|
Конспект лекций, прочитанных в ГЕОХИ РАН в зимнем семестре 2003-2004 г.
Содержание
1. Метаморфические горные породы являются главным типом вещества кристаллической части земной коры; по данным А.Б.Ронова с соавторами (Ронов и др., 1990) на обнажающейся площади щитов континентов они составляют 51.5 %, на их долю приходится более половины массы континентальной коры, они должны быть основным типом вещества нижней части континентальной коры (гранулит-базитовой оболочки) и постоянно встречаются среди представителей пород базальтового слоя океанов, хотя для двух последних структурных компонентов земной коры реальная распространенность метаморфических пород пока остается не известной.
2. Для метаморфических пород верхней части континентальной коры, в общем, характерно стратифицированное строение, указывающее на то, что в главной своей массе они являются продуктом метаморфизма пород осадочной оболочки. Среди метаморфических пород преобладают гнейсы и кристаллические сланцы и достаточно широко распространены амфиболиты, которые, по-видимому, в основном образовались за счет изменения вулканических пород, входивших в структуры осадочной оболочки прошлого; удивительным фактом является низкая распространенность карбонатных пород в составе метаморфических толщ (см. лекцию 6 - проблема избытка аналогичных пород в составе неметаморфизованных осадочных пород фанерозоя).
3. Химический состав метаморфических пород хорошо сопоставляется с составом исходных для них пород; на различного рода химических диаграммах (см., например: Green, Poldervaart, 1958) поля точек метаморфических пород не выходят за пределы полей пород вулканогенно-осадочных. Эти данные являются основанием в качестве главного принципа поведения распространенных (породообразующих) химических элементов в процессе метаморфизма сформулировать положение об изохимическом характере преобразования горных пород при повышении температуры и давления в глубинных зонах земной коры. Этот принцип определенно не касается поведения так называемых летучих компонентов (H2O, CO2, S, Cl и др.); распространение его на поведение элементов, находящихся в малых концентрациях, не очевидно и остается в настоящее время неисследованной проблемой.
4. Очевидная подвижность летучих компонентов в ходе метаморфизма, их поведение как вполне подвижных компонентов по терминологии Д.С. Коржинского является основанием двух геохимически значимых положений: во-первых, процесс метаморфизма нужно считать протекающим в системе породы-флюид; во-вторых, есть основания пред-полагать, что, по крайней мере, для некоторых компонентов перераспределение и даже вынос на поверхность с метаморфогенным флюидом может иметь глобальное значение.
5. Масштабы перераспределения химических элементов в процессе метаморфизма в настоящее время остаются совершенно не изученными; можно только указать следующее. Во-первых, по отношению к главным нелетучим элементам метаморфизм происходит в закрытой системе без признаков значимого перераспределения; собственно, это положение входит в определение метаморфических процессов в отличие от метасоматических. Во-вторых, как отмечалось выше, вынос вполне подвижных летучих вносит заметный вклад в содержание этих элементов в метаморфических породах. В третьих, можно указать на признаки локального перераспределения некоторых второстепенных элементов (например, Cu) в ходе метаморфизма низких ступеней, но это перераспределение не сопровождается глобальным выносом или привносом в массы пород, подвергающихся метаморфизму (возможным исключением является Hg). В четвертых, систематически более низкие содержания U в глубоко метаморфизованных породах (гранулитовых комплексах), по-видимому, указывают на вынос этого элемента при высоких температурах метаморфического процесса (между прочим, данные о тепловом потоке и тепловом балансе континентальной коры требуют заметного понижения концентрации тепловыделяющих элементов в глубинных зонах континентальной коры по сравнению с их распро-страненностью в породах, обнажающихся на поверхности).
6. Данные по изотопному составу кислорода метаморфических пород в сопоставлении с изотопным составом этого элемента в породах осадочных приводят к выводу о значимом температурно зависимом температурно-зависимом перераспределении изотопов кислорода в ходе метаморфизма между твердым фазами и неким внешним по отношению к породам резервуаром, который не может быть ничем иным, как только резервуаром подвижной кислородсодержащей (водной в своей основе) фазой. Из этих данных вытекает важнейшее ограничение на соотношение масс пород и флюидной фазы при метаморфизме - оно должно быть существенно сдвинуто в пользу флюида. Такое заключение является парадоксальным: нет никаких иных, геологических в том числе признаков вовлечения в процесс метаморфизма столь огромных масс подвижной фазы.
7. Фундаментальным преобразованием пород в ходе метаморфизма является их пе-рекристаллизация и формирование минеральных парагенезисов и составов сосуществующих (парагенных) минералов в зависимости от условий метаморфизма (T, P, химических потенциалов вполне подвижных компонентов). Закономерности изменения минеральных ассоциаций явились основанием концепции минеральных фаций метаморфических пород, впервые выдвинутой П. Эсколя в 1921 г. и расширенной Д.С. Коржинским. К настоящему времени накоплен огромный систематический материал эмпирических данных о минералогии метаморфических пород и экспериментальных данных о термодинамике минеральных равновесий, который позволил разработать систему геотермометров, геобарометров и критериев оценки активности Н2О, СО2, Cl, F, O2 и на этой основе привязать систему минеральных фаций к шкалам значений соответствующих термодинамических параметров (снова надо подчеркнуть, что соответствующая идеология исходит из принципа закрытости системы метаморфизма для нелетучих компонентов пород).
8. В качестве основных принципов физико-химической динамики поведения химических элементов в процессе метаморфизма можно сформулировать следующие положения. Во-первых, практическая закрытость системы метаморфизма по отношению к породообразующим элементам и низкая их растворимость во флюидной фазе свидетельствует о невысоком отношении массы флюида к массе горных пород в ходе обычного метаморфизма (как в таком случае решать проблему баланса изотопов кислорода, остается полностью не ясным); появление условий, способствующих движению флюида в локальной обстановке, ведет к смене процесса метаморфизма процессом, который надо уже относить к метасоматическому. Во-вторых, геологически естественным ограничением метаморфизма при высоких температурах является начало плавления пород, которое приводит к формированию, главным образом, гранитных систем. Такой процесс требует существенного массообмена между остаточными твердыми фазами и возникающими расплавами (область мигматизации) и, что является критическим для собственно метаморфизма явлением, создает условия для перераспределения в пространстве гранитоидного и остаточного материала. То, что такое перераспределение имеет глобальное значение, свидетельствует геологическая структура земной коры в областях широкого распространения гранитоидов и значительно более кислый по сравнению со средним составом коры химический состав верхней части континентальной коры, в строении которой гранитоиды занимают принципиальную позицию, являясь типоморфным ее веществом.
9. Вопрос о метаморфической дифференциации вещества земной коры, и в частности, формирования метаморфогенных рудных месторождений, остается открытым.
1. Разработка системы кларков всех химических элементов в метаморфических породах в зависимости от степени метаморфизма.
2. Необходимо найти идею, на основе которой можно было бы, наконец, ответить на вопрос о причине низкой распространенности карбонатных пород в метаморфических комплексах докембрия в сопоставлении с избыточным их количеством в составе осадочной оболочки фанерозоя.
3. Дальнейшее накопление экспериментальных данных, необходимых для разработки системы термодинамических параметров, определяющих состояние многокомпонентных систем при составах и условиях, отвечающих природным, и на этой основе создание серии компьютерных моделей термодинамики метаморфических систем.
4. Формирование систематической базы экспериментальных данных в области кинетики реакций перекристаллизации, геохимически значимого взаимодействия минералов с флюидными системами и обоснование количественных представлений о вкладе механизмов реакций в эмпирически наблюдаемую геохимическую структуру метаморфических толщ и оценки кинетических ограничений достижения термодинамического равновесия.
5. Создание модели физико-химической динамики перераспределения химических элементов в процессах метаморфизма и количественная оценка граничных условий, препятствующих или способствующих массопереносу, и на этой базе постановка вопроса о масштабах и роли метаморфической дифференциации в геохимической структуре земной коры и возможности формирования метаморфогенных рудных месторождений.
6. Накопление геохимических и изотопных данных, необходимых для оценки химического состава метаморфогенных флюидов и соотношения масс флюидов и пород; в частности, совершенно открытым остается вопрос о роли глубинных (мантийных) флюидов в процессах метаморфизма.
<<Назад Содержание Вперед>>
|
