Тезисы научной конференции
ЛОМОНОСОВСКИЕ ЧТЕНИЯ,

апрель 2007 года
СЕКЦИЯ ГЕОЛОГИИ

содержание

Преобразования минеральных включений при высокобарном метаморфизме: экспериментальная иллюстрация природных процессов

Перчук А.Л. (ИГЕМ РАН, ИЭМ РАН), Давыдова В.В. (магистрант геол. ф-т МГУ), Япаскурт В.О. (ст.н.с. геол. ф-т МГУ)

Изучение реликтовых минеральных включений, находящихся в механически прочных и устойчивых в широком диапазоне Р-Т условий минералах как гранат часто используется в петрологии для реконструкции физико-химических и динамических условий эволюции метаморфических комплексов. Известно, что минеральные включения в условиях закрытой системы могут преобразовываться, реагируя на меняющиеся Р-Т условия метаморфизма. Обратим внимание, что сведения о преобразовании включений в метаморфическом процессе носят преимущественно эмпирический характер и, как правило, рассматриваются в рамках  твердофазовых превращений. Эксперименты, проведенные нами при Р-Т параметрах, соответствующих субдукционным/коллизионным обстановкам, демонстрируют, что характер превращений может контролироваться не твердофазовыми, а флюидно-магматическими процессами. На основе экспериментальных данных формулируются диагностические признаки возникновения микрочагов плавления в гранате. Эффективность выделенных критериев демонстрируется на примере эклогита из канадских Кордильер.

Эксперименты проводились при 800-1100 оС и 3 ГПа на установке цилиндр-поршень в Рурском Университете (Бохум, Германия) по методике изложенной в работе [1]. В качестве исходного вещества использовались порфиробласты гранат из эклогита Максютовского комплекса, насыщенные пойкилобластовыми включениями эпидота, кварца, рутила, фенгита и амфибола. Гранат в окружении сухого геля SiO2 в Pd ампуле помещались в соляную ячейку высокого давления.
В ходе экспериментов во всем температурном диапазоне наблюдалось дегидратационное плавление включений (рис.1), сопровождавшееся частичным или полным исчезновением исходных минералов и замещением объема включения силикатным расплавом и новыми кристаллическими фазами. Среди них повсеместно встречается гранат, контрастно отличный по составу от вмещающего граната (рис. 1, табл. 1). Он замещает минерал-хозяин вдоль стенок включения, а также формирует на их поверхностях ограненные наросты, иногда развивающиеся в хорошо оформленные кристаллы. Кроме новообразований граната исходную морфологию включения нарушают ветвящиеся трещины или клиновидные выступы, заполняемые расплавом.

Состав замещающего включения расплава контролируется температурой и изменяется от кислого при 800°C до основного при 1100 °C (табл. 2). При этом общий тренд эволюции расплавов с повышением температуры направлен в сторону состава минерала-хозяина (сравн. табл. 1 и 2). Новообразованный гранат отличается от вмещающего повышенными содержаниями Са, Ti, а в некоторых зонах роста - Mg. Причем контрастность изменения составов новообразованных гранатов, по сравнению с исходными, закономерно уменьшается при увеличении температуры (табл. 1; рис. 2).

На основе экспериментов можно выделить несколько критериев существования в гранате очагов расплава: (1) рост идиоморфных кристаллов граната вглубь включения и/или ксеноморфных гранатов, замещающих минерал-хозяин; (2) новообразованный гранат резко отличается по составу от вмещающего граната; (3) поверхность включений осложнена специфическими клиновидными выступами или тонкими ответвлениями, выполненными расплавом или продуктами его кристаллизации.

Результаты эксперимента воспроизводят микроструктуры включений граната в гаранте, обнаруженные ранее в эклогите из района Фаро комплекса Юкон-Танана, Канада [2]. Исследование показывает, что новый гранат стремится к идиоморфизму, если находится в полиминеральных включениях с эпидотом, кварцем, реже с фенгитом, парагонитом и титанитом (рис. 3, табл. 1), тогда как границы с гранатом-хозяином обычно неровные. По составу новообразованный гранат может быть как однородным, так и зональным, но всегда с резким переходом к вмещающему гранату (рис.3). Тенденции изменения состава граната в природных образцах аналогичны закономерностям, которые были получены в результате эксперимента (рис. 2). Помимо новообразованных ростовых форм морфологию полиминеральных включений осложняют характерные клиновидные выступы и минерализованные радиальные ответвления (рис. 3). Там же, где поверхность включений кажется пилообразной, в действительности ее выполняют многочисленные мелкие кристаллы граната, нарастающие на поверхность минерала-хозяина. Таким образом, включения в гранатах из эклогита Фаро, несмотря на относительно низкую температуру пика метаморфизма (~660°С при 1.5 ГПа [3]), отвечают всем вышеизложенным критериям плавления, что свидетельствует о наличии магматического этапа в их истории.

Экспериментально установленные критерии дегидратационного плавления реликтовых включений в метаморфических гранатах позволяют отделять их от первичных минеральных включений, захваченных минералом-хозяином в ходе его роста. Эти сведения исключительно важны для корректного восстановления Р-Т-t условий эволюции пород.

Таблица 1. Представительные микрозондовые анализы минералов в экспериментах и природном эклогите канадских Кордильер.

Таблица 2. Представительные микрозондовые анализы синтезированных в экспериментах стекол - продуктов дегидратационного плавления минеральных включений в гранате.

Финансовая поддержка РФФИ (гранты N06-05-65204 и 06-05-64098) и Фонда содействия отечественной науке, а также Гранта "Ведущие научные школы России" НШ-5338.2006.05  (рук. Л.Л. Перчук). Фотографии и анализы выполнены в Лаборатории локальных методов исследования вещества МГУ.

Литература

• Perchuk A.L., Burchard M. M,  Maresch W.V., Schertl H-P. 2005 Fluid-mediated modification of garnet interiors under ultrahigh-pressure conditions. Terra Nova  17: 545-553.
• Perchuk A.L, Philippot P., Erdmer P., Fialin M. 1999. Rates of thermal equilibration at the onset of subduction deduced from diffusion modeling of eclogitic garnets, Yukon-Tanana terrain. Geology 27: 531-534.
• Перчук А.Л., Геря Т.В. 2005. Динамика погружения и эксгумации эклогитов комплекса Юкон-Танана (Канадские Кордильеры) на основе петрологических реконструкций и геодинамического моделирования. Петрология 13: 280-294.

Рис. 1. Синтезированные в эксперименте очаги расплава в порфиробласте граната (Grt1), ассоциирующие с новообразованными идиоморфными гранатами (Grt2). Эксперимент при 800оС, 3 ГПа, 276 час.

Рис. 2. Изменение состава граната в экспериментальных образцах и в природном эклогите из канадских Кордильер. Условные обозначения: 1- исходные составы в эксперименте; 2 - новообразования при 800оС, 3 ГПа, 276 час; 3- 1000оС, 3 ГПа, 96 час.;  4-  1100оС, 3 ГПа, 6 час; 5- исходный природный гранат; 6- новообразованный природный гранат.

Рис. 3. Идиоморфный гранат во включении в гранате из эклогита Фаро, комплекс Юкон-Танана (Канада). Обратим внимание на морфологическое сходство природных гранатов с синетическими (рис.1). Условные обозначения: Grt2 - новообразованный гранат, Ep - эпидот, Q-кварц, Rt-рутил, Phn-фенгит, Par - парагонит, Tit - титанит.