651

Шардакова Г. Ю., Шагалов Е. С.

 

Люминесцентные свойства кварцев из ряда гранитоидных массивов Южного Урала, имеющих различный возраст и геодинамическую позицию, были изучены методом импульсной катодолюминесценции (ИКЛ). Измерения проводились на новом приборе для возбуждения и регистрации спектров люминесценции минералов КЛАВИ-Р, который является разработкой ЗАО НПЦ “РОСНА”. Возбуждение люминесценции в образцах осуществлялось при облучении в воздухе при комнатной температуре электронным пучком длительностью 2 нс с максимальной энергией электронов 140-160 кэВ. Глубина пробега электронов с такой энергией в веществе – порядка 100 мкм, а в некоторых случаях размер ярко светящегося слоя достигает 1 мм. Облучение проводилось цугом по 30-40 импульсов следующих с частотой 1 Гц. Регистрация спектра катодолюминесценции осуществлялась посредством многоканального фотоприемника в диапазоне 350-850 нм при погрешности измерения волны порядка 1 нм. При низкой интенсивности свечения образца, из его спектра дополнительно вычитался спектр ионизированного воздуха. Зарегистрированные спектры сохранялись в компьютере и обрабатывались в программе PeakFit 4.0.

Для исследований был выбран кварц, поскольку он, с одной стороны, не достаточно изучен именно этим методом, с другой – уже имеется некоторая информация о зависимости интенсивности излучения в нем ряда центров люминесценции (ЦЛ) от условий образования [1 и др.], полученная другими спектральными методами, например, рентгенолюминесцентным. Монофракции кварца отбирались вручную под бинокуляром, чистота контролировалась иммерсионным методом; пробы имели массу около 5 мг.

Гранитоиды и ассоциированные с ними породы, из которых отбирались зерна кварца, принадлежат к тоналит-гранодиоритовым сериям, расположенным в пределах разных структур Южного Урала. Типы пород, возраст, геодинамическая позиция, Р_общ приведены в таблице 1. Дополнительно отметим: были взяты гранитоиды двух возрастных этапов (рифейского и палеозойского), формирующиеся под влиянием разных процессов, на разных глубинах. В Атлянском массиве анализировались кварцы из пород главной фазы и дайкового комплекса, очень близкие по внешнему облику и содержанию SiO₂ и потому при отсутствии взаимоотношений трудно отличимые друг от друга. Это же верно для гранитов Нижне-Уфалейского массива и окружающих их гранито-гнейсов Уфалейского блока, которые, хотя и имеют разный возраст, без «тонкой химии» и при отсутствии взаимоотношений не всегда отличимы.

В спектрах ИКЛ кварцев можно четко выделить три полосы излучения. Синяя полоса в области 470-500 нм (2.6-2.45 эВ) связана с Al³⁺, замещающим  Si⁴⁺; зеленовато-желтая – 510-570 нм (~2.2 эВ), обусловленная распадом экситона, локализованного около примесного иона Ge⁴⁺ или кислородной вакансии; темно-красную полосу в области 700 нм (~1,7 эВ) дает Fe³⁺, изоморфно замещающее Si⁴⁺ [1]. Колебания интенсивностей свечения (отн. ед.) существенны и приведены на рис. 1. Наблюдается слабое смещение максимумов полос излучения, особенно Fe³⁺, что может быть обусловлено различиями в симметрии их окружения.

В пределах пространственно связанных ассоциаций пород отметим следующее:

Атлянский массив. В гранит-порфирах дайкового комплекса наблюдаются повышенные значения интенсивностей ЦЛ AlO₄^4-и Fe³⁺ по сравнению с породами главной фазы. Для первого компонента в литературе описано в ряде случаев возрастание свечения с уменьшением давления кристаллизации пород. Это согласуется с расчетными данными по Р_общ для гранитов и гранит-порфиров (см. табл. 1). При отсутствии четких взаимоотношений между главной фазой и дайковым комплексом разница в интенсивностях ЦЛ кварцев этих пород может служить косвенным признаком для их расчленения при геокартировании, поскольку метод ИКЛ является дешевым и достаточно экспрессным по сравнению с химическим анализом.

Уржумский массив, по нашим данным [3, 4], так же, как и Атлянский, относится к Сыростано-Тургоякской группе массивов, хотя располагается несколько западнее зоны ГУР. По интенсивностям излучения всех ЦЛ гранит главной фазы этого массива очень близок гранит-порфирам дайкового комплекса Атлянского массива, что можно связать со сходной глубиной их формирования (см. табл. 1). В ряду пород – включение (ранняя фаза) – гранит- аплит – наблюдается возрастание интенсивностей всех ЦЛ, что, вероятно, можно объяснить изменением параметров флюидной фазы в процессе дифференциации [1].

В центральной части Уфалейского блока располагаются гранито-гнейсы (входящие в состав гнейсово-амфиболитового комплекса); которые секутся гранитами Нижне-Уфалейского массива. Показательно, что люминесцентные параметры кварцев из обоих типов пород различаются. Для гранитов характерны существенно более высокие интенсивности AlO₄ и Ge, а для большинства проб – и Fe³⁺ (см. рис. 1). Как и в случае с Атлянским массивом, при отсутствии взаимоотношений это может служить косвенным критерием, на основе которого можно отделять молодые и древние гранитоиды в Уфалейском блоке.

Граниты Нижне-Уфалейского массива, как было показано нами ранее, являются существенно более высокобарическими, чем вмещающие их гранито-гнейсы [4]. Вероятно, кварцы из гранитов, которые, по нашему мнению, были выведены на поверхность с большой глубины в результате тектонических процессов, испытали какие-то преобразования, ведущие к тому, что в их структуру вошло существенное количество примесей. Возможно, именно тектоника (вызвавшая увеличение дефектности структуры ?) или вариации флюидного режима, а не Р-Т условия, могли повлиять на более свободное вхождение примесей в кварцы.

Таганайско-Иремельский антиклинорий. Среди среднерифейских метаморфизованных осадков таганайской свиты, близко друг к другу расположены юрминский гнейсово-амфиболитовый комплекс и более молодой Киалимский массив. Кислые породы в них существенно различаются по возрасту и геохимическим особенностям [4]: Киалимские граниты очень близки к среднепалеозойским гранитам Нижне-Уфалейского массива, юрминские гранито-гнейсы – к гнейсам центральной части Уфалейского блока. В принципе, анализ люминесцентных параметров кварцев также подчеркивает деление на эти 2 группы. В кварцах из киалимских гранитов интенсивности свечения всех ЦЛ (особенно AlO₄ и Ge⁴⁺) высокие, как и в кварцах из гранитов Нижне-Уфалейского массива, тогда в кварцах из юрминских гранито-гнейсов интенсивности ниже и сопоставимы с таковыми из гранито-гнейсов центральной части Уфалейского блока.

Следует также отметить, что интенсивности свечения AlO₄ и Fe³⁺ не коррелируются с содержаниями в самих породах Al₂O₃ и Fe₂O₃, соответственно. В случае с полевыми шпатами, например, была зафиксирована [2] прямая корреляция щелочности пород с интенсивностью излучения ряда ЦЛ (Fe^3+,2+, Mn²⁺). В нашем случае такая зависимость не выражена.

В целом можно заключить следующее.

1) В общем случае (если сравнивать гранитоиды главных фаз из разных массивов) интенсивность излучения проявленных в кварцах примесных ЦЛ не зависит от давления, при котором сформировались гранитоиды и напрямую не связана с химическим составом пород, из которых были выделены кварцы.

2) Кварцы из гранитоидов Атлянского и Уржумского массивов, приуроченных к зоне ГУР, отличаются от таковых из объектов близкого возраста, но расположенных западнее, в зоне сочленения Урала и Русской платформы, пониженными значениями интенсивностей ЦЛ.

3) Кварцы из гранитоидов (и кислых ортопород), различающихся по возрасту (и составу субстрата), расположенных в пределах одних структур, сильно отличаются и по уровню интенсивностей излучения примесных ЦЛ. При этом, для палеозойских образований (субдукционно-коллизионных) характерны более высокие значения этих параметров (см. рис. 1).

4) Для гранитоидов Нижне-Уфалейского массива интенсивности свечения всех ЦЛ максимальны. Высокую I Fe³⁺ в этих породах можно объяснить существенной ролью базальтоидного субстрата во время коллизионных процессов в этой структуре, что подтверждается низким первичным отношением изотопов Sr[4]и «мантийной» величиной eNd (данные авторов) в Нижне-Уфалейских гранитах. Большая «коровость» гнейсов центральной части Уфалейского блока доказана нами косвенными методами, в частности, повышенными содержаниями F в минералах [5]. Наблюдаются отдельные аномально высокие I Fe³⁺ в гранито-гнейсах центральной части Уфалейского блока, тесно ассоциированных с амфиболитами. Следует отметить, что гнейсовая толща имеет сложное и неоднородное строение; для таких случаев можно предположить либо влияние процесса ассимиляции, либо проявление частичного совместного плавления в результате более молодых процессов, когда в субстрат породы, превращенной в такситовый гнейс, был вовлечен фемический материал.

Физические причины полученных различий требуют осмысления, а люминесцентные параметры кварцев – дополнительного изучения другими спектроскопическими методами; что мы надеемся осуществить в будущем.

 

 

1. Вотяков С. Л., Краснобаев А.А., Крохалев В.Я. Проблемы прикладной спектроскопии минералов. Екатеринбург: УИФ Наука, 1993. 232 с.

2. Морошкин В.В. и др. Люминесцентная спектроскопия полевых шпатов из пород Балтийского щита в связи с его геолого-геохимической эволюцией // Геохимия. 2005. № 10. С. 1090-1097.

3. Ферштатер Г.Б., Беа Ф., Бородина Н.С., Зинькова Е.А., Монтеро П., Шагалов Е.С. Надсубдукционные анатектические гранитоиды Урала // Геология и геофизика. Т. 43. № 1. 2002. C. 42-56.

4. Холоднов В.В., Ферштатер Г.Б., Бородина Н.С., Шардакова Г.Ю., Шагалов Е.С. Гранитоидный магматизм зоны сочленения Урала и Восточно-Европейской платформы (Южный Урал) // Литосфера. 2006. № 3. С. 1-20. В печати.

Таблица 1

 

Примечание: *возраст и давления приведены для пород главных фаз массивов; ** здесь первая цифра – давление формирования пород главной фазы, вторая – для дайкового комплекса. 

 

 

Рис. 1. Интенсивность излучения (I, отн. ед) ЦЛ в кварцах из гранитоидов различных геологических структур Южного Урала.

 

Атлянский массив: 1 – граниты главной фазы, 2 – гранит-порфиры дайкового комплекса; Уржумский массив: 3 – кварцевый диорит (включение ранней фазы), 4 – гранит главной фазы, 5 – аплит; 6 – гранито-гнейсы центральной части Уфалейского блока, 7 – граниты Н. Уфалейского массива; 8 – гранито-гнейсы юрминского комплекса; 9 – граниты Киалимского массива.