Петрология и геохимия океанических и альпинотипных шпинелевых перидотитов в связи с проблемой эволюции мантийного вещества

Температуры закрытия обменных реакций, свойственные определенной части офиолитовых перидотитов (с разницей между двупироксеновой и оливин-шпинелевой температурами менее 100^оС), не реализуются в моделях, принимающих непрерывное остывание перидотитов после отделения от них расплава.

Возможной обстановкой, в которой достигалось сближение температур закрытия обменных реакций, является остывание перидотитов на некотором глубинном уровне при постоянной температуре вмещающих пород T_q. При допущении исключительно кондуктивного остывания перидотитов его интенсивность будет определяться формой нагретого тела, его размером и T_q. В работе использована зависимость, описывающая изменение температуры по мере остывания горячей пластины (Jaeger, 1968). Скорость остывания различна для областей внутри горячего тела и вблизи его края. В приконтактовой области температура закрытия оливин-шпинелевой обменной реакции в перидотитах довольно быстро достигает значений, соответствующих температуре вмещающих пород, тогда как температура закрытия двупироксеновой реакции понижается значительно медленнее и лишь в центральных частях перидотитового тела. При этом существенное (до 100-110^о) понижение разности температур закрытия обменных реакций, индикаторное для данной обстановки остывания перидотитов, будет отмечаться на расстоянии более чем 0.2 км от контакта при внедрении на уровне 870^оС, более чем 0.4 км от контакта - на уровне 820^оС, более чем 0.8 км от контакта - на уровне 770^оС, более чем 1.6 км от контакта - на уровне 730^оС, более чем 3.2 км от контакта - на уровне 690^оС (рис.14).

Рис.14. Расчетные температуры закрытия обменных реакций в шпинелевых перидотитах по модели остывания горячей (1250оС) пластины, внедренной в холодные вмещающие породы. Пунктирные линии маркируют вариации температур, соответствующие центральной части пластины различной мощности (0.4-6.4 км) (или вдвое меньшему расстоянию от контакта) при разных начальных температурах вмещающих пород. Вертикальные штриховые линии градуируют время (0.01-30 млн.лет), необходимое для достижения породой соответствующих температур закрытия двупироксеновой обменной реакции.

Рис.15. Распределение температур закрытия обменных реакций в перидотитах, претерпевших повторное нагревание вследствие просачивания глубинного расплава (с температурой 1250oC) (Базылев, Силантьев, 2000б). Для перидотитов исходные температуры закрытия двупироксеновой обменной реакции 950oC, оливин-шпинелевой обменной реакции 820oC. 1 - внешняя зона, где Tpp не претерпела изменения вследствие локального прогрева; 2 - промежуточная зона с пониженной разностью конечных температур закрытия обменных реакций Tpp-Tos<100oC; 3 - внутренняя зона, в центральной части которой может отмечаться плавление пород или признаки их взаимодействия с расплавом. Tr - максимальная температура пород в ходе нагревания. Вариант рассчета для времени просачивания расплава 75 тыс. лет и исходной температуры вмещающих пород 800oC.

Повторное нагревание перидотитов до солидусной или высокой субсолидусной температуры также может приводить к появлению пород с низкой (менее 100^оС) разницей между температурами закрытия двупироксеновой и оливин-шпинелевой обменных реакций. Такое нагревание может происходить вдоль путей миграции расплавов. При допущении только латерального кондуктивного теплопереноса изменение температуры перидотитов в пространстве и времени как во время протекания расплава, так и после его прекращения, определяется главным образом начальной температурой вмещающих пород и продолжительностью этапа протекания расплава (Jaeger, 1968). Согласно расчетам, в перидотитах, испытавших просачивание расплава, с удалением от канала могут сформироваться три зоны, различающиеся по величинам температур закрытия обменных реакций. Пример подобной зональности представлен на рис.15.

Выведение на поверхность перидотитов с рассмотренной термальный историей требует анализа возможных механизмов и влияния этих механизмов на температуры закрытия обменных реакций в перидотитах. Основным механизмом, по-видимому, является тектоническая ремобилизация, в результате которой тело перидотитов претерпевает воздымание с некоторой скоростью, а его остывание происходит за счет латерального кондуктивного теплообмена с вышележащими более холодными породами. В работе использованы модели остывания пластины и изометричного тела (Jaeger, 1968) с учетом уменьшения температуры вмещающих пород в соответствии с геотермическим градиентом. Согласно результатам расчетов, ремобилизация оказывают влияние на величину закрытия исследованных обменных реакций лишь при температуре уровня изотермического переуравновешивания перидотитов выше 650^оС, и это влияние тем интенсивней, чем выше температура этого уровня и чем меньше скорость ремобилизации. С увеличением расстояния от контакта ремобилизированного блока температура закрытия оливин - шпинелевой обменной реакции резко понижается, а температура закрытия двупироксеновой обменной реакции не понижается, пока разница между ними не достигнет 120-200^оС (Рис.16).

Максимальная температура закрытия оливин-шпинелевой обменной реакции в случае остывания перидотитов вследствие денудации оценивается как примерно 750^оС. При ремобилизации тела в форме пластины со скоростью 0.5 см/год T_os в любой его части, независимо от мощности пластины и исходной температуры, будет ниже 760^оС; при скорости 5 см/год - ниже 850^оС. Наиболее высокие температуры закрытия оливин-шпинелевой обменной реакции могут отвечать быстрому (10 см/год) подъему изометричного блока. Высокие температуры закрытия оливин-шпинелевой реакции в лерцолитах Тамватнейского массива (Дмитренко и др., 1990) в рамках данной модели объяснимы лишь с привлечением механизма гидротермально-конвективного теплопереноса в процессе ремобилизации перидотитовых тел. Из сопоставления результатов расчетов с реальными размерами блоков и массивов альпинотипных перидотитов можно заключить, что ремобилизация перидотитовых тел происходит, как правило, с довольно высокой скоростью подъема (порядка 5 см/год).

Рис.16. Расчетные температуры закрытия обменных реакций в шпинелевых перидотитах при воздымании с постоянной скоростью тела, термически уравновешенного с вмещающими породами при их различной температуре (Базылев, Силантьев, 2000б). Сплошные линии маркируют температуры закрытия обменных реакций в перидотитах на различном расстоянии от тектонического контакта для различных начальных температур ремобилизации (750-900 oС). Вариант расчета для пластины при скорости подъема 5 см/год и геотермическом градиенте 30 град/км.

Критерии для определения механизма остывания альпинотипных шпинелевых перидотитов. Рассмотрена информативность характера изменения температур закрытия обменных реакций и степени деплетированности перидотитов с удалением от контакта, а также наличие "горячего" экзоконтакта перидотитовых тел. Двухстадийный механизм остывания перидотитов (и разобщенность магматического и метаморфического этапов эволюции пород) допускается для следующих случаев:

Рассмотренные в данной главе случаи являются индикаторами отделения расплавов и перекристаллизации перидотитов в неспрединговых обстановках, поскольку в литосфере океанического типа остывание перидотитов происходит непрерывно на любом уровне и на любом удалении от оси спрединга. Первая обстановка соответствует внутриплитной: высокотемпературный изотермический этап объясняется достаточно длительным нахождением перидотитов после отделения от них расплава на постоянном уровне в основании утонченной континентальной литосферы, еще не утратившей своей целостности (Bonatti, Seyler, 1987). Вторая обстановка, возможно, соответствует островодужной: последний магматический этап был связан с плавлением перидотитов (или взаимодействием с расплавом) над областью магмогенерации, в локальных зонах просачивания расплавов. Постоянная температура вмещающих пород в течение взаимодействия с расплавами свидетельствует об отсутствии воздымания пород. Это может быть связано с таким этапом надсубдукционного магматизма, когда его ведущим фактором является не декомпрессионное плавление, а флюидная проработка вещества мантийного клина.