Петрология и минеральная хронометрия коровых эклогитов

Глава 5. Эклогиты района горы Сулу-тюбе, Кокчетавский массив, Казахстан

Кокчетавский срединный массив - уникальное геологическое образование, в недрах которого обнаружены промышленные концентрации микроалмаза. Наряду с другими ультравысокобарными минералами (например, коэситом, К-пироксеном, глиноземистыми рутилом и сфеном) алмаз здесь находится преимущественно в виде включений в гранатах разнообразных метаморфических пород, обладающих весьма необычными структурными и композиционными характеристиками (Шацкий, Соболев, 1989; Sobolev, Shatsky, 1990; Шуколюков и др., 1993; Л. Перчук и др., 1995; Dobretsov et al., 1995; Shatsky et al., 1999). Все метаморфические породы Кокчетавского массива находятся в единой зоне мега-меланжа (Dobretsov et al., 1995).

В главе приводятся результаты детального петрологического исследования будинированных тел эклогитов из подножья горы Сулу-Тюбе в районе картирования силикатного меланжа (Рис. 5.1). В гранатах из этих пород обнаружена весьма необычная ростовая зональность. Анализируются причины ее формирования и сохранения в поле высоких температур и давлений. Результатом исследований стали прямые оценки скоростей подъема и охлаждения эклогитов в Кокчетавском метаморфическом комплексе (Перчук и др. 1992).

Эклогиты обладают высокобарным парагенезисом Grt+Omph+Qtz+Czo +Rut, существенно преобразованным в ходе регрессивной стадии за счет реакций симплектито- и келифито- образования.

Для порфиробластов граната характерна концентрическая ростовая зональность. При этом центральная часть (ядро) каждого зерна выполнена идиоморфным (!) гранатом ранней генерации (рис. 5.2). Резкий переход между ядром и каймой создается изменением содержаний гроссуляра (Ca-минал) и альмандина (Fe-минал) (рис. 5.3). Зоны роста граната содержат разные минеральные включения: в ядре преобладают Czo+Cc+Pl, а в кайме - Am+Czo+Qtz. О том, что протолитом эклогита был эпидот-гранатовый амфиболит можно судить по включениям в кайме. С ними, вероятно, сосуществовал идиоморфный гранат, ныне слагающий ядра порфиробластов (рис.5.2). Составы минералов Ep-Grt амфиболита вынесены на треугольную диаграмму АС[FM] (рис.5.4). Тамже показаны проекции составов главных породообразующих минералов эклогита - граната (кайма) и омфацита. Диаграмма показывает, что составы центральной части граната (Grt₁) располагаются справа от поля амфибола, в то время

как составы каймы (Grt₂) - слева. При таком размещении минералов на диаграмме коноды - линии, соединяющие равновесные составы эклогитового граната и омфацита, пересекаются только с конодами Am-Czo. Это означает (Кориковский, 1979), что образование высокобарного граната с омфацитом происходило исключительно за счет взаимодействия клиноцоизита с амфиболом. Следовательно, процесс эклогитизации амфиболита описывается реакцией дегидратации: Amp+ Czo

Grt_Ca-Mg+ Omp + H₂O. Эта реакция маркирует переход от эпидот-амфиболитовой фации метаморфизма к эклогитовой, но также объясняет появление высокоградиентного участка между ядром и каймой граната: старый идиоморфный гранат (обогащенный Fe) в реакции не участвовал, и потому новый (обогащенный Ca) гранат просто нарастал на уже сформированный кристалл, не изменяя его состав и сохраняя идиоморфные очертания. Таким образом, переход между ядром и каймой граната был изначально скачкообразным. Соответственно высокоградиентный участок на микрозондовом профиле (рис.5.3) отражает частичную гомогенизацию граната на регрессивной стадии метаморфизма.

Для определения температуры пика метаморфизма эклогита использовались составы сосуществующих граната и омфацита. Температура рассчитывалась по Grt-Cpx геотермометру (Krogh, 2000) и составляет 620 50^оС. Значение минимального давления (13 кбар) устанавливалось с помощью Сpx-Pl-Qtz геобарометра (ур-е 1.8).

Регрессивный метаморфизм в эклогитах проявлен в виде смещенных реакций симплектитообразования и роста келифитового амфибола. Образованные на этой стадии Cpx-Pl симплектиты являются потенциальным геобарометром. Температура (500 ^оС) устанавливалась по вмещающим андалузит-содержащим Grt-Bt и Bt-Mu гнейсам и сланцам (Dobrzhinetskaya et al, 1994). Значение давления при этой температуре составляет 4 кбар.

Общая картина эволюции термодинамических параметров метаморфизма представлена в виде прогрессивного и регрессивного трендов на Р-Т диаграмме. Прогрессивная ветвь тренда отражает переход от эпидот-амфиболитовой к эклогитовой фации. На границе фаций происходила смена минерального парагенезиса с образованием высокоградиентной зоны между ядром и каймой граната (рис.5.2-5.3). Минеральными равновесиями фиксируется подъем эклогитов, протяженностью около 30 км. Значительная его часть протекала в условиях эпидот-амфиболитовой фации при снижении температуры и давления до 500^оС и 4 кбар, соответственно.

Относительно большие размеры кристалла и идиоморфизм исходного граната, выполняющего ядро, позволяют пренебречь влиянием кривизны поверхности. Соответственно для описания частичной гомогенизации использовалось уравнение для полубесконечной диффузионной пары (1.15). Характер зональности позволяет рассмотреть искомую задачу в отношении кальциевости граната #Ca= Ca/(Са+Fe²⁺) (%). Кайма граната препятствует проникновению в интересующую нас высокоградиентную зону изоморфных компонентов извне, т.е. можно полагать, что массообмен с окружающей средой отсутствует. Решение одномерной диффузионной задачи показало, что декомпрессия породы до остановки минерального хронометра (620 550^o C) продолжалась около 1.0 млн. лет, что соответствует высоким скоростям подъема и охлаждения - около 2 см/год и 70^o /млн. лет, соответственно.