ГЕОДИНАМИКА ДОКЕМБРИЙСКОЙ ЗЕМНОЙ КОРЫ

Эволюция метаморфических комплексов в земной коре.

В работе [1] показано, что на основе принципа фазового соответствия можно решать задачи об эволюции термодинамических параметров кристаллических пород. Здесь мы рассмотрим реализацию этой возможности на примере метаморфических комплексов. Чтобы корректно решить задачу о РТ-трендах метаморфической эволюции такого комплекса, необходимо произвести его детальную геологическую съемку и отобрать систематическую коллекцию образцов горных пород. Среди них необходимо выбрать наиболее информативные минеральные ассоциации с зональными минералами, т.е. образцы, пригодные для определения температуры и давления. Это очень важный момент: нужно быть уверенным в точности отбора необходимого для геотермобарометрии материала. Поэтому обычно я рекомендую изготавливать прозрачные шлифы (их толщина составляет около 20-30 микрон) горных пород прямо в поле и внимательно изучить их на предмет равновесности минералов, наличия реакционных кайм, достаточности фаз для протекания барометрических реакций [1, 4]. После обнаружения информативных минеральных ассоциаций, эти шлифы можно отполировать в лаборатории для последующего изучения с помощью электронного микроанализатора (микрозонда). Наконец, когда определен РТ-тренд метаморфической эволюции того или иного комплекса, можно приступить к созданию модели его погружения на установленные термобарометрически глубины и последующего его подъема к поверхности.

В начальный момент времени, т.е. в самом начале РТ-тренда, составы ядер сосуществующих минералов в метаморфической породе находились в равновесии, тогда как их края достигают равновесия на конечной стадии процесса. Как показано в работе [1], приведя в фазовое соответствие составы контактирующих краев кристаллов и их центров в любом из отобранных образцов, с помощью геотермометров можно определить температуру начального и конечного этапов метаморфизма. Более того, используя зональность сосуществующих минералов и принцип фазового соответствия [1] можно рассчитать промежуточные значения температуры.

Несколько сложнее обстоит дело с оценкой давления. Из предыдущего обзора ясно [1], что двух контактирующих минералов для его расчета не достаточно. В петрографических шлифах нужно найти следы реакций между минералами - реакционные структуры, возникшие в результате спада или возрастания давления и содержащие зональные минералы - участники этих реакций.

Рис. 2. Изменение температуры и давления при метаморфизме некоторых вулканогенно - осадочных комплексов

Зональные минералы распространены во всех метаморфических породах [1, 4]. Более того, каждой зоне крупного минерала в том же прослое породы соответствует несколько очень мелких гомогенных зернышек данного минерала. Это значит: что практически каждый образец несет информацию о закономерном изменении P и T. Для многих глубокометаморфизованных комплексов корреляция между PT-параметрами оказалась линейной: P, кбар = 0.02( 3.7*10^-3)T ⁰С + 6.8( 2.5) [3]. Это доказывает сопряженность их изменения за теологически короткий промежуток времени. К этому мы еще вернемся. Заметим лишь, что с помощью геологических термометров и барометров удалось вывести РТ -тренды для большого числа метаморфических комплексов нашей планеты. По условиям геологического залегания и метаморфической эволюции они четко подразделяются на три большие группы.

1. Относительно низкотемпературные комплексы повышенного давления из складчатых зон древних островных дуг. На рис. 2 им соответствуют РТ-тренды с индексом 1. Восходящая в область высоких значений Р и Т ветвь этих трендов соответствует прогрессивному этапу метаморфизма (РТ-параметры возрастают), а нисходящая - регрессивному (РТ-параметры снижаются). Обе ветви прекрасно выражены в так называемой инверсионной химической зональности минералов. Например, гранаты из глаукофановых сланцев и развитых по ним амфиболитов [5] имеют типичную инверсионную зональность: в одном и том же зерне граната X_Mg сначала возрастает, а затем снижается. Эта зональность отражает погружение и последующее всплывание породы в пределах земной коры в виде РТ-петли (группа 1 на рис. 2), вдоль которой максимум давления достигается при 12 кбар, т.е. на глубине около 35 км. Сохранность инверсионной зональности обусловлена относительно низкотемпературными условиями метаморфизма, при которых скорости диффузионного выравнивания концентраций в силикатных минералах ничтожны [6].

2. Под номером 2 на диаграмме рис. 2 приведена группа РТ-трендов для метаморфических комплексов складчатых областей, окаймляющих на континентах древние кристаллические щиты [5]. Как правило, это горные системы разного геологического возраста. Как и для пород первой группы, для них характерны обе ветви регионального метаморфизма - прогрессивная и регрессивная. В них также широко распространена инверсионная зональность минералов, сохрананеие которой обусловлено относительно низкими значениями температуры.

3. Группа трендов 3 на рис. 2 относится к комплексам гранулитовой фации [5] - наиболее глубоко метаморфизовынным породам. Запись прогрессивного этапа никогда не сохраняется в их минеральных ассоциациях. Вместе с тем среди пород этой фации встречаются такие, которые изначально образовались на поверхности Земли в виде известняков, песчаников, глин, вулканических пород. Накопление мощных вулканогенно-осадочных толщ приводило к постепенному погружению их на глубины порядка 30 км. Они претерпевали прогрессивный метаморфизм в заданном РТ-режиме. Однако запись этого этапа метаморфизма в виде зональности минералов в породах не сохраняется из-за высоких значений температуры, способствующей достаточно быстрому диффузионному выравниванию составов минералов [1, 6]. Достигнув пика РТ-параметров, эти породы вновь поднимались к поверхности Земли. Погружение пород на большие глубины и их нагрев известны и в молодых, даже в современных осадочных бассейнах [7].

Следующая страница| Назад