содержание
ЛОКАЛЬНАЯ ДЕГИДРАТАЦИЯ БИОТИТ-АМФИБОЛОВОГО ГНЕЙСА ПОД ВОЗДЕЙСТВИЕМ ФЛЮИДА H2O-CO2-KCl: ПРИРОДНЫЕ НАБЛЮДЕНИЯ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ.
О.Г. Сафонов, Е.И. Моисеева, С.А. Кожуханцева
Петрологическое изучение орто- и клинопироксенсодержащих доменов, развитых вдоль зон пластических деформаций D3/M3 (~2.0 млрд. лет) в биотит-амфиболовых гнейсах формации Сэнд Ривер, Центральная Зона гранулитового комплекса Лимпопо, Южн. Африка, позволило выделить последовательные стадии процесса образования этих зон локальной дегидратации, возникших под воздействием водно-углекисло-солевых флюидов. Эти стадии выражены в макроскопически различных типах пород: (1) частично дегидратированном гнейсе, текстурно подобном изначальному биотит-амфиболовому гнейсу, но в котором проявлены локальные клинопироксен-калишпатовые или двупироксен-калишпатовые реакционные структуры по биотиту и амфиболу, (2) переходной зоне с биотитом, ортопироксеном и редким калиевым полевым шпатом и (3) ядре зоны дегидратации, представленной секущей чарно-эндербитовой жиле с четко выраженной монцонитовой структурой. Образование этих ассоциаций объясняется взаимосвязанными разнонаправленными вариациями активностей H2O и K2O+Na2O во флюидах. Эти вариации обуславливаются частичным плавлением и последующим отделением порций флюидов с различной концентрацией солевой составляющей, неодинаковой мобильностью водно-солевых и водно-углекислых флюидов, а также снижением температуры на 50-100°C при почти постоянном давлении в ходе процесса.
Модель процесса локальной дегидратации в гнейсах формации Сэнд Ривер предполагает, что он начался при температурах 760±20°C и давлении 6.2 кбар в начале тектоно-метаморфического события D3/M3 как результат взаимодействия гнейсов с водно-солевыми (до 29 мас. % NaCl экв. согласно данным по флюидным включениям) и богатыми CO2 флюидами. Начальная стадия ознаменовалась частичным плавлением и формированием гранитного расплава. В ходе остывания до температур 650-700°C при практически постоянном давлении (6.2-5.5 кбар) гранитный расплав кристаллизовался с образованием секущих чарно-эндербитовых жил, выделяя концентрированный рассол и H2O-CO2 флюид. Мобильный рассол проникал в гнейс, провоцируя дальнейшее развитие процесса дегидратации при высоких значениях активностей щелочей и образование двупироксен-калишпатовых ассоциаций (670±40°C). Поздние H2O-CO2 флюиды отвечали более поздней ре-гидратации с образованием паргасит-тремолитового амфибола, биотит-кварцевых симплектитов и куммингтонита (+магнетит, местами с карбонатом) по ортопироксену при 700±10°C и ниже.
Для подтверждения выводов, сделанных на основе петрологических наблюдений, проведены эксперименты по взаимодействию биотит-амфиболового гнейса формации Сэнд Ривер с флюидом H2O-CO2-KCl при 750°C и 6.2 и 5.5 кбар. Эксперименты проводились в аппарате высокого газового давления с внешним нагревом ("газовая бомба") в золотых ампулах диаметром 3 мм и толщиной стенок 0.2 мм. Весовое соотношение компонентов KCl/(CO2+H2O) задавалось от 0 до 0.1 при молярном соотношении CO2/(CO2+H2O) = 0.5. В образце, взаимодействовавшем с чистым флюидом CO2-H2O, не выявлены какие-либо реакционные структуры вокруг зерен биотита и роговой обманки. Однако в образцах, подвергшихся воздействию KCl-содержащих флюидов, обнаружены калишпат содержащие структуры вокруг обоих минералов и плагиоклаза. Наиболее интенсивно, реакционные структуры развиты в продуктах опытов при 5.5 кбар, где они, главным образом, развиты вдоль контактов образцов со стенками ампул. Эти факты указывают на важную роль давления и на контроль реакций кинетикой проникновения флюида в образец. Реакционные структуры представлены симплектитовыми срастаниями клинопироксена с низким содержанием Al2O3 и калиевого полевого шпата, соответствующие реакциям Phl + 3An + 18Qtz + 3(K2O) = 3Di + 7Kfs + (H2O) и Prg + Ed + 7(K2O) + 37Qtz + 5An = 9Di + 14Kfs + (2H2O + Na2O). Местами эти структуры сопровождаются Ti-содержащими фазами (ильменитом и сфеном), а также Ti-содержащей бедной Al слюдой. При соотношении KCl/(CO2+H2O) = 1/30 во флюиде в продуктах опыта в контактах кварца и роговой обманки выявлено стекло, наполненное многочисленными мелкими порами. Это стекло соответствует закаленному флюидизированному калиевому расплаву (до 9-11 мас. % K2O, 66-67 мас. % SiO2, 0.6-0.7 мас. % Cl, 10 мас. % FeO, 2.5-2.8 мас. % of Al2O3). Помимо пор, возникших при отделении флюида, оно содержит лейсты калиевого полевого шпата и клинопироксена, предполагая "магматическое" происхождение этих фаз.
Результаты эксперимента наглядно иллюстрируют и во многом подтверждают выводы, сделанные на основе изучения природных образцов. Минеральные парагенезисы, полученные в эксперименте, близки к природным. Однако в этой серии экспериментов среди продуктов не был обнаружен ортопироксен, который, вероятно, соответствует либо условиям более высоких температур или более низкой активности K2O при близкой солености смешанного KCl-NaCl-содержащего флюида, что следует из анализа парагенезисов в терминах μK2O - μН2O.
Работа выполнена при поддержке РФФИ (гранты 10-05-00040, 09-05-00991), Гранта Президента РФ для молодых ученых (MД-380.2010.5).
|
