Петрология полиметаморфических гранулитов центральной зоны комплекса Лимпопо, Южная Африка

Глава IV. Интерпретация Р-Т трендов, выведенных для гранулитов комплекса Лимпопо.

IV.1. Обзор существующих моделей формирования и эксгумации гранулитиовых комплексов

В основе большинства известных гипотез лежит представление о внешних по отношению к земной коре движущих силах. К числу этих гипотез относятся (i) континентальная коллизия, (ii) растяжение земной коры, (iii) массовое внедрение магм мантийного происхождения в нижнюю часть коры (magmatic underpalting), (iv) отделение холодной мантийной литосферы (crustal delamination), (v) тектонический подъем блоков земной коры и (vi) эрозия. Долгое время они оставались наиболее популярными геодинамическими гипотезами генезиса и эксгумации гранулитовых комплексов (например, England, Thompson, 1984; Harley, 1989; Thompson, 1990; Spear, 1993; Henry et al., 1997). В общем случае подъем гранулитовых комплексов к поверхности - <эксгумацию> - (England et al., 1984) эти гипотезы связывают с коллизионными или субдукционными процессами. Однако такие представления наталкиваются как минимум на две общеизвестные проблемы: 1) отсутствие осадков, которые должны накопиться в результате частичной эрозии гранулитовых комплексов и 2) отсутствие их ультравысокобарных аналогов (P > 15 кбар).

IV.1.1. Модель гравитационного переаспределения

Согласно модели гравитационного перераспределения (Перчук, 1993; Perchuk, 1989), докембрийская континентальная кора, сложенная в основном гранит-зеленокаменнами областями и гранулитовыми комплексами, сформировалась как продукт систематического гравитационного упорядочения слоистых вулканогенно-осадочных комплексов под воздействием мантийных флюидно-тепловых потоков (<плюмов>). Это заключение следует из всестороннего геолого-петрологического и геохимического тестирования модели гравитационного перераспределения. Численный тест показал (Gerya et al., 2004), что всплывание гранулитовых комплексов среди зеленокаменных областей под воздействием мантийных флюидно-тепловых потоков - единственный из возможных механизмов, который находит взаимосогласованные решения при анализе докембрийских объектов (Перчук, 2004). Процесс гравитационного перераспределения ведет к значительным неоднородностям теплового поля, как в пространстве, так и во времени и характеризуется широкими вариациями Р-Т трендов гранулитов, отражающих траектории их остывания и движения к поверхности. Как следствие, контрастные ID и DC тренды могут быть характерны для разных частей одного и того же комплекса. Однако проблему, типичного для таких комплексов высокотемпературного полиметаморфизма, эта модель не решала.

IV.1.2. Высокотемпературный полиметаморфизм и зоны пластических деформаций

В недавней работе (Перчук, 2005) показано, что конфигурация Р-Т тренда в интеграции с изотопной геохронологией позволяет решить не только задачу о природе полиметаморфизма, но и определить механизм эксгумации.

В главе <Петрография> показано, что микроширзоны присущи всем типам пород не только комплекса Лимпопо, но и для многих других гранулитовых комплексов мира. Эти микроширзоны, мощность которых составляет не более 200 микрон, сложены силлиманитом (Sil₃), кварцем и биотитом. Их взаимоотношение с недеформированными реакционными структурами остается неясным. Деформационно-метаморфический процесс D2/M2 начался 2.67 млрд. лет тому назад и продолжался более 100 млн. лет, в течение которых обширно проявился гранитный магматизм, захвативший всю площадь комплекса Лимпопо (Kröner et al., 1999). Обоснование этапа D3/М3, охватившего лишь Центральную Зону, приведено путем детальных структурных и геохронологических исследований вблизи г. Мусина (Hofmann et al., 1998; Kröner et al., 1998, 1999), где широко развиты зоны пластических деформаций, секущиеся недеформированными жилами гранитного состава. Похожие соотношения наблюдаются в плутоне Булаи (Watkeys, 1983). Нашими исследованиями полиметаморфических гранулитов из Центральной зоны комплекса Лимпопо доказано, что гранулиты деформационно-метаморфического этапа D2/М2 остыли в средней части коры ~ 2,65 млрд. лет тому назад (например, Kröner et al., 1999; Boshoff et al., 2004) и не были способны к дальнейшему переме щению в сторону поверхности из-за высокой вязкости. Однако при повторном нагреве, т.е. на этапе D3/M3, их вязкость вновь снизилась, и эксгумация продолжилась спустя 650 млн. лет (van Reenen et al., 2004; Boshoff et al., 2004). Это доказывается конфигурацией интегральных Р-Т трендов, выведенных для всех трех структур в ЦЗ, петрология которых является предметом нашей диссертации. Во всех случаях P_min для события D2/М2 приблизительно равно Р_mах для события D3/M3 при Т2 >> Т1, на Р-Т диаграмме наблюдается учас ток изобарического нагрева (Perchuk, 2005).