Все о геологии :: на главную страницу! Геовикипедия 
wiki.web.ru 
Поиск  
  Rambler's Top100 Service
 Главная страница  Конференции: Календарь / Материалы  Каталог ссылок    Словарь       Форумы        В помощь студенту     Последние поступления
   Геология >> Геохимические науки >> Петрология | Диссертации
 Обсудить в форуме  Добавить новое сообщение

Р-Т тренды и модель формирования гранулитовых комплексов докембрия

Автор: Геря Тарас Викторович
диссертация на соискание ученой степени доктора геолого-минералогических наук
Московский Государственный Университет им.  М.В. Ломоносова

Содержание

  I.1 "ГеоПас". Геотермометры и геобарометры для гранулитов и пород зеленокаменных поясов.

 

Система геотермометров и геобарометров для гранулитов достаточно хорошо развита (Перчук, 1989, Perchuk at al., 1985) и была лишь незначительно усовершенствована автором применительно к целям диссертации (см. табл. I.2). Для расчета температур использовались в основном Grt-Crd, Grt-Bt (Перчук, 1989) и Grt-OpX (Perchuk & Lavrent'eva, 1990) геотермометры а для расчета давлений - Grt-Crd-Sil-Qtz и Grt-Crd-OpX-Qtz геобарометры (реакции 1 и 5 в табл. I.2).
Несколько больше проблем было связано с геотермобарометрией пород зеленокаменных комплексов. Для оценок температуры метапелитов зеленокаменных поясов применялись Grt-Bt и Grt-Chl геотермометры (Перчук, 1990), имеющие высокую разрешающую способность. В случае, когда метапелиты содержали силикат глинозема, для определения давлений была использована одна из наиболее поздних версий (Перчук и Кротов, 1998) эмпирического Ms-Qtz-Bt-Grt-Al2SiO5 геобарометра (Перчук, 1973; Перчук и Рябчиков, 1976), основанного на реакции

 

1/3Phl + 2/3Al2SiO5 + 1/3Qtz = 1/3Prp + 1/3Ms

(I.1.1)

Однако, породы, содержащие ассоциацию Ms-Qtz-Bt-Grt-Al2SiO5, в пределах зеленокаменных поясов встречаются далеко не всегда. Поэтому исследования автора были направлены создание термобарометров для широко проявленных в зеленокаменных комплексах биотит-гранатовых ассоциаций метапелитов, не содержащих силикатов глинозема, и амфибол-плагиоклаз-кварцевых ассоциаций метабазитов.

Биотит-гранатовые равновесия как геотермобарометры.
Гранат в метапелитах нередко ассоциирует с белой слюдой и кварцем, между которыми возможна следующая реакция:

Prp + 2Ms + Phl = 6Qtz + 3East 

(I.1.2)

Она хороша тем, что не зависит от активности воды и характеризуется значительным объемным эффектом. Изменение стандартной энергии Гиббса в данной реакции Go, рассчитанное на основе данных Т.Холланда и Р.Пауэлла (Holland & Powell, 1998) для 0.5 < P < 10 кбар и 400 < T < 800oC, было аппроксимировано следующим уравнением

Go(+69 cal) = -11043.4 + 5.2841T + 0.86356P

](I.1.3)

Затем, на основе природных данных по составам сосуществующих Grt, Bt и Ms из Ку-содержащих слюдистых сланцев комплекса Тана в Карелии (см. Главу III) изменение стандартной энтальпии в (I.1.3) было скорректировано до величины -9420 кал для согласования оценок давления по реакции (I.1.2) с Grt-Bt-Ms-Ky-Qtz геобарометром. Активности Phl и East в твердом растворе биотита рассчитывались по формулам

RTlnaPhl = RTln(XKA XMgM1 XMgM2 XMgM3 XAlT1 XSiT1) + 2390 [(XAlM3)2 + XAlM3 XFeM3]

(I.1.4)

RTlnaEast = RTln[XKA XMgM1 XMgM2 XAlM3 (XAlT1)2] + 2390 [(XMgM3)2 + XMgM3 XFeM3]

(I.1.5)

где
XKA=K/(K+Na),
XMgM1=XMgM2=Mg/(Mg+Fe),
XAlM3=[7Al/(Al+Mg+Fe+Si+Ti)-1]/2,
XMgM3=XMgM1(1-XAlM3),
XFeM3=1-XAlM3-XMgM3,
XAlT1=(1+XAlM3)/2, XSiT1=1-XAlT1.
Уравнения (I.1.4)-(I.1.5) были получены на основе многопозиционной модели твердого раствора Phl-East (Holland and Powell, 1998) и идеальной модели Fe-Mg смешения в биотите (Perchuk, 1990).
Активность Ms в мусковит-парагонитовом твердом растворе была выражена с использованием многопозиционной модели (Holland & Powell, 1998) и данных (Eugster et al., 1972) по избыточной парциальной энергии Гиббса мусковита

RTlnaMs = RTln(4XKA XAlM2A XXAlT1 XSiT1)+ (4164+0.395T+0.126P).[2(XNaA)3-(XNaA)2]

+(3082+0.170T+0.082P).[2(XNaA)2-2(XNaA)3], 

(I.1.6)

где
XKA=K/(K+Na),
XNaA=1-XKA,
XAlM2A=1-6(Mg+Fe)/(Al+Mg+Fe+Si),
XAlT1= XAlM2A/2,
XSiT1=1-XAlT1
При расчете активности Prp была учтена неидеальность вхождения гроссуляровой составляющей в твердый раствор граната в соответствии с регулярной моделью смешения (Аранович, 1991):

RTlnaPrpGrt = 3[RTlnXMgGrt + (3300 - 1.5T)(XCaGrt)2 + (5704-1.242T)XCaGrtXFeGrt], 

(I.1.7)


где
XMg = Mg/(Fe+Mn+Mg+Ca);
XFe =Fe/(Fe+Mn+Mg+Ca);
XCa = Ca/(Fe+Mn+Mg+Ca).
Таким образом, расчет давлений на основе составов сосуществующих Grt, Bt и Ms может быть произведен по уравнению

P kbar = (9420 - 5.2841T - Ge)/(0.86356P - 2VeMs

(I.1.8)

где
Ge = 3RTlnaEast - RTlnaPrp - RTlnaPhl - 2(RTlnaMs - VeMsP),

VeMs = 0.126[2(XNaA)3-(XNaA)2] + 0.082[2(XNaA)2-2(XNaA)3].


Амфиболовый эмпирический геотермобарометр.

Рис. I.1

Рис. I.2

Амфибол в ассоциации с гранатом и плагиоклазом является весьма надежным минералогическим термометром (Perchuk, 1989, 1990). В безгранатовых парагенезисах с эпидотом, плагиоклазом и кварцем произведена экспериментальная калибровка геотермобарометра, основанного на составе сосуществующих плагиоклаза и амфибола (Плюснина, 1983). Кроме того, известно (Spear, 1993) значительное число эмпирических и полуэмпирических калибровок термометров и барометров с участием амфибола. Однако все попытки применить их к амфиболсодержащим породам изученных комплексов привели к несистематическим, но значительным расхождениям с оценками Р-Т параметров метаморфизма переслаивающихся пелитовых пород.
Амфибол является "сквозным" минералом парагенезисов метабазитов в условиях от зеленосланцевой до высокотемпературной амфиболитовой фации. Его состав вполне закономерно меняется с изменением степени метаморфизма (Triboulet, 1992). Между тем, используя термобарометрию, основанную на простых минеральных реакциях с участием амфибола, мы сталкиваемся с проблемой приложимости правила фаз Гиббса к подобным равновесиям. Нередко при постоянных Т и Р число компонентов существенно выше числа фаз (к>>ф). Это приводит к отсутствию связи составов сосуществующих минералов при изменении температуры и давления. Так, амфибол-плагиоклазовый геотермометр Дж.Блонди и Т.Холланда (Blundy, Holland, 1990) основан на реакциях

Ed + 4Qtz = Tr + Ab,

(I.1.9)

Par + 4Qtz = Hbl + Ab

(I.1.10)

Константы реакций при этом имеют вид
K(I.1.9)=K(I.1.10)= XAb[27.(Si-4)]/[256.(8-Si)],

Рис. I.3

где Si - содержание кремния в амфиболе в расчете на 13 катионов; XAb - мольная доля альбита в плагиоклазе. Запись константы реакции в таком виде предполагает положительную корреляцию между содержанием кремния в амфиболе и основностью сосуществующего с ним плагиоклаза. Диаграмма на рис.I.1 а показывает, что составы амфибола, сформированного на пике метаморфизма в породах разного состава из Южной Бретани (Франция), близки между собой и не коррелируют с составами сосуществующего плагиоклаза. Такая же картина (рис.I.1 б) получается при анализе зависимости lnK(I.1.9) от состава сосуществующего плагиоклаза, приведенной в работе Дж.Блонди и Т.Холланда (Blundy, Holland, 1990). В результате эти авторы были вынуждены использовать искусственную поправку на избыточную энергию альбита при эмпирической калибровке амфибол-плагиоклазового геотермометра.
Попытки усовершенствовать существующие версии геотермобарометров с участием амфибола не привели к положительным результатам. При этом, однако, выяснились преимущественные эмпирические зависимости содержания Al от давления и Si от температуры в роговых обманках из любых минеральных парагенезисов, но в присутствии плагиоклаза и кварца. Они проверены на экспериментальных данных Л.П.Плюсниной (1983) для ассоциации Pl+Hbl+Qtz+Zo+Chl+Cal (рис.I.2). Эти зависимости были использованы для калибровки эмпирического геотермобарометра, основанного на составе амфибола в его парагенезисе с кварцем и плагиоклазом. Кроме экспериментальных данных Л.П.Плюсниной (1983) в статистическую обработку были вовлечены авторские данные по оценкам температур метаморфизма для амфиболсодержащих безгранатовых пород. Оценки температур были сделаны с использованием Crd-Grt, Bt-Grt и Chl+Grt геотермометров (Perchuk, 1989) по переслаивающимся с этими породами метапелитам. Согласованность экспериментальных и природных данных видна из рис.I.2а. Исходя из статистического описания зависимостей состава амфибола от температуры и давления, проведенного по нелинейному методу наименьших квадратов для выборки из 48 экспериментальных и 32 природных точек, наилучшими оказались уравнения следующего вида (Gerya et al., 1997a, Gerya, 1997; Перчук и Геря, 1998а):

SiHbl = 8.489-exp[-(6119 - 8.181T - 28.4P + 114XMgHbl)/RT

(I.1.11)

AlHbl = exp[-(2543 - 4.744T - 148.1P + 175XMgHbl)/RT]-1.433 

(I.1.12)

Рис. I.4

где P = Pкбар, T = TК, XMgHbl=Mg/(Fe+Mg) - валовая магнезиальность амфибола; SiHbl и AlHbl - содержание кремния и алюминия в формуле амфибола, рассчитанной на 13 катионов. Поправка на магнезиальность амфибола связана с преимущественным замещением MgAl при вхождении в амфибол чермакитового и глаукофанового миналов. Это подтверждается корреляциями между содержанием Mg и Al, Mg и Si в природных амфиболах (рис.I.3). Система изолиний Si и Al (номограмма) в Р-Т координатах для чисто магнезиальной и чисто железистой систем приведена на рис.I.4. На нем видно, что при одинаковом отрицательном наклоне изолиний содержание кремния значительно меньше зависит от давления, чем содержание алюминия. Это и определяет эффективность выведенной номограммы как термобарометра. Уравнения (I.1.11) и (I.1.12) могут быть преобразованы к более удобному аналитическому виду:

T (K) = (6119 - 28.4P + 114XMgHbl)/[8.181-Rln(8.489 - SiHbl)], 

(I.1.13)

Р (кбар) = [2543 - 4.744T + 175XMgHbl+RTln(AlHbl + 1.433)]/148.1. 

(I.1.14)


Точность расчета Т и Р по этим уравнениям с учетом экспериментальных погрешностей оценки равновесных составов амфиболов составляет +37оС и +1.2 кбар соответственно. Тестирование выведенных уравнений на различных парагенезисах метабазитов показало их хорошую работоспособность. Систематическое завышение Р-Т параметров зафиксировано только для амфиболов, проанализированных в непосредственной близости от граната.

<<назад

вперед>>


Полные данные о работе Геологический факультет МГУ
 См. также
Анонсы конференцийГранулитовые и эклогитовые комплексы в истории Земли
НовостиВ Киеве пройдет Международная научно-практическая конференция "Стратиграфия, геохронология и корреляция нижнедокембрийских породных комплексов фундамента Восточно-Европейской платформы" с 31 мая по 4 июня.
ДиссертацииГеология и эволюция земной коры восточной Антарктиды в протерозое-раннем палеозое:
ДиссертацииГеология и эволюция земной коры восточной Антарктиды в протерозое-раннем палеозое: Основные защищаемые положения и их обоснование.
ДиссертацииМинерагения благородных металлов и алмазов северо-восточной части Балтийского щита:
ДиссертацииМинерагения благородных металлов и алмазов северо-восточной части Балтийского щита:

Проект осуществляется при поддержке:
Геологического факультета МГУ,
РФФИ
   
TopList Rambler's Top100