Петрология и минеральная хронометрия коровых эклогитов

В диссертационной работе на примерах эклогитов, сформированных в разных геодинамических ситуациях, различающихся по Р-Т-t трендам метаморфизма и типам гетерогенности гранатов, демонстрируются новые эффективные пути использования минеральной хронометрии.

Установленные в ходе исследований исключительно высокие скорости изменения температуры и давления в ходе метаморфической эволюции эклогитовых комплексов существенным образом изменяют представления о динамике глубинных процессов в зонах конвергенции плит. В связи с этим отмечается интересная прямая корреляция между скоростями эксгумации высокобарных пород и годом публикации. Это, прежде

всего, обусловлено увеличением прецизионности и локальности методов изотопного датирования: в результате скорости подъема, полученные с помощью геохронологических данных, заметно приблизились к оценкам, полученным с помощью минеральной хронометрии.

Результаты моделирования эксгумации высокобарных пород показывают, что выявленная тенденция может сохраниться и в дальнейшем, поскольку скорости подъема эклогитов могут существенно превышать скорости конвергенции (Добрецов, Кирдяшкин, 1992; Добрецов, 2000; Gerya, Stoeckhert, 2002; Gerya, Yuen, 2003). Изложенные в диссертационной работе материалы служат хорошим заделом для новых исследований. Некоторые из них представлены ниже.

Неоднозначность (а порой противоречивость) данных по коэффициентам диффузии двухвалентных катионов в гранате, существенным образом влияющая на оценки скоростей изменения Р-Т параметров метаморфизма, побудила нас начать серию экспериментов в этой области. Эксперименты проводятся по двум нижеизложенным оригинальным методикам (Perchuk et al, 2003 a,b; Vielzief et al, 2003).

Кристаллы в порошке. В порошок пиропа (Mg гранат) помещаются кристаллы гроссуляра (Ca гранат), альмандина (Fe гранат) и спессартина (Mn гранат). Ампула с исходными веществами удерживается при высоких температурах и давлениях в установке цилиндр-поршень. Данный метод позволяет исследовать несколько диффузионных пар одновременно - при одинаковых температуре, давлении и фугитивности кислорода.

Эксперименты, выполненные на установке цилиндр-поршень, позволили получить предварительные данные по коэффициентам самодиффузии Fe, Mg и Mn в уравнении Аррениуса (1.6) при давлении 27 кбар в температурном диапазоне 1150-1400^oC [м²/сек]:

Mg: D^o=(13 1.8)*10^-8 м²/сек, E=289.3 4.4 кДж/моль;

Fe: D^o=(4.5 2.7)*10^-8 м²/сек, E=286.0 5.2 кДж/моль;

Mn: D^o=(1.3 0.2)*10^-8 м²/сек, E=266.6 6.0 кДж/моль.

Экстраполяция этих данных в область Р-Т условий высокобарного метаморфизма показывает, что скорости изменения Р-Т параметров при высокобарном метаморфизме, приведенные в диссертационной работе, могут возрасти.

Эксперименты с наращиванием каймы. В данной серии экспериментов сферические кристаллы природного граната помещались в порошок, состоящий из клинопироксена и граната иного состава. Во время опытов вокруг "шариков" граната формируется гомогенная кайма нового граната и на границе ядро-кайма генерируется диффузионный профиль. Данный метод позволяет изучать взаимодиффузию катионов с участием Са - элемента, создающего наибольшие трудности при изучении диффузии двухвалентных катионов в гранате (Ganguly et al 1998). Уже выполнено несколько экспериментов при 13 кбар в диапазоне температуры 1100-1250^оС (Vielzeuf et al., 2003). Установлено, что коэффициент взаимодиффузии Ca (Fe,Mg) в гранате, предлагаемый в работе Freer, Edwards (1997) завышен на несколько (!) порядков. Генерируемые в наших экспериментах диффузионные профили оказались слишком короткими (менее микрона) для изучения на микрозонде (возникает конволюционный эффект). Поэтому в настоящее время проводятся очень трудоемкие измерения с помощью трансмиссионного электронного микроскопа (TEM).

В навески некоторых опытов, проводимых по методу "кристалл в порошке", в ампулы добавлялись идиоморфные кристаллы граната из эклогита Юкона, Канада. Химическая неоднородность этих пойкилитовых идиобластов обсуждалась в 3-й главе диссертации. В продуктах высотемпературных опытов (1150 и 1300^оС и 27 кбар) обнаружены пакеты базальтового расплава и необычные пятнисто-блоковые микроструктуры со стрингерами (Рис.7.1, Perchuk et al., 2003). Образование этих

микроструктур связано с частичным плавлением граната за счет включений водосодержащих минералов. Плавление происходит с увеличением объема и потому в кристалле должны возрастать напряжения. Если механическая прочность граната окажется недостаточной, новообразованный расплав просто разорвет кристалл. Например, расчет внутреннего давления во включении с использованием эластичной модели (Gillet et al., 1984) показывает, что 5% увеличение объема включения (плавление) должно привести к возникновению очага сверхдавленея до 15 кбар, а при 10% увеличении объема - до 25 кбар (Perchuk et al. Geology, submitted). Разрушение граната в эклогитовом слое может сказаться на реологических свойствах породы и привести к выделению в сухую породу водосодержащего базальтового расплава.

Р-Т условия образования многих высокобарных комплексов складчатых областей находятся в пределах ~650-1000^oC, т.е. попадают в область водного плавления пород основного состава (рис. 7.2). Тем не менее, структурные и текстурные признаки анатектического плавления, типа хорошо известных мигматитов в гнейсах и амфиболитах, в (ультра-)высокобарных породах обычно отсутствуют. Не исключено, что продукты анатектического плавления подвергаются перекристаллизации на более поздних этапах метаморфизма. Пятнистые микростуктуры, обнаруженные в ходе наших экспериментов, могут стать важным диагностическим признаком этого процесса. Например, очень похожие микроструктуры были описаны в алмазоносных карбонат-силикатных породах Кокчетавского массива (Schertl et al., 2003), а также обнаружены нами в эклогитах комплекса Вестерн Гнейс Риджн, Норвегия (рис. 7.3).