Высокотемпературный метаморфизм гранулитовых комплексов Сарматии

Положение 1.

Для пироксенов из гранулитовых комплексов Сарматии (ВКМ и УЩ) характерны структуры распада твердых растворов. При реинтеграции ламелей орто- и клинопироксенов и матрицы зерен получены составы первичных пижонита: En_24,Fs_62,Wo₁₄ - для ВКМ; En_16,Fs_72,Wo₁₂ - для УЩ, и ферроавгита: En_23,Fs_45,Wo₃₂ - для ВКМ; En_15,Fs_51,Wo₃₅- для УЩ, которые впоследствии распадались по двухступенчатой схеме на гиперстен и авгит.

Существенную роль в гранулитовых комплексах Сарматии играют магнетитовые (железистые) кварциты, которые, благодаря своему относительно простому минералогическому и химическому составу, являются прекрасными индикаторами физико-химических условий (T, P, fO₂, P_H2O, P_CO2) метаморфизма пород и, отсюда, наиболее ранней тектоно-термальной и геодинамической истории развития Земли.

Мезоархейские магнетитовые кварциты Сарматии представлены плотными, средне- и крупнозернистыми породами темно-серого цвета массивными или чаще полосчатыми (линзовидно-полосчатыми) за счет чередования (от первых миллиметров до 3-4 см) участков существенно кварцевого и пироксен-магнетитового состава. Микроструктура пород гранобластовая, иногда с элементами порфиробластовой. Породы состоят, главным образом, из орто- и клинопироксена (20-25%), кварца (35-50%) и магнетита (20-40%). В редких случаях встречается гранат (обычно вместе с биотитом). В различных количествах (от 1-3 до 15 %) присутствует грюнерит, нередко в виде относительно крупных ксеноморфных кристаллов (более 0,5 мм), развивающихся по пироксенам и магнетиту. Средний химический состав этих пород в районе соответствует (%): SiO₂ - 40,19; TiO₂ - 0,19; Al₂O₃ - 0,98; Fe₂O₃ - 30,42; FeO - 20,52; MnO - 0,03; CaO - 3,32; MgO - 2,86; Na₂O - 0,12; K₂O - 0,20; п.п.п. - 0,5; сумма -99,33.

Ортопироксен и клинопироксен присутствуют в магнетитовых кварцитах в двух генерациях. Ранняя генерация ортопироксена (Opx I) представлена относительно крупными часто субидиоморфными зернами (порфиробластами) размером от 0,5 до 1,5 мм с неровными корродированными границами. Нередко эти зерна разбиты многочисленными трещинами на отдельные фрагменты. Минерал в шлифах бесцветен и плеохроирует в желтоватых тонах. Зерна раннего клинопироксена (Cpx I) имеют сравнительно меньший размер (порядка 50-100 мкм), хорошо выраженную спайность и слабый плеохроизм. Ранние генерации пироксенов содержат разнообразные структуры распада твердых растворов (рис. 2 а, б).

Вторая генерация (Opx II и Cpx II) развивается обычно между зернами Opx I и Cpx I и в некоторых случаях по крупным трещинам. Это относительно небольшие (порядка 20 мкм) ксеноморфные зерна, часто ассоциирующие с грюнеритом (рис.2 а, б). По химическому составу продукты распада пироксенов первой генерации и пироксены второй генерации видимых различий не обнаруживают.

Пироксены, содержащие структуры распада, представляют сравнительно уникальное явление для железистых формаций (магнетитовых кварцитов) и были описаны ранее всего в нескольких регионах. Это - Бивабик, Миннесота (Bonnichsen, 1969), Стиллуотер, Монтана (Vaniman, 1980), Скоури, Шотландия (Barnicoat, O'Hara, 1979), Днестр-Бугский (Побужье) и Азовский домены Украинского щита (Яковлев, Степченко, 1985; Яковлев, 1989), Эндерби Лэнд, Антарктика (Sandiford, Powell, 1986; Harley, 1987). Первые два комплекса претерпели существенные контактовые изменения, связанные с крупными интрузивными массивами, остальные относятся к продуктам регионального гранулитового метаморфизма.

Структуры распада в клинопироксене (Cpx I) из магнетитовых кварцитов Сарматии представлены двумя типами (рис. 3 a, е). Первый тип - это относительно крупные (до 5-10 мкм) протяженные ламели (L) ортопироксена (Opx 1L) в матричном клинопироксене (Cpx 1H)- хозяине (H). Второй тип (результат последующего распада Cpx 1H) - очень тонкие (порядка 1 мкм) относительно короткие и часто расположенные ламели ортопироксена (Opx 2L) в клинопироксене - хозяине Cpx 2H. Схема распада первичного клинопироксена (ферроавгита) (Cpx Р) показана на рис. 3 (з).

Так же два типа структур распада фиксируется и в ортопироксенах (Opx I) (рис. 3 б, в). Аналогично клинопироксену, первый тип представлен крупными (в данном случае даже до 50 мкм) протяженными ламелями клинопироксена (Cpx1L) в матричном ортопироксене (Opx 1H). В свою очередь Cpx 1L распадается с выделением очень тонких (менее 1 мкм) ламелей ортопироксена (Opx 2LL) в клинопироксене - хозяине (Cpx 2LH). По аналогии с более ранними находками (Barnicoat, O'Hara, 1979; Bonnichsen, 1969; Vaniman, 1980; Sandiford, Powell, 1986; Harley, 1987) по своему составу первичный минерал являлся низкокальциевым моноклинным пироксеном (пижонитом). Схема его распада показана на рис. 3 (и).

Таким образом, в магнетитовых кварцитах из гранулитовых комплексов Сарматии могут быть выделены следующие равновесные ассоциации ромбических и моноклинных пироксенов.

1. Cpx P + Pgt (в ассоциации с магнетитом и кварцем) - первичные минералы. Состав Cpx P соответствуют интегральному составу Opx 1L +Cpx 1H, а состав Pgt - интегральному составу Opx 1H + Cpx 1L.

2а. Cpx 1H + Opx 1L - продукты распада первичного клинопироксена (Cpx P). Состав Cpx 1H соответствует интегральному составу Cpx2H + Opx2L.

2б.Opx 1H + Cpx 1L- продукты распада первичного пижонита. Состав Cpx 1L соответствует интегральному составу Cpx 2LH + Opx 2LL.

3а. Cpx 2H + Opx 2L - продукты распада Cpx 1H.

3б. Cpx 2LH + Opx 2LL - продукты распада Cpx 1L.

Кроме того, в соответствии с текстурными соотношениями равновесны (в присутствии магнетита и кварца) вторые генерации орто- и клинопироксенов с грюнеритом:

4. Opx II + Cpx II + Gru + Mag + Qtz.

Интегральные составы первичных пироксенов (табл. 1) были получены с использованием методики растровой съемки (порядка 250-500 мкм) и обычного локального анализа (порядка 5 мкм) с набором значительного числа индивидуальных определений (более 60) для площади сечения зерна порядка 0,2 мм. Следует отметить, что результаты растрового анализа во многих случаях отличались нестабильностью (по площади зерна) и не соответствовали условиям распада пироксенов (Lindsley, 1983). Поэтому большинство из них были признаны некорректными и отбракованы. Как выяснилось, такая некорректность составов связана с недостаточной представительностью количества ламелей ортопироксена в распавшемся клинопироксене (или клинопироксена в обратном случае) в плоскости шлифа, и отсюда, искажением реального соотношения продуктов распада в минералах. Это приводило к существенному завышению концентрации кальция в клинопироксенах и, наоборот, занижению - в ортопироксенах.

Наиболее близкий к реальному состав ферроавгита из магнетитовых кварцитов ВКМ (En_22,Fs_41,Wo₃₇) был получен при специальном анализе одного из зерен полями шириной 40-60 мкм (18 растровых полей), практически перекрывающих площадь зерна порядка 500*600 мкм (рис. 3 г). Найдено, что железистость (f) минерала (Cpx P) варьирует в относительно узких пределах 0,64-0,66 (табл. 1); содержание кальция в среднем равно 17,26 1,3 мас. %. В остальных случаях (при растровой съемке) наиболее близкие к этим данным результаты соответствовали содержанию кальция порядка 18,7 мас. % при относительно более низкой железистости (0,63). При втором варианте анализа клинопироксенов (с набором индивидуальных локальных определений) в расчет принималась лишь центральная часть проанализированных зерен, поскольку, в некоторых случаях, периферийная их часть (рис. 3д) не содержит ламелей ортопироксена, относящихся к первой ступени распада (Opx 1L).

Содержание кальция в первичном клинопироксене (En_23,Fs_45,Wo₃₂) составляет 14,82 мас. % при железистости 0,66 (табл. 1). Состав Cpx 1H (интегральный состав Cpx 2H и Opx 2L) был найден в растровом режиме (10-20 мкм) с достаточно хорошей статистической представительностью продуктов более позднего распада (рис. 3 a; например точка 12а) и отсюда хорошей воспроизводимостью результатов (CaO = 19,75 0,39 мас. %, f = 0,63 0,01) (табл. 1). Несколько более высокой кальцивостью (21,16 0,26 мас. %) и соответственно меньшей железистостью (0,61 0,01) отличаются клинопироксены (Cpx 2H) - продукты второй ступени распада первичного минерала (рис. 3 a, точка 9а; рис. 3 е, точки 14b, 16b, 18b) (табл. 1).

Близкие составы характеризуют и продукты распада (рис. 3 б, в) ортопироксенов (первичных пижонитов) - Cpx 1L (точка 26 a) и Cpx 2LH (точки 16a, 17a, 23a) (соответственно, CaO = 20,52 0,29 мас. % , f = 0,61 0,01 и CaO = 21,23 0,24 мас. %, f = 0,62 0,01) (табл. 1). Интегральные составы первичных пижонитов (Pgt) оценивались по растровой методике (например, рис. 3 ж). В наиболее представительных случаях концентрации кальция в минерале составили 3,05, 4,45 и 6,23 мас. % при железистости соответственно 0,73, 0,72 и 0,72 (табл. 1). Очевидно, что эти анализы, как было сказано выше, могут несколько занижать содержание кальция в минерале. Тем не менее, даже минимальные из найденных значений не характерны для ромбических пироксенов. Они указывают на его происхождение в результате распада первичного пижонита (En_24,Fs_62,Wo₁₄) с переходом (конвертацией) структуры из моноклинной в ромбическую, как это было установлено в других аналогичных случаях (Barnicoat, O'Hara, 1979; Bonnichsen, 1969; Vaniman, 1980; Sandiford, Powell, 1986; Harley, 1987).

Существенно меньшей концентрацией кальция (в среднем 0,78 0,07 мас. %) при несколько более высокой железистости (0,74+/-0,01) характеризуются ранний ортопироксен (Opx 1H) - один из продуктов распада первичного пижонита (рис. 3 б, в; точки 22а, 27а, 14а, 15а), а так же ранняя генерация (Opx 1L) ламелей распада (рис.3 з; точки 15b, 17b) первичного клинопироксена (соответственно, 0,79 0,09 мас. % и 0,75 0,01) (табл. 1). К сожалению, не удалось корректно оценить составы ламелей ортопироксена (Opx 2L и Opx 2LL), образующихся при распаде клинопироксена Cpx1H и Cpx1L. Вследствие их незначительной величины во всех анализах присутствовало избыточное количество кальция и магния из-за частичного захвата минерала-хозяина пучком микроанализатора.

Реинтегрированные ферроавгиты (En_15,Fs_51,Wo₃₅) и пижониты (En_16,Fs_72,Wo₁₂) из магнетитовых кварцитов УЩ (Приазовский блок) имеют несколько более железистые составы (f = 0,78 и f = 0,82 соответственно) по сравнению с восстановленными составами первичных пироксенов ВКМ, что вероятно отражает геохимическую обстановку первичного осадконакопления в пределах Сарматского нуклеара.