Автор: Перчук Алексей Леонидович
Название работы: Петрология и минеральная хронометрия коровых эклогитов
|
Присвоенная ученая степень: доктор геолого-минералогических наук
Специальность: 25.00.04 - петрология, вулканология
Классификационный индекс:
Ведущая организация:
Руководитель:
Оппонент:
доктор геолого-минералогических наук Н.В. Соболев;
доктор физико-математических наук Ю.С. Геншафт ;
доктор геолого-минералогических наук Г.П. Зарайский ;
Место защиты: Москва
Дата защиты: 20 января 2004 г
Издательство: Москва
Количество страниц: 333
Язык: русский
Содержание работы:
Введение
Глава 1. Методы исследования
Глава 2. Эклогиты Большого Кавказа
Глава 3. Эклогиты комплекса Юкон-Танана, Канада
Глава 4. Эклогиты комплекса Берген Аркc, Норвегия.
Глава 5. Эклогиты района горы Сулу-тюбе, Кокчетавский массив, Казахстан
Глава 6. Механизмы подъема эклогитов
Вместо заключения
|
Реферат:
Цель и задачи исследований. Основная цель исследований - определить количественные характеристики термодинамического режима метаморфизма и скорости термальной и барической
истории коровых эклогитов в различных палеотектонических обстановках. Для ее реализации были сформулированы следующие основные задачи:
Анализ и обобщение экспериментальных и термодинамических данных по минеральным равновесиям - индикаторам физико-химических условий образования и высокобарных пород.
Выявление минералогических и петрологических особенностей высокобарных пород, закономерностей смены минеральных парагенезисов и реконструкция эволюции главнейших параметров
метаморфизма.
Выяснение состава метаморфического флюида в эклогитах путем изучения флюидных включений в минералах и термодинамического расчета минеральных реакций с участием летучих.
Изучение типов химической неоднородности граната и установление ее природы.
Разработка и развитие метода минеральной хронометрии для определения скоростей термальной и барической истории пород.
Установление абсолютных возрастов метаморфических событий с использованием геохронологических методов с разными температурами закрытия изотопных систем. Интерпретация полученных
данных с учетом результатов минеральной хронометрии.
Обобщение данных по скоростям термальной и барической эволюции пород, полученных на основе петрологического и геохронологического изучения коровых эклогитов из разных метаморфических
комплексов.
Анализ геодинамических моделей вывода высокобарных и ультравысокобарных пород в средние и верхние горизонты земной коры и создание модели, согласующейся с оригинальными петрологическими
данными.
В основе работы лежат результаты экспериментальных, теоретических и полевых исследований автора, полученные в течение 16 лет. Экспериментальные работы проводились на установке
цилиндр-поршень в ИЭМ РАН. Образцы для петрологических и изотопных исследований высокобарных пород Большого Кавказа были собраны автором во время полевых работ 1987-1990 гг.
Для изучения эклогитов Кокчетавского массива (Сев. Казахстан) и комплекса Юкон-Танана (Канада) использовались коллекции образцов В.О. Япаскурта и П. Филипо, соответственно.
Образцы эклогитов из комплекса Берген Аркс (Норвегия) были любезно предоставлены Х. Астрхаймом и М. Эрамбер. Микрозондовые анализы (более 12000) и исследования на сканирующем
электронном микроскопе в разные годы выполнялись в ИГЕМ РАН, в ИЭМ РАН, на кафедрах петрологии и минералогии МГУ им. Ломоносова, в Центре CAMPARIS университета Париж-7 (Франция),
в университете г. Клермон-Ферана и в Рурском Университете (Бохум, Германия). Геохронологические исследования выполняли: В.Ю. Герасимов в ИГЕМ РАН (Ar-Ar метод), Я. Бличер-Тофт
(Blichert-Toft) в Высшей Школе Леона, Франция (Lu-Hf метод) и С. Коста (Costa) в институте Макса- Планка, Майнц, Германия (Sm-Nd метод). При изучении флюидных включений использовалось
крио- и термоустановки лаборатории геохимии ИГЕМ РАН. Численное моделирование процессов в зоне субдукции выполнялось Т.В. Герей. Математическое моделирование диффузионных
процессов и определение Р-Т параметров метаморфизма производились с помощью собственных оригинальных программ.
Научная новизна.
Получены первые и единственные на сегодняшний день экспериментальные данные по системе альбит-геденбергит-кварц. С использованием этих и известных в литературе данных по системе
альбит-диопсид-кварц создан клинопироксен-плагиоклаз-кварцевый геобарометр для высокобарных пород, в аналитическом выражении которого учитываются фазовые переходы в структурах
омфацита и альбита.
Впервые показано, что метод минеральной хронометрии (геоспидометрия) может использоваться в целях восстановления скоростей вертикального перемещения пород в земной коре и
мантии.
Разработан новый подход в минеральной хронометрии, позволяющий восстанавливать продолжительность прогрессивного и регрессивного этапов метаморфизма дискретно, а также фиксировать
момент остановки минералогического хронометра.
Всесторонне изучен новый тип гетерогенности граната - стрингеры. С использованием микрозондового анализа и модели диффузии по границам зерен предложен механизм образования
стрингеров и на их основе создан высоко эффективный минеральный хронометр.
Впервые методами изотопной геохронологии и минералогической хронометрии проведено сравнительное изучение скоростей изменения Р-Т параметров метаморфизма в одних и тех же образцах
эклогитов и показано хорошее согласование полученных результатов.
Предложена новая модель формирования и подъема эклогитов в субдукционном канале, образование и развитие которого происходило за счет гидратации и серпентинизации пород в мантийном
клине. На примере эклогитов Юкона доказано, что численный эксперимент по зарождению субдукции хорошо согласуется с результатами петрологического исследования.
Впервые экспериментально воспроизведены "пятнисто-блоковые" микроструктуры, возникающие при частичном плавлении включений водосодержащих минералов в гранатах. Аналогичные
микроструктуры можно встретить в эклогитовых комплексах Норвегии и Кокчетавского массива.
Практическое значение. Основные результаты исследований связаны с фундаментальными проблемами петрологии и геодинамики глубинных процессов в зонах конвергенции литосферных
плит. Важное практическое следствие этих процессов - образование и вывод на поверхность алмазоносных метаморфических комплексов, а также катастрофические явления (островодужный
вулканизм и землетрясения). Разработанный подход к реконструкции динамических аспектов метаморфизма может использоваться в практике фундаментальных и прикладных исследований.
Защищаемые положения
1) Впервые выполнено экспериментальное исследование реакции NaAlSi3O8=NaAlSi2O6+SiO2 в системе альбит-геденбергит-кварц и на основе ее совместной термодинамической обработки
с экспериментальными данными по системе альбит-диопсид-кварц создана новая версия клинопироксен-плагиоклаз-кварцевого геобарометра, в которой учитываются эффекты упорядочения
структур клинопироксена и плагиоклаза.
2) Разработаны новые методы минеральной хронометрии, позволяющие проводить реконструкцию скоростей термальной и барической эволюции пород на прогрессивном и регрессивном этапах
метаморфизма с оценкой температуры (давления, времени) прекращения эффективного массопереноса и "остановки" минерального хронометра.
3) На примере высокобарных метаморфических комплексов Большого Кавказа, Канадских Кордильер, Кокчетавского массива и Западной Норвегии показано, что скорости подъема эклогитов
(1-6 см/год) из разных геодинамических обстановок сопоставимы со скоростями конвергенции литосферных плит, а декомпрессия сопровождается очень быстрым охлаждением (70-470
град/млн. лет). Прямой изотопно-геохронологический контроль подтверждает возможность высоких скоростей изменения Р-Т параметров, установленных с помощью минеральной хронометрии.
4) Впервые создана численная модель саморазвивающегося субдукционного канала и возникновения в нем вязкого течения вещества, приводящего к формированию и эксгумации высокобарных
пород (эклогитов и глаукофановых сланцев). На примере эклогитов Юкона (Канада) продемонстрирован высокий уровень согласования эволюции P-T параметров метаморфизма и динамики
их изменения с результатами численных экспериментов.
|
Библиография:
1. Аранович Л.Я., Перчук А.Л. (1989) Экспериментальное изучение равновесия клинопироксен+кварц+альбит в системе Na2O-CaO-FeO-Al2O3-SiO2 при 900-1100oС и 14-25 кбар. Докл. АН СССР. 307:1453-1457. 2. Перчук А.Л., Аранович Л.Я. (1991) Термодинамика жадеит-диопсид-геденбергитового твердого раствора. Геохимия, 4: 539-547. 3. Герасимов В.Ю., Перчук А.Л., Кориковский С.П. (1991) Син-метаморфические эклогиты Большого Кавказа. В кн.: Петрология метаморфических комплексов Большого Кавказа. М.: Наука. 146-158. 4. Перчук А.Л. (1991) Избыточное давление в гранате из эклогита, выведенное по реакции альбит = жадеит+кварц. Докл. АН СССР. 316:1192-1196. 5. Перчук А.Л. (1992) Новый вариант омфацит-альбит-кварцевого геобарометра с уче-том структурных состояний омфацита и альбита. Докл. АН СССР. 324: 1286-1189. 6. Перчук А.Л., Герасимов В.Ю. (1992) Основные черты эволюции метаморфизма эк-логитов бассейна р. Большая Лаба, Северный Кавказ. Изв. РАН, сер. геол. 3: 40-52. 7. Perchuk A.L. (1992) The omphacite-quartz-albite geobarometer. Abstr. 29th IGC. V.2. P.594. 8. Перчук А.Л. (1993) Метаморфизм кианитовых эклогитов урочища Красная Скала (Передовой хребет Большого Кавказа). Петрология. 1:98-109 9. Перчук А.Л. (1994) Флюидные включения в эклогитах Большого Кавказа. Геохимия 7: 968-972. 10. Perchuk A.L. (1994) High-pressure metamorphism in the rocks from the Red Cliff Area, Great Caucasus, Russia. Abstr IMA 16th General Meeting. Pisa. p.323. 11. Аранович Л.Я., Косякова Н.Л., Перчук А.Л., Федькин В.В. (1994) Термальные события в литосфере: количественные оценки на основе геотермобарометрии. В Сб. "Экспериментальные проблемы геологии". М.: "Наука". С. 294-323. 12. Перчук А.Л., Варламов Д.В. (1995) Новый тип проградной гетерогенности граната (на примере эклогитов Большого Кавказа). Геохимия 9: 1296-1310. 13. Perchuk A.L., Philippot P. (1995) Rapid cooling of eclogites deduced from diffusion modelling of growth-zoned garnets. Terra Nova. 7(A): 42. 14. Perchuk A.L., Philippot P. (1995) Rapid cooling of Caucasian eclogites: petrological evidence. Journal of Czech Geological Society. Abstract volume. 40: 35. 15. Перчук А.Л.., Герасимов В.Ю., Филипо П. (1996) Теоретическое моделирование аплифта эклогитов. Петрология. 4:518-532. 16. Перчук А.Л. (1996) Р-Т-t условия аплифта эклогитов Большого Кавказа. В Сб. "Геодинамика и эволюция Земли. Материалы научной конференции РФФИ. А.В. Каныгин (гл. ред.) Изд-во СО РАН, НИЦ ОИГГМ. с. 137. 17. Perchuk A.L, Yapaskurt V.O, Podlesskii S.K, Philippot P. (1997) Exhumation dynamics of Kokchetav eclogites, Northern Kazakhstan: evidence from diffusion modeling of growth-zoned garnet along a retrograde P-T path. Terra Nova. Abstract suppl. N1: 63-64 18. Perchuk A.L., Philippot P. (1997) Rapid cooling and exhumation of eclogitic rocks from the Great Caucasus, Russia. Journal of Metamorphic Geology. 15: 299-310 19. Perchuk A.L., Yapaskurt V.O., Philippot P., Podlesskii S.K. (1997). Diffusion modelling and petrology of eclogites from the Sulu-Tjube area, Kokchetav massif, Kazakhstan: Constraints on the dynamics of HP-rock exhumation. Fifth International Eclogite Conference. Abstracts. P. 25 20. Перчук А.Л., Япаскурт В.О., Подлесский С.К. 1998. Условия формирования и динамика подъема эклогитов Кокчетавского массива (район горы Сулу-Тюбе). Геохимия. 10: 979-988 21. Perchuk AL, Philippot P. (1998) Dynamics of eclogitic rock exhumation. AGU abstract volume. 79, 45, p. F983. 22. Perchuk A.L. (1998) P-T-t тренды эклогитов и условия сохранения высокобарных пород. Тезисы конференции "Проблемы генезиса магматических и метаморфических пород". Санкт- Петербург. С. 142-143. 23. Perchuk A.L., Philippot P. (1998) Dynamics of eclogitic rock exhumation. Int. Workshop on UHP Metamorphism and Exhumation. Stanford University. p. A218-A221. 24. Perchuk A.L,. Philippot P., Erdmer P., Fialin M. (1999) Rates of thermal equilibration at the onset of subduction deduced from diffusion modeling of eclogitic garnets, Yukon-Tanana terrain. Geology. 27: 531-534. 25. Perchuk A.L., Philippot P. 1999. Rates of thermal equilibration of eclogitic rocks during early stage of subduction, Yukon-Tanana terrain, Canada. Terra Nova. Abstract V 4/1. P.426 26. Перчук А.Л., Филипо П. 2000. Зарождение субдукции: запись в эклогитах Юкона. Петрология. 8:1-21. 27. Perchuk A.L., Philippot P. (2000) Geospeedometry and timescales of high-pressure metamorphism. International Geology Review. 42: 207-223 28. Перчук А.Л., Филипо П. 2000. Новый сенсор скорости метаморфизма. В сб. "Петрография на рубеже ХХI века: итоги и перспективы". Материалы Второго Всероссийского Петрографического Совещания. Т.III. - Сыктывкар. с. 85-87 29. Perchuk A.L, Philippot P. (2001) Metamorphic rates attending continental collision, Bergen Arcs, Norwegian Caledonides. Journal of Conference Abstracts. 6: 341-342. 30. Gerya, T.V., Perchuk, A.L., Stockhert, B. (2001) Numerical simulation of subduction zones: coupling of rheology, heat transfer, fluid budget, and phase equilibria. Deformation Mechanisms, Rheology and Tectonics Abstract volume, Faculty of Earth Sciences, Utrecht University, Netherlands. P.55. 31. Philippot P., Blichert-Toft J., Perchuk A.L., Costa S, Gerasimov V.Yu. (2001) Lu-Hf and Ar-Ar geochronology supports extreme rate of subduction zone metamorphism deduced from geospeedometry. 11th An. Goldschmidt Conference. Abstract. 3513 pdf. 32. Перчук А.Л., Филипо П. (2001). Динамические аспекты метаморфизма в коллизионной обстановке (на примере Каледонид Норвегии). 7-я международная конференция по тектонике плит. Тезисы докладов. Москва. Научный Мир. 416. 33. Геря Т.В., Перчук А.Л., Штокерт Б. (2001) Зарождение субдукции в численном эксперименте. 7-я международная конференция по тектонике плит. Тезисы докладов. Москва. Научный Мир. 105-106. 34. Gerya T.V., Stoeckhert, B., Maresch W.V., Perchuk A.L. (2001) Exhumation dynamics of high-pressure rocks in a hydrated mantle wedge: constraints from 2D numerical experiments. Berichte Deutsch. Mineral. Geseltschaft. European Journal of Mineralogy.. 13: 64. 35. Philippot P., Blichert-Toft J., Perchuk A.L., Costa S, Gerasimov V.Yu. (2001) Lu-Hf and Ar-Ar geochronology confirms extreme rate of subduction zone metamorphism deduced from geospeedometry. Tectonophysics. 342: 23-38. 36. Gerya, T.V., Stockhert, B., Perchuk, A.L. (2002) Exhumation of high-pressure metamorphic rocks in subduction channel: a numerical simulation. Tectonics. 21 (6): art. no. 1056, P.6-1 - 6-19. 37. Perchuk A.L. (2002) Rates of high-pressure metamorphic processes in different geodynamic settings. Einfuehrungstagung. Potsdam. Abstracts. P.75. 38. Perchuk A.L., Philippot P. (2002) Geospeedometry and timescales of high-pressure metamorphism. In: Frontiers of Geochemistry: Global Inorganic Geochemistry. WG Ernst (ed). Bellwether Pub. 169-187. 39. Перчук А.Л. (2002) Эклогиты комплекса Берген Аркс, Норвегия: петрология и минеральная хронометрия. Петрология. 10: 115-136; 40. Perchuk A.L., Vielzeuf D., Schertl H-P., Burchard M., Maresch W.V., Bernhardt H-J. Gerya T.V. (2003) Fe-Mg interdiffusion in garnet: testing a new experimental method. Geophysical Research Abstracts V.5. 02326. 41. Vielzeuf D., Perchuk A.L., Baronnet A., Devidal J.L., Laporte D. (2003) Experimental determination of Ca-(Fe,Mg) interdiffusion in Ca-poor garnets: a TEM study. Geophysical Research Abstracts V.5. 11065. 42. Perchuk A.L., Gerya T.V., Philippot P, Maresch W.V. (2003) Could the granulites have been deeper than eclogites? Geophysical Research Abstracts V.5. 02336. 43. Perchuk A.L. (2003) Continental collision and paradoxical relationships between metamorphic rocks. Abstracts. Einfuehrungstagung. Bochum. P.64. 44. Perchuk A.L., Gerya T.V., Philippot P, Maresch W.V. (2003) Eclogitization and fluid evolution during fast exumation of granulites. The Alice Wain Memorial Western Norway Eclogite Field Symposium. Abstract volume. P.109. 45. Perchuk A.L., Maresch W.V., Schertl H-P., Burhard M. (2003) Microstructures caused by melting of metamorphic garnets. The Alice Wain Memorial Western Norway Eclogite Field Symposium. Abstract volume. P.110-111. 46. Perchuk A.L., Schertl H-P., Burchard M., Gerya T.V., Maresch W.V., Vielzeuf D, Bernhardt H-J. (2003) Diffusivity of Fe, Mg and Mn in garnet: multi-couple experiments. Berichte Deutsch. Mineral. Geseltschaft. European Journal of Mineralogy. 15:146. 47. Перчук А.Л., Геря Т.В. 2004. Cкорости изменения Р-Т параметров метаморфизма при зарождении субдукции. Петрология. N5. (в печати).
|
|
