. 43. P. 365–414.
- Vho A., Lanari P., Rubatto D. An internally-consistent database for oxygen isotope fractionation between minerals // J. Petrol. 2019. V. 60. №. 11. P. 2101–2130.
Дополнительные файлы

Примечание
1Дополнительные материалы размещены в электронном виде по doi статьи.