Р-Т тренды и модель формирования гранулитовых комплексов докембрия

Главные результаты
1. Созданы два взаимосвязанных программных комплекса "ГеоПас" и "Диапир".

• "ГеоПас" предназначен для решения задач геотермобарометрии, физико-химического моделирования и расчета плотностных характеристик пород в условиях земной коры и мантии.
• "Диапир" предназначен для проведения численного моделирования гравитационного перераспределения пород в земной коре и мантии, в том числе для расчета теоретических Р-Т трендов горных пород и изучения их пространственного распределения в модельных разрезах.

2. Выведены новые эффективные уравнения потенциала Гиббса минералов и флюидов.

• Уравнения предназначены для усовершенствования и пополнения базы данных "ГеоПас". Выражение для вибрационной части потенциала Гиббса выведено с использованием T-P распределения статистической механики, а его конфигурационная часть описана по методу внутренних реакций с использованием параметра упорядочения. По сравнению с известными уравнения содержат небольшое число уточняемых параметров и при высокой точности обладают хорошей экстраполяционной способностью.

3. На основании детального исследования интеркратонных докембрийских комплексов, - Канского (Енисейский кряж), Шарыжалгайского в (Юго-Западное Прибайкалье), Лапландского (Кольский полуостров), Лимпопо (Южная Африка) - выявлены следующие закономерности:

•  Наличие в пределах одного и того же комплекса сразу двух типов реакционных структур и соответствующих им регрессивных Р-Т - трендов: (i) тренды "чистого" декомпрессионного остывания, (ii) тренды с участком субизобарического остывания. Тренды с участками субизобарического остывания широко проявлены во внешних частях гранулитовых комплексов, что является следствием оттока тепла в боковые породы при подьеме горячих масс гранулитов.
• Существование температурной и барической метаморфической зональности в породах зеленокаменных поясов, сопряженных с гранулитами.
• Универсальная связь активности в воды во флюиде, которая апроксимируется уравнением a_H2O = 0.00175^.T(^oC) - 0.124^.P(кбар) - 0.349, отражающим закономерности формирования теплового поля и фильтрации флюида на ретроградной стадии гранулитового метаморфизма. На одном и том же уровне глубинности области повышенного теплового потока характеризовались более водным флюидом.

4. Впервые доказано, что чарнокитизация гнейсовых комплексов осуществляется за счет высокой активности щелочей в гранитизирующем флиде при температуре 750-600^oC и давлении 6-3 кбар, и при a_H2O равной, либо большей, чем в метаморфическом флюиде гнейсов.
5. Строго определены ведущие геодинамические факторы контроля эволюции гранулитового метаморфизма в докембрии.

• Показано, что высотемпературные условия метаморфизма гранулитовой фации могут контролироваться (1) утонением мантийной части литосферного слоя, (2) увеличением мощности теплогенерирующей земной коры, (3) снижением ее теплопроводности, (4) увеличением коровой теплогенерации и (5) наличием относительно кислых высоко-радиоактивных пород в нижних частях разреза. При этом высокая теплотворная способность основной массы относительно кислых пород докембрийских гранулитовых комплексов благоприятствует созданию условий метаморфизма гранулитовой фации.
• Гравитационная неустойчивость континентальной коры в докембрии обусловлена литологическим и тепловым факторами. Теоретически найдена прямая связь между степенью стратиграфической гравитационной нестабильности коры и ее способностью к генерации условий благоприятных для метаморфизма гранулитовой фации. Резкое возрастание степени тепловой гравитационной неустойчивости континетальной коры, сложенной кварц-содержащими породами наступает при преодолении определенного температурого порога (~800^оС ) в ее основании, что связано с разуплотнением пород нижней коры за счет термического расширения и сопутствующего <=> перехода в кварце.
• Установлено, что гравитационное перераспределение пород в докембрийской коре определяет эксгумацию гранулитовых комплексов и синхронное погружение пород зеленокаменных поясов, что согласуется с полученными геологическим и петрологическим закономерностями изученных комплексов. При этом для большинства докембрийских гранулитовых комплексов, имеющих валовой состав гранодиорита - кварцевого диорита, характерна низкая эффективная вязкость, порядка 10¹⁷-10²⁰ Па^.сек, обуславливающая их высокую пластичность при подъеме в горячем состоянии.

Защищаемые положения
    Главное защищаемое положение соответствует достижению основной цели диссертации:
        защищаются теоретические основы гравитационной модели формирования гранулитов, созданные на основе оригинальных геологических, структурных, физико-химических и геодинамических исследований гранулитовых комплексов докембрия и их взаимоотношений с архейскими зеленокаменными поясами.
    Теоретические основы гравитационной модели базируется на следующих главных результатах автора, которые подробно раскрыты выше
1. Созданы два взаимосвязанных программных комплекса "ГеоПас" и "Диапир".
2. Выведены новые эффективные уравнения потенциала Гиббса минералов и флюидов.
3. Выявлены закономерности формирования и эволюции четырех детально изученных докембрийских гранулитовых и сопряженных с ними зеленокаменных комплексов. Получены характерные для них типы Р-Т трендов.
4. Предложена и обоснована модель чарнокитизации гнейсовых комплексов.
5. Определены ведущие геодинамические факторы контроля эволюции гранулитового метаморфизма в докембрии.Установлено, что гравитационное перераспределение пород в докембрийской коре определяет эксгумацию гранулитовых комплексов и синхронное погружение пород зеленокаменных поясов, что согласуется с полученными геологическим и петрологическим закономерностями изученных комплексов.

Список опубликованных работ по теме диссертации
1. Лепезин Г.Г., Ножкин А.Д., Геря Т.В. Термодинамические параметры метаморфизма канской серии. Геология и геофизика. 1986. Т.9. С.11-20.
2. Геря Т.В., Даценко В.М., Заблоцкий К.А. и др. Докембрийские кристаллические комплексы Енисейского кряжа. VII Всесоюзное петрографическое совещание. Путеводитель Енисейской экскурсии. Под ред. В.В.Ревердатто, В.В.Хлестова. Новосибирск, 1986. 116 с.
3. Геря Т.В., Ножкин А.Д. Поведение редких земель, урана и тория при чарнокитизации. Редкоземельные элементы в магматических породах. Новосибирск, ИГИГ СО АН СССР, 1988.С.187-197.
4. Ножкин А.Д., Малышев В.И., Сумин А.В., Остапенко Е.И., Геря Т.В. Геохронологическое исследование метаморфических комплексов юго-западной части Сибирской платформы. Геология и геофизика. 1989, N1. С.26-33.
5. Перчук Л.Л., Геря Т.В., Ножкин А.Д. Гранулиты канского комплекса в Енисейском кряже: петрография и минералогия. Вестник МГУ. Сер.Геол. 1989. N5, С.3-15.
6. Перчук Л.Л., Геря Т.В. Смещение архейской геотермы, записанное минеральными равновесиями в гранулитах Ангаро-Канского выступа. Вестник МГУ. Сер.Геол. 1989. N6, С.3-12.
7. Бердников Н.В., Геря Т.В., Перчук Л.Л., Томиленко А.А. и др. Флюидный режим эволюции гранулитов Ангаро-Канского выступа: Включения и химизм флюидной фазы. Вестн. МГУ. Сер. Геол. 1990. N4. С. 27-40.
8. Геря Т.В., Перчук Л.Л. Термодинамический режим эволюции гранулитов Ангаро-Канского выступа. Вестник МГУ. Сер. Геол., 1990. N6. С.35-49.
9. Геря Т.В., Перчук Л.Л. Термодинамические свойства шпинели, выведенные на основе метода фазового соответствия. Геохимия. 1990. N10. С.1412-1418.
10. Геря Т.В., Перчук Л.Л. Шпинелевые равновесия как геотермометры и геобарометры. Геохимия. 1991. N. 3. С.370-377.
11. Геря Т.В. Метод физико-химического моделирования метаморфических реакций с использованием условия баланса масс. Очерки физико-химической петрологии. М.: Наука. 1991. Т.16. С.112-127.
12. Перчук Л.Л., Т.В.Геря. Термодинамическая активность Н2О при чарнокитизации гнейсов. Докл. РАН. 1993. Том 330. N1. С.95-98.
13. Перчук Л.Л., Т.В.Геря. Доказательство подвижности калия при чарнокитизации гнейсов. Докл. РАН. 1993. Том 330. N2. С.245-248.
14. Перчук Л.Л., Геря Т.В. Термодинамический режим чарнокитизации гнейсовых комплексов. Вестник МГУ. Сер. Геол. 1994. N6. С.3-19.
15. Перчук Л.Л., Геря Т.В. Режим воды и углекислоты при чарнокитизации гнейсовых комплексов. Вестник МГУ. Сер. Геол. 1994. N6. С.36-48.
16. Перчук Л.Л., Геря Т.В., Корсман К. Модель чарнокитизации гнейсовых комплексов. Петрология, 1994, Т.2. N5. С.451-480.
17. Геря Т.В., Перчук Л.Л. Полиминеральная геотермобарометрия: новый теоретический подход. Докл. РАН, 1996. Т.347. С.86-87.
18. Геря Т.В., Перчук Л.Л. Оптимизация расчета парциальных энергий смешения для многопозиционных твердых растворов. Докл. РАН, 1996. Т.348. С.662-664.
19. Сафонов О.Г., Перчук Л.Л., Геря Т.В. Петрологическое доказательство подвижности K и Na при образовании пятнистых чарнокитов. Вестник МГУ. Сер. Геол. 1997. N5. С.409-424.
20. Перчук Л.Л., Геря Т.В. Метаморфическая эволюция и геодинамика докембрийской коры. Ломоносовские чтения. Тезисы докладов. МГУ. 1998. С. 41-42.
21. Перчук Л.Л., Геря Т.В. Исследование некоторых петрологических процессов в литосфере. Экспериментальное моделирование процессов минералообразования. М.: Наука. 1998. С. 410-424.
22. Перчук Л.Л., Геря Т.В. Метаморфическая эволюция и геодинамика докембрийской коры. Проблемы генезиса магматических и метаморфических пород. тезисы докладов. Тезисы докладов. 1998. Новосибирск. С.30-32.
23. Перчук Л.Л., Геря Т.В. Метаморфическая эволюция и геодинамика докембрийской коры. Проблемы генезиса магматических и метаморфических пород. Тезисы докладов. Санкт-Петрбург: СПГУ. 1998. С. 10-11.
24. Сафонов О.Г., Перчук Л.Л., Геря Т.В. Минералогические критерии подвижности калия и натрия при метаморфизме и гранитизации. Проблемы генезиса магматических и метаморфических пород. Тезисы докладов. Санкт-Петрбург: СПГУ. 1998. С. 187-188.
25. Perchuk, L.L., Gerya, T.V. Nozhkin, A.D. Petrology and retograde P-T-path in granulites of the Kanskaya formation, Enisey range, eastern Siberia. J.Metamorphic Geol., V.7. 1989. 7, 599-617.
26. Gerya T.V., Perchuk L.L. GEOPATH: a new computer program for geothermobarometry and related calculations with the IBM PC computer. IMA. The 15th General Meeting. Beijing. 1990. Abstracts. V.2. P.1010.
27. Gerya, T.V. Perchuk, L.L. GEOPATH - a thermodynamic database for geothermobarometry and related calculations with the IBM PC computer. In: Metamprphic Styles in young and ancient orogenic belts. The University of Calgary Press. 1990. Program and Abstract. P.59-61.
28. Perchuk L.L., Gerya T.V. Metamorphic evolution of the Angaro-Kansky inlier Eastern Siberia) in the light of mineral thermobarometry and fluid thermobarogeochemistry. In: Metamprphic Styles in young and ancient orogenic belts. The University of Calgary Press. Program and Abstract. 1990. P.62
29. Perchuk L.L., Gerya T.V. Regime of CO2 and H2O in some granulite facies rocks. The Baltic Shield. Second Symposium. Abstracts. Lund, Sweden. 1990. P.72-73.
30. Perchuk L.L., Aranovich L.Ya., Gerya T.V. Charnockitization. In: Composition and Evolution of High-Grade Gneiss Terrains. Eds. P.W.Vitanage and P.G.Cooray. Kandy, Sri-Lanka. 1991. 47-48.
31. Perchuk, L.L., Aranovich, L.,Ya., Gerya, T.V. Charnockitization of granulites and origin of a felsic magma. 29th International Geological Congress. Kyoto. Abstracts. 1992. V.2. P.521.
32. Perchuk, L.L., Gerya, T.V. The fluid regime of metamorphism and the charnockite reaction in granulites: a review. International Geology Review. 1992. V.34. P.1-58.
33. Perchuk L.L., Gerya T.V. A thermodynamic database for geothermobarometry and related calculations with the IBM AT/XT computer. In: Thermodynamics of Natural Processes. Novosibirsk. 1992. P.20-21.
34. Gerya, T.V., Perchuk, L.L. GEOPATH - a thermodynamic database for geothermobarometry and related calculations with the IBM PC AT/XT Computer. 29th International Geological Congress. Kyoto. Abstracts. 1992. V.2, p.1026.
35. Perchuk L.L., Gerya T.V. Fluid control of the charnokitization process. Terra abstracts (EUG VII). Abstract supplement No.1 to TERRA nova. V.5, 1993. P.480-481.
36. Perchuk L.L., Gerya T.V. Fluid control of charnockitization. Chemical Geology. 1993. 108, No 1-4, p.175-186.
37. Gerya T.V., Perchuk L.L. A new thermodynamic database for thermometry. 16th IMA General Meeting, Italy, Pisa. 1994. P.142.
38. Perchuk L.L., Gerya T.V. Gibbs chemical potentials during granitization. 16th IMA General Meeting, Italy, Pisa. 1994. Abstracts. P.323.
39. Perchuk L.L., Gerya T.V. Studies of the boundaries between granulite facies terrains and cratons. Centennial Geocongress. Extended Abstracts. The Geol. Soc. South. Africa. 1995. V.2. P.622-623.
40. Perchuk L.L., Gerya T.V., van Reenen D.D, Safonov O.G., Smit, C.A. The Limpopo metamorphic complex, South Africa: 2. Decompression and cooling regimes of granulites and adjacent rocks of the Kaapvaal craton. Petrology. 1996. V.4. P.571-599.
41. Gerya T.V., Perchuk L.L. Equation of state of compressed gases for thermodynamic databases used in petrology. Petrology. 1997. V.5. P.366-380.
42. Gerya T.V., Perchuk L.L., Triboulet C., Audren C., Sez'ko A.I. Petrology of the Tumanshet zonal metamorphic complex, Eastern Sayan. Petrology. 1997. V.5. P.503-533.
43. Perchuk L.L., Gerya T.V., van Reenen D.D., Smit C.A. Cratonization: from greenstone belts to granulites. Terra abstracts (EUG 9). Abstract supplement No.1 to Terra Nova. 1997. V.9. P.362.
44. van Reenen D.D., Smit C.A., Perchuk L.L., Gerya T.V. Different types of shear zones associated with the exhumation of granulite belts. Terra abstracts (EUG 9). Abstract supplement No.1 to Terra Nova. 1997. V.9. P.364.
45. Safonov O.G., Perchuk L.L., Gerya T.V., Touret J.L.R. Generation of granitic rocks and deep crustal processes: perfect mobility of K, Na and Ca during patchy (arrested) charnockite formation, Kurunegala, Sri-Lanka. Terra abstracts (EUG 9). Abstract supplement No.1 to Terra Nova. 1997. V.9. P.454.
46. Perchuk L.L., Gerya T.V., van Reenen D.D. Mineral equilibria, PT-paths and dynamic of metamorphic complexes. Meeting "Mineral equilibria and databases" of the Mineral Equilibria Working Group of the International Mineralogical Association (IMA). Abstracts. Espoo. Finland. 1997. P.55-57.

47. Gerya T.V., Perchuk L.L. "GEOPATH" database: equation of state for individual gases. Meeting "Mineral equilibria and databases" of the Mineral Equilibria Working Group of the International Mineralogical Association (IMA). Abstracts. Espoo. Finland. 1997. P.30-32.
48. Gerya, T.V., Podlesskii, K.K., Kosyakova, N.A., Perchuk, L.L. A new equation of state for crystalline phases: application for mineralogical thermodynamic data bases. Meeting "Mineral equilibria and databases" of the Mineral Equilibria Working Group of the International Mineralogical Association (IMA). Abstracts. Espoo. Finland. 1997. P.29-30.
49. Gerya, T.V. Amphibole geothermobarometer: a new empirical calibration. Meeting "Mineral equilibria and databases" of the Mineral Equilibria Working Group of the International Mineralogical Association (IMA). Abstracts. Espoo. Finland. 1997. P.28.
50. Perchuk L.L., Gerya T.V., van Reenen D.D., Smit C.A. Mineral equilibria and dynamic of metamorphic complexes. Congress of the International Mineralogical Association (IMA). Toronto (Canada). Abstracts. 1998. P.98.
51. Perchuk L.L., Gerya T.V., van Reenen D.D., Smit C.A. Exhumation of lower Earth's crust in the Precambrian: petrological data and numerical modeling. In: "Evolution of the deep crust in the Central and Eastern Alps", International workshop and field excursion. Padova (Italy). Abstracts. 1998. P.60-61.
52. Gerya T.V., Perchuk L.L., Podlesskii K.K., Swamy V., Kosyakova N.A. Equations of state of minerals for thermodynamic databases used in petrology. Petrology. 1998. V.6. P.511-526.
53. Gerya T.V., Perchuk L.L. "GEOPATH" database: equation of state for individual gases. Geosciences. 1998. V.7. No 1.
54. Perchuk L.L., Gerya T.V. PT-paths as a mirror of dynamics of granulite complexes. Geosciences, 1998. V.7, No 1.
55. Perchuk L.L., Gerya T.V. Gravitational redistribution of rocks in the Precambrian Earth's crust as alternative to a collisional model. The international symposium on new concepts in global tectonics. Tsukuba. Japan. 1998. Abstracts..
56. Gerya T.V., Perchuk L.L., Van Reenen D.D., Smit C.A. Two-dimensional numerical modeling of pressure-temperature-time paths for the exhumation of some granulite facies teerrains in the Precambrian. J. Geodynamics. 1999. V.29. No1-2.
57. Perchuk L.L., Gerya T.V., Van Reenen D.D., Smit C.A., Krotov A.V. P-T paths and tectonic evolution derived from petrology of schistose rocks of shear zones separating high-grade terrains from cratons: examples from Kola Peninsula (Russia) and Limpopo region (South Africa). Mineralogy and Petrology. 1999. (in press)
58. Perchuk L.L., Gerya T.V., van Reenen D.D., Krotov A.V., Safonov O.G., Smit C. A., Shur M.Yu. Comparable petrology and metamorphic evolution of the Limpopo (South Africa) and Lapland (Fennoscandia) high-grade terrains. Mineralogy and Petrology. 1999. (in press)
59. Perchuk L. L., Krotov A.V., Gerya T.V. Petrology of amphibolites of the Tanaelv Belt and granulites of the Lapland complex. Petrology. 1999. V.7. P.539-563.
60. Smit C.A., Van Reenen D.D., Gerya T.V., Varlamov D.A., Fed'kin A.V. Structural-metamorphic evolution of the Southern Yenisey Range of Eastern Siberia: Implications for the emplacement of the Kanskiy granulite Complex. Mineralogy and Petrology. 1999. (in press)
61. Perchuk L.L., Gerya T.V., Krotov A.V., van Reenen D.D., Safonov O.G., Smit C.A. Synchronous dynamics of the Precambrian granulite facies terrains and adjacent cratons. In: Early Precambrian: genesis and evolution of the continental crust. International Conference. Abstracts. Moscow. 1999. P.132-134.
62. Perchuk L.L., Safonov O.G., Gerya T.V., Yapaskurt V.O. Alkali activity in a fluid and transformation of the Precambrian crust. In: Early Precambrian: genesis and evolution of the continental crust. International Conference. Abstracts. Moscow. 1999. P.135-137.
63. L.L.Perchuk, T.V.Gerya. Metamorphism and dinamics of the Precambrian continental crust. In: Physico-chemical aspects of endogenic geological processes. Interanational Symposium. Abstracts. Moscow. 1999. P.159-161.