Р-Т тренды и модель формирования гранулитовых комплексов докембрия

Рис. III.21

    Исследование и реакционных микроструктур является эффективным инструментом познания термодинамических условий формирования гранулитовых комплексов. Вместе с анализом зональности сосуществующих минералов и физико-химическими расчетами это позволяет извлечь информацию о термодинамической эволюции пород в ходе метаморфизма.

Рис. III.22

    Изучение реакционных структур в пределах данной работы подчинено прежде всего задаче количественной оценки термодинамических параметров минералообразования и их эволюции во времени. Поэтому здесь будут детально описаны только те реакционные структуры, которые имеют прямое отношение к решению данной задачи. Более обширная характеристика микроструктур и методов их исследования содержится в опубликованных работах автора (Gerya et al., 1997; Перчук и Геря 1989, 1994а,б, 1993 а,б; Печук и др., 1994, 1996; Perchuk, 1989; Perchuk & Gerya, 1992a, 1993a,b; Perchuk et al., 1989, 1999b,c).

Рис. III.23

    При изучении реакционных структур для гранулитовых комплексов решались две взаимосвязанные задачи:
    а) выяснение Р-Т эволюции гранулитов и
    б) выяснение режима летучих и щелочей в ходе этой эволюции в связи с проблемой чарнокитизации.
    Основными типами реакционных структур, которые исследовались при решении первой задачи являются
cтруктуры разуплотнения - структуры образования менее плотной ассоциации за счет более плотной;
cтруктуры уплотнения - структуры образования более плотной ассоциации за счет менее плотной.
    При решении задачи о режиме летучих и щелочей изучены еще три типа реакционных структур, развитых в гранулитовых комплексах:
структуры гидратации;
структуры дегидратации;
структуры щелочного метасоматоза.
    Кратко охарактеризуем перечисленные типы реакционных структур и связанную с ними химическую зональность минералов.

Структуры разуплотнения.
    Эти структуры наиболее характерны для гранулитов и их описанию посвящено большое число научных публикаций (например, Перчук и др., 1983; Perchuk et al., 1985, 1989; Harley, 1989; Smit & Van Reenen, 1997). Наиболее информативными с точки зрения геотермобарометрии являются проявленные в метапелитах структуры замещения гранат-содержащих парагенезисов мене плотными ассоциациями с участием кордиерита, ортопироксена и плагиоклаза.
Рост кордиерита за счет ассоциации граната с силлиманитом и кварца происходит за счет реакции

    Типичный пример соответствующей реакционной структуры приведен на рис. III.21 а. При развитии подобных структур для граната характерно заметное снижение магнезиальности от центров к краям зерен (III.21 б). Кордиерит при этом характеризуется практически постоянной магнезиальностью (III.21 б).
Рост кордиерита с ортопироксеном за счет граната с кварцем отвечает реакции

Рис. III.24

    Соответствующие реакционные структуры часто проявлены в виде симплектитовых корон вокруг граната (рис. III.22). Степень замещения зерен граната может быть самой различной и варьирует от 1-2 до 100%. В случае если степень замещения граната велика состав его реститов характеризуется пониженной магнезиальностью а на контакте симплектитов с кварцем присутствует сплошная кайма низкоглиноземистого ортопирксена (рис. III.22 а, б, III.23 а, б). Для ортопироксена из симплектитов характерна умеренная глиноземистость (III.23 а, б). Магнезиальность Crd и Opx в симплектитах обычно выдержанная и незначительно повышается вблизи контакта с гранатом (III.23 а, б). При невысокой степени замещения (рис. III.22 в) для граната характерно наличие высокомагнезиальных ядер и заметное снижение магнезиальности к краям зерен (III.23 в, г). Для Типичные примеры реакционных структур и зональности сосуществующих минералов показаны на рис. III.22, III.23.
    Рост кайм плагиоклаза на контакте граната и кварца в присутствии силлиманита соответствует реакции

Рис. III.25

    Реакционные структуры такого типа чрезвычайно широко проявлены в пределах гранулитовых комплексов (рис.III.24) и часто используются для целей барометрии.



Структуры уплотнения.
    Эти структуры также достаточно часто встречаются в гранулитах, однако в целом менее изучены по сравнению со структурами разуплотнения. Они часто обнаруживаются во внешних частях гранулитовых комплексов вблизи границ с породами зеленокаменных поясов.
    Наиболее известным типом пород, содержащих структуры уплотнения являются друзиты. Это основные породы, обычно метагабброиды повышенной железистости, в которых на контакте ортопироксена и плагиоклаза развиты Grt-Cpx-Qtz короны. Образование корон говорит о протекании реакции

Рис. III.26

Рис. III.27

которая обладает значительным отрицательным объемным эффектом. Среди изученных гранулитов эти структуры наиболее характерны для метагабброидов Енисейского и Лапландского комплексов. Примеры подобных коронарных структур для этих пород даны на рис.III.25 (см. также рис.III.10). Магнезиальность граната в таких структурах определяется параметрами их образования и может варьировать от 10 до 50-60 мольных %.
    Детальные петрографические исследования автора показали, что структуры уплотнения широко развиты и в метапелитах различных гранулитовых комплексов. Размеры подобных структур (десятки и первые сотни микрон) намного меньше, чем у структур разуплотнения. Возможно именно с этим связан тот факт, что подобные структуры долгое время практически не изучались петрологами. Данные реакционные структуры впервые были обнаружены автором (Геря, 1990; Perchuk et al., 1989) в породах Канского комплекса, а позднее и комплекса Лимпопо (Перчук и др., 1996).
    Наиболее часто проявленным типом структур уплотнения в метапелитах является рост идиомофных и скелетных зерен новообразованного граната с игольчатым агрегатом силлиманита и кварца за счет кордиерита по реакции

Рис. III.28

которая является обратной по отношению к (III.2.1). Иногда новообразованный гранат может обрастать частично замещенные кордиеритом ранние порфиробласты граната (рис.III.11). Различные примеры этих структур даны на рис.III.26. Характерной чертой состава новообразованного граната является постоянство или даже рост его магнезиальности к краям зерен (рис. III.27). Для кордиерита при этом характерно значительное увеличение магнезиальности от центров к краям зерен, особенно в сторону контакта с гранатом (рис. III.27).

    Реже в метапелитах встречаются другие типы структур уплотнения, например, рост граната с кварцем за счет ортопироксена с кордиеритом (рис. III.28 а) по реакции обратной к (III.2.2)

рост граната с силлиманитом и кварцем за счет плагиоклаза (рис. III.28 б) по реакции обратной к (III.2.3)

рост граната с силлиманитом за счет кордиерита и шпинели (рис. III.28 в) по реакции

рост шпинели с кварцем за счет кордиерита (рис. III.28 г) по реакции

Рис. III.29

и другие (Perchuk et al., 1989; Перчук и Геря, 1989).
    Наши исследования показали, что перечисленные структуры уплотнения в метапелитах обычно являются более поздними по сравнению со структурами разуплотнения и иногда накладываются на них. Эта смена типов реакционных структур во времени должна отражать существенные изменения в характере термодинамической эволюции пород, что будет показано далее.

Структуры гидратации.
    Этот тип реакционных структур широко проявлен в большинстве гранулитовых комплексов. Обычно такие структуры выражены в развитии биотита и роговой обманки по безводным парагенезисам за счет реакций гидратации например

Opx+Kfs+H₂O=>Bt+Qtz,
Opx+Kfs+Sil+H₂O=>Bt+Crd,
Kfs+Grt+H₂O=>Bt+Sil+Qtz,
Cpx+Pl+H₂O=>Hbl.

    Типичные примеры реакционных структур гидратации приведены на рис.III.29 (см. также Перчук и др., 1994).

Структуры дегидратации.

Рис. III.30

    Структуры дегидратации в гранулитах встречаются относительно редко. Они выражены в разложении биотита и роговой обманки с образованием безводных фаз, прежде всего пироксенов. Особенно часто эти структуры проявлены при чарнокитизации, где они являются индикаторами специфического режима термодинамической эволюции пород. Наши исследования показали, что подобные структуры в подавляющем большинстве случаев формируются на фоне снижения как температуры, так и давления и не являются свидетельством проградного метаморфизма. Вместе с тем для их формирования требуются определенные соотношения активностей компонентов метаморфического флюида, прежде всего воды и щелочей. На рисунке III.30 приведен пример структур дегидратации, развитых в метапелитах гранулитового комплекса Лимпопо.

Структуры щелочного метасоматоза.

Рис. III.31

    Данный тип структур широко проявлен в породах амфиболитовой и гранулитовой фаций метаморфизма. Однако до последнего времени их исследованиям уделялось недостаточно внимания. Новым перспективным направлением, предсказанным еще Д.С.Коржинским (1962), в разработке которого участвовал автор (Перчук и Геря, 1993а,б, 1994а,б; Perchuk & Gerya, 1992a, 1993a,b, 1994; Перчук и др., 1994) является изучение подобных структур в связи с процессами чарнокитизации. В настоящее время по данному направлению проводятся интенсивные исследования (например, Newton, 1995; Hansen et al., 1995; Harlov & Franz, 1997; Harlov et al., 1997; Сафонов и др., 1997, 1998), а его открытие и разработка была высоко оценена научной общественностью (например, Newton, 1995). Как показали наши исследования структуры щелочного метасоматоза появляются на регрессивной стадии метаморфизма. Их формирование связано с повышенной активностью и подвижностью щелочей во флюидах со значительной солевой нагрузкой. Установлено (например, Newton, 1995; Hansen et al., 1995), что инфильтрация богатых солями (прежде всего хлоридами и карбонатами Na и К) флюидов и сопутствующие реакции щелочного метасоматоза являются характеристической чертой ретроградной истории всех изученных гранулитовых комплексов. Наиболее часто встречающимся типом структур щелочного метасоматоза является развитие кайм калиевого полевого шпата по границам зерен минералов. Этот процесс сопровождается формированием специфической химической зональности минералов, прежде всего плагиоклаза и ортопироксена. Это свидетельствует о том, что рост калишпата происходил за счет глинозема, содержащегося в породе, и калия щелочных флюидов. В большинстве случаев это связано с протеканием реакций

Ab_Pl + (K₂O во флюиде) => San_Kfs + (Na₂O во флюиде),
Opx_En+Fs+OK + Qtz + (K₂O во флюиде) => Opx_En-Fs + Kfs,
Bt_Phl-Ann-EA + Qtz + (K₂O во флюиде) => Bt_Phl-Ann + San_Kfs + H₂O.

В чарнокитах этот тип структур часто сопровождается реакциями дегидратации с образованием низкоглиноземистого ортопироксена с калишпатом за счет высокоглиноземистого биотита с кварцем по реакции:

Opx_En+Fs+OK + Qtz + (K₂O во флюиде) => Opx_En+Fs + Kfs.

Типичные примеры структур щелочного метосоматоза из чарнокитизированных гнейсов исследованных комплексов приведены на рис III.31. Особенности возникновения этих структур подробно разбираются далее в специальном разделе этой главы, посвященном процессам чарнокитизации.