Глава 5. Происхождение гранат-калишпат-клинопироксеновых пород с реликтами калийсодержащего пироксена Кокчетавского комплекса

Гигантозернистые гранат-калишпат-клинопироксеновые породы с реликтами K-Cpx образовались, как показано в предыдущей главе, на одной из самых ранних стадий становления Кокчетавского комплекса вместе с алмазоносными карбонатно-силикатными породами и магматическими эклогитами. Поэтому выяснение генезиса гранат-калишпат-клинопироксеновых пород представляет особый интерес.

По структурным особенностям выделяются две группы пироксенов. Группа 1 (Cpx₁) встречается в виде микро-включений в гранате. Самые крупные кристаллы Cpx₁ имеют правильную форму и достигают 200 мкм в поперечнике. Нередко Cpx₁ встречается в ассоциации с богатым алюминием сфеном (до 6 мас.% Al₂O₃). Вторая группа клинопироксенов представлена крупными (до 2 см) кристаллами матрикса (Cpx₂). Их внутренние части содержат вростки микронных хорошо выраженных кристаллов Kfs, в то время, как внешние части зерен свободны от них. Гранат в качестве включений в Cpx₂ не встречается.

Основной особенностью микровключений Cpx₁ в гранате является вхождение в их состав не более 1.2 мас.% Al₂O₃ и до 1.05 мас.% К₂О. Отчетливые отрицательная корреляция K с Ca и положительная - с Al указывают на вхождение калия в состав Cpx₁ в виде жадеитоподобного минала KAlSi₂O₆. Изоморфное замещение KAlSi₂O₆ -Ca(Fe,Mg)Si₂O₆ хорошо известно в природе (Meyer & Boyd, 1974) и установлено экспериментально (Shimizu, 1974; Ryabchickov & Ganeev, 1990) при исследованиях высокобарных клинопироксенов.

Рис.4

На рис. 4а нанесены данные нескольких топохимических профилей через включения Cpx₁, приведенные к 200 мкм. Видна простая зональность кристаллов по К и очень сложная - для магнезиальности. Закономерное снижение содержания калия в краевых частях зерен не сопровождается появлением какого-либо калийсодержащего минерала как в самом Cpx₁, так и вокруг него. Поэтому гетерогенность Cpx₁ по калию отражает ростовую зональность зерен и, следовательно, предполагает их формирование до кристаллизации граната. Так как вхождение калия в структуру клинопироксена является функцией давления (Shimizu, 1974), образование краевых зон кристаллов Cpx₁ происходило в условиях его понижения. На этой стадии в породе появлялся гранат, захватывавший сформировавшиеся кристаллы, консервируя их.

Зональность кристаллов Cpx₁ по N_Mg (рис. 4а) практически симметричная, с двумя минимумами, которые в плане окаймляют центры кристаллов, образуя непрерывную зону пониженной магнезиальности.

Теперь обратимся к рассмотрению крупных зерен Cpx₂. Наличие в их центральных частях вростков ортоклаза (Ab₂Or₉₈) может быть интерпретировано как результат распада калийсодержащего клинопироксена (Шацкий, 1990) в присутствии кремнезема. Значит Cpx₂ изначально обладал такой же ростовой зональностью по калию, как и Cpx₁. Мы проанализировали расфокусированным электронным пучком (площадь ~100 мкм²) одно из зерен Cpx₂ вдоль нескольких пересекающихся профилей. Результирующий профиль, приведенный к среднему размеру зерна 1.5 мм, показан на рис. 4б. Сопоставляя рис. 4а и 4б, видим, что зональности по магнезиальности и калию зерен Cpx₁ и Cpx₂ абсолютно идентичны. Это означает, что они формировались одновременно в одинаковых условиях. Распад калийсодержащего клинопироксена с выделением ортоклазовых вростков в ядрах Cpx₂ происходил после появления граната и захвата им кристаллов Cpx₁.

Рис. 5

Описанная ростовая зональность пироксенов, сосуществующих с почти незональным гранатом, а также своеобразные "эвтектические" структуры, наблюдаемые в виде интерстициальных сростков граната, салита и ортоклаза, могли возникнуть путем кристаллизации из расплава. Последовательность событий в этом случае выглядит так:

1. Кристаллизация K-Cpx₁ как ликвидусной фазы в условиях постоянного (неизменяющееся содержание К в ядрах зерен) давления не ниже 60 кбар (Shimizu, 1974; Ryabchickov & Ganeev, 1990). В процессе кристаллизации закономерно снижается магнезиальность пироксена.

2. Кристаллизация Fe-Ca граната, приводящая к обеднению расплава железом и возрастанию магнезиальности кристаллизующегося пироксена.

3. Понижение давления и перетектическая реакция K-Cpx+n[SiO₂]_melt? Cpx + KAlSi₃O₈. Внешние зоны кристаллов пироксена лишаются калия.

4. Захват и консервация гранатом в виде включений мелких зональных кристаллов Cpx₁. Температура этого этапа оценена в 1000-1200^oС (Ellis & Green, 1979)

5. Перитектическая реакция K-Cpx с образованием Срх₂ и ламеллей в нем Кfs.

6. Совместная (эвтектическая) кристаллизация Срх₂+Grt+Kfs в коровых условиях при температурах около 900- 1000^oС.

7. Наложение метаморфических изменений амфиболито-вой фации. Частичное замещение граната и пироксена амфиболом, эпидотом и хлоритом.

Схематическая PT-X диаграмма рис. 5 отражает кристаллизацию породы при снижении Т и Р.

Пространственная связь между изученными гранат-калишпат-клинопироксеновыми породами с K-Cpx и алмазоносными карбонатно-силикатными породами, в которых также обнаружены реликты K-Cpx и Cpx с вростками Kfs (Sobolev, Shatsky, 1990), дает возможность предположить их генетическую связь. Тем более, что характер зональности минералов в карбонатно-силикатных породах практически такой же (Вавилов, 1995). Не исключено, что обе породы с реликтами ультравысокобарных минералов являются продуктами кристаллизации дифференциатов единого расплава карбонатно-силикатного состава, зародившегося на мантийных глубинах.

В Дабешаньском комплексе, являющемся, как было показано выше, аналогом Кокчетавского по истории и термодинамическим условиям своего развития, алмазы, коэсит и арагонит также приурочены к карбонатно-силикатным породам. Однако эти породы претерпели более интенсивные изменения в условиях инверсионного метаморфизма, и найти в них свидетельства дометаморфической истории пока не удается.

Таким образом, гранат-калишпат-клинопироксеновые породы с реликтами K-Cpx, распространенные в пределах месторождения Кумдыкуль, образовались путем перитектической кристаллизации магматического расплава при его подъеме с мантийных глубин (P>60 кбар, T>1200^oC).