Петрология родингитов Камчатки

4.2. Некоторые петрологические следствия родингитизации

    Изложенные в монографии факты и их интерпретация со всей очевидностью показали неубедительность бытующих петрологических моделей родингитов, в большинстве своем привязанных к моменту массовой серпентинизации вмещающих ультрабазитов [2,21,22,47,66,85,96,97,105 и др.]. Предлагаемая авторами модель происхождения родингитов базируется на признании ведущей роли в их формировании процессов палингенеза, плавления материала включений в ультраосновной среде. В соответствии с ней принимается, что протолиты родингитов вулканической формации переходили в расплав под воздействием высокотемпературной магмы меймечитового состава, а протолиты родингитов плутонических формаций плавились непосредственно в зонах сместителей разноориентированных разломов. В последнем случае само образование палингенных апопротолитовых расплавов под действием теплоты трения обусловлено, как уже указывалось выше, свойствами вмещающей среды - кристаллических перидотитов.

    Полный цикл эволюции состава родингитов обычно слагается, как показано выше, из двух стадий, но может быть и более сложным. Это проявляется в возвратной смене гидратационной минеральной ассоциации более высокотемпературными парагенезисами. Выше мы характеризовали отношения подобного рода в экзоконтактовых родингитах Попутного массива, В.Камчатка. Напомним, что новообразованные диопсидиты этой зоны содержат фрагменты родингитов, сложенных, в том числе и гидроксилсодержащими минералами. Очень интересный пример повторного проявления более высокотемпературных безводных минералов, развивающихся по гидроксилсодержащим, описан Е. Дубиньской [85]: этим автором зафиксировано в родингитах замещение цоизита диопсидом, хлорита - цоизитом, и т.д. Очевидно, что повторное развитие относительно высокотемпературных минералов может быть связано как с локальным динамометаморфизмом (как это происходит в Попутном массиве), так и с прогрессивной стадией регионального метаморфизма, описанного Е.Дубиньской.

    Переходя от описания последовательности преобразований химического и минералогического составов родингитов различной формационной принадлежности и разных условий генезиса, следует еще раз отметить их поразительное сходство. Естественно возникает вопрос об общей причине генезиса родингитов, ответ на который заложен в том факте, что они встречаются исключительно в ассоциации с ультрабазитами. Отсюда нетрудно сделать вывод, что их формирование возможно лишь в ультраосновной, высокомагнезиальной среде, химические процессы в которой определяются температурой и давлением системы, а также кислотно-щелочным взаимодействием компонентов, участвующих в биметасоматических реакциях [23,24].

    Последовательность перехода компонентов во вполне подвижное состояние представлена Д.С.Коржинским в следующем общем виде:

H₂O, CO₂, K₂O, Na₂O, O₂, MgO, Fe, CaO, SiO₂, P₂O₅, Al₂O₃, TiO₂.

    Установлено, однако, что подвижность некоторых элементов может существенно меняться при переходе от одной геологической обстановки к другой, что, по-видимому, определяется не только особенностями состава расплавов и/или метасоматических растворов, но и особенностями температурного и барического режимов.

Рис. 49

    Зависимость подвижности элементов от температуры проста. В расплавленных протолитах палингенного этапа миграционная способность компонентов высокая, при температурах плавления базитов в биметасоматических реакциях они участвуют практически все. При температурах пироксенизации и скарнирования (в интервале 600-1100^оС) высокоактивным остается кальций. Кроме того, подвижным становится фосфор, что проявляется в его перераспределении в объеме включения и осаждении апатита в пустотах родингитов вулканической и плутонической формаций, а также титан, концентрации оксида которого в некоторых зонах скарноидного граната превышает 5-6 мас.% (таб.13, ан.6,7). В гидротермальный этап при низких температурах (400^оС и ниже) продолжается накопление тех элементов, реакционная способность которых определяется наличием растворенных в воде сернистых соединений, углекислого газа и кислорода.

    Для качественной оценки влияния давления на процессы родингитообразования рассмотрим тройную диаграмму (Mg,Fe)O - CaO - Al₂O₃ (рис.49), иллюстрирующую трансформацию составов протолитов разного типа в течение пироморфической стадии, а также характеризующую особенности образующихся при этом минералов: клинопироксена и граната. На ней видно, что неизмененные, не затронутые процессами родингитизации породы (меймечиты, базальты, габброиды) располагаются у основания треугольника в его низкокальциевой части. С началом пироксенизации указанные образования начинают терять (Mg,Fe)O и Al₂O₃, что, естественно, компенсируется возрастанием СаО. Наибольшие содержания последнего отмечаются в родингитах - независимо от состава протолита. Траектории изменения составов пород - меймечитов, базальтов, габброидов - субпараллельны и направлены к вершине СаО.

    Тренды минералов на рис.49 характеризуются поперечным расположением к этим траекториям. Диопсид нераскристаллизованных и слабораскристаллизованных родингитов из меймечитов отличается практически полным отсутствием глинозема. Высокое содержание Al-чермакового минала характерно лишь для реликтовых первично-магматических клинопироксенов (таб.10; ан.8-10). Фигуративные точки составов формировавшихся на разной глубине и, соответственно, при разных давлениях диопсидов из родингитов Кротонского и Центрального массивов занимают промежуточное положение между ними. Отметим, что повышение Al₂O₃ в этом ряду сопровождается закономерным снижением концентрации СаО (рис.37).

    Тренд изменения составов граната ориентирован субпараллельно оси (Mg,Fe)O - Al₂O₃ и направлен от андрадитов родингитов вулканической формации к гроссулярам родингитов разноглубинных офиолитовых массивов.

    Представленные данные позволяют выделить на треугольнике рис.49 поля пород: I - неизмененных или слабо измененных; II - пироксенизированных; III - родингитов. Таким образом, тренд пироксенов очерчивает верхнюю границу составов палингенных, а тренд гранатов - скарноидных родингитов.

    Анализ рис.49 приводит авторов к интересным выводам относительно поведения глинозема в процессе родингитизации. Так, низкобарические родингиты вулканической формации характеризуются, как уже говорилось, отсутствием или незначительным содержанием Al₂O₃. В диопсиде крупнокристаллических разностей, кристаллизовавшихся продолжительное время в промежуточном очаге, происходит повышение глиноземистости в результате увеличения давления в области их кристаллизации. Эта закономерность подтверждается тем, что продолжающие наметившийся ряд наиболее высокоглиноземистые пироксены определены в корунд-плагиоклазовых метасоматитах Борзовского месторождения, связанных с наиболее глубинными ультрабазитовыми массивами из гнейсово-мигматитовых комплексов [20]. Аналогичные тенденции характерны и для гранатов. Таким образом, повышение давления приводит к изменению активности глинозема в минералах палингенного и скарноидного этапов, а поведение СаО в породах не зависит от глубины их формирования (в пределах его колебаний при формировании родингитов в ультраосновных формациях Камчатки).

    Увеличение концентрации Al₂O₃ в пироксенах и гранатах не сопряжено друг с другом. Так, в диопсидах вулканических родингитов содержание глинозема закономерно возрастает при переходе от стекловатых разностей к полнокристаллическим, отражая повышение давления в области формирования последних. В то же время фигуративные точки составов гранатов из этих пород образуют на графике компактное поле, располагаясь очень близко друг от друга; по-видимому, это означает, что после излияния лав на поверхность скарнирование обоих типов пород происходило в близких термодинамических условиях.

Рис. 50

    Нетрудно видеть, что в процессах всех четырех этапов формирования химического и минерального состава родингитов магний и кальций ведут себя контрастно. Можно полагать, что такое поведение указанных элементов в природе определяется их фундаментальными свойствами, сформулированными Д.С.Коржинским при исследовании принципов кислотно-щелочного взаимодействия [23,24]. Хорошо известна способность существенно магниевых и существенно кальциевых минералов магнезиальных скарнов концентрироваться в обособленных зонах. Также наглядно "антагонизм" этих элементов проявляется в экспериментах [47,48]. На заимствованном из статьи указанных авторов графике (рис.50) видно, что при нагревании пакета пород дунит-габбро-дунит при 500^оС и давлении 1 Кбар в центре пластинки габбро возникают максимальные концентрации MgO, которым соответствуют минимумы накопления CaO и Al₂O₃. Также полярно, но с обратным знаком, эти компоненты ведут себя в опыте при 600^оС.

    Кинетика метасоматических реакций, да и вообще особенностей поведения элементов в ультраосновных расплавах изучены пока недостаточно хорошо. Поэтому предпринятое нами исследование взаимоотношений компонентов несмешивающихся ультрабазитового и базитового апопротолитового расплавов базируется на теоретических разработках, а не на экспериментальных данных, и является скорее попыткой расшифровать последовательность и направленность событий, наблюдаемых на контакте разнородных геологических тел. Показательной с этой точки зрения является зона контакта висячего бока Попутного массива, где наблюдаемая зональность была сформирована в результате одновременного диффузионного и, возможно, инфильтрационного выноса из палингенного расплава двух ассоциаций элементов в противоположных направлениях: Si, Fe, Mg в сторону массива, а Al и Na - от него (см. рис.50). Необходимо подчеркнуть, что эти явления сопровождались диффузионным потоком Са со стороны перидотитов.

    Первоначально нагревание порода приводит к выплавлению из нее наиболее легкоплавкой кварц-плагиоклазовой эвтектики, где основными элементами являются Si, Al, Na, характеризующиеся низкими энергиями ионизации атомов. Ультраосновная магма обеднена всеми этими элементами, но из них только кремний начинает перемещаться по градиенту активности, то есть, диффундировать из палингенного расплава в перидотитовый, где он впоследствии - при падении температуры - и фиксировался в виде диопсида.

    Направление движения Na и Al в противоположную от интрузивной камеры сторону, возможно, было обусловлено иными причинами. Согласно представлениям Д.С.Коржинского [23], на фронте замещения исходной породы могут существовать благоприятные условия для отложения второстепенных компонентов, что в данном случае определяется отложением роговой обманки и альбита в определенной зоне градиентного поля температур в связи с потерей растворимости. Прогрессирующее нагревание заставляло перемещаться образованную таким образом зону амфиболитов в сторону экзоконтакта, но не только: продолжалось плавление тугоплавких компонентов протолита с полным переходом его в расплав и активизацией оснований, прежде всего кальция.

    Участие этого элемента в одних и тех же метасоматических процессах вместе с магнием приводит к неоднозначным результатам. В частности, относительная подвижность кальция меняется от одной зоны метасоматической системы к другой. Так, в соответствии с принципом кислотно-щелочного взаимодействия [23], в ультраосновном расплаве высокая концентрация Mg вызывает повышение активности Са, что способствует увеличению его подвижности и приводит к его миграции из ультрабазитового расплава и фиксации в эндоконтакте массива встречным потоком Si. В родингитовой зоне вне ультраосновной магнезиальной среды кальций становится инертным и практически неподвижным элементом, что в рассматриваемой ситуации и приводит к формированию известково-силикатных пород. В то же время некоторую дополнительную активность приобретает Mg, что заставляет его двигаться в сторону массива. Таким образом, на границе перидотитового расплава и вмещающих пород происходит сегрегация вещества и возникает равновесие между существенно магниевым и существенно кальциевым расплавами, которое по своей природе и геологической позиции не может быть стабильным, поскольку химический потенциал кальция в них различается. Метастабильность системы (именно в высокотемпературных условиях) приводит в началу магматического замещения известково-силикатного расплава ультраосновным, низкокальциевым, что и фиксируется по увеличению магнезиальности эндоконтактовых зон включений. Начало диффузии магния в родингит фиксируется на рис.49 по повороту траектории габброидов вниз.

    Родингитизация индивидуализированных включений в ультраосновных магмах в целом происходят аналогичным образом лишь с тем отличием, что все элементы из протолита мигрируют "в одну сторону" - в расплав, где и рассеиваются без видимых следов. Признаки биметасоматических реакций сохраняются вокруг включений родингитов в серпентиниты офиолитовых массивов в виде диффузионных серпентин-хлоритовых оторочек [66,88,113 и др.].

    Таким образом, элементом-индикатором палингенно-метасоматических процессов в ультраосновных породах является кальций. В то же время изложенные выше результаты дают основания полагать, что при переходе от вулканических родингитов к плутоническим возрастает роль еще одного породообразующего оксида - глинозема. Так, в диопсидах родингитов из меймечитов содержания Al₂O₃ не превышают нескольких десятых процента, в то время как в клинопироксенах родингитов плутонических формаций концентрации этого оксида значимо выше (0,3-4,7 мас.%). Аналогичная тенденция характерна и для гранатов. Учитывая различия в текстурах рассматриваемых пород, есть все основания полагать, что вариации содержаний Al₂O₃ контролируются давлением.

    Полученные выводы согласуются с представлениями Д.С.Коржинского [23] об увеличении подвижности глинозема с увеличением давления в глубинных гнейсово-мигматитовых комплексах, где результатом биметасоматических реакций может быть формирование корундовых плагиоклазитов [20].

    Выше были рассмотрены особенности химического способа родингитизации базитовых протолитов. При кристаллизации новообразованного известково-силикатного расплава на месте происхождения формируются автохтонные, а в случае его тектоногенной миграции - аллохтонные жильные родингитовые тела. Более того, в условиях нестабильного кинематического режима плутонических массивов в течение нескольких фаз складчатости такую же способность к перемещению получают фракционные выплавки из базитовых протолитов, в результате чего происходит образование бескорневых тел эвтектоидного, преимущественно плагиоклаз-кварцевого и плагиоклазового составов (альбититов, трондьемитов, плагиоклазитов).

    В скарноидный этап основные тенденции в поведении элементов сохраняются и определяются, главным образом, кислотно-щелочным взаимодействием оснований - Mg и Cа. Можно лишь полагать, что скорость реакций с понижением температуры существенно замедляется, а сами они сводятся к гранатизации ранее образованных известково-силикатных пород. При этом гранатизация родингитов Попутного массива незначительна, но в других ультраосновных плутонах она протекала более полно вплоть до образования мономинеральных гранатитов; фигуративные точки таких пород на рис.49 тяготеют к рою гроссуляров.

    Можно полагать, что процессы палингенного и скарноидного этапов, в течение которых формируются контактово-реакционные метасоматиты, отвечают ранней щелочной стадии метасоматического процесса. Переход к кислотной стадии происходит на фоне продолжающегося падения температуры и проявляется с началом гидротермального процесса в родингитах, который, как и в других геологических обстановках, протекал при высокой активности серы и углекислого газа и приводил к созданию условий для образования и выпадения (по мере охлаждения растворов) сульфидов тяжелых металлов а, затем - карбонатов и сульфатов.

    Регрессивная гидратация известково-силикатных пород в офиолитовых и зонально-концентрических комплексах обычно связана со стадией массовой серпентинизации перидотитов. Широкому развитию гидратационных процессов в родингитах офиолитовых комплексов способствует неустойчивая динамическая обстановка, сопровождающая внедрение дезинтегрированных фрагментов офиолитового разреза в верхние горизонты коры. Вследствие чередующихся нагрузок и сбросов давления ранние безводные минеральные ассоциации родингитов становятся нестабильными, а общее понижение температуры и увеличение проницаемости разломных зон приводят к последовательному замещению стекла агрегатом гидроксил-содержащих силикатов и алюмосиликатов. При этом происходит перераспределение компонентов в пределах объема, ограниченного размерами метасоматического тела без существенно привноса извне. С точки зрения метасоматических преобразований эта стадия является малопродуктивной; ее итоговый результат - привнос в породу гидроксил-иона, что позволяет рассматривать гидратационные процессы как изохимически метаморфические [23]. Следует также отметить, что в родингитах вулканической формации минеральные ассоциации, присущие гидратационной стадии отсутствуют.

    Оценивая геологическое и петрологическое значение родингитов в целом, следует еще раз подчеркнуть, что они принадлежат к особому классу палингенно-метасоматических пород, формирующихся исключительно в ассоциации или, точнее, во взаимодействии с высокомагнезиальными вмещающими образованиями или на контакте с ними в течение пироморфической стадии. Химические преобразования вещества протолитов, заключающиеся в насыщении их СаО, характеризуют лишь часть указанного взаимодействия, конечным результатом которого является полная ассимиляция включения путем его магматического замещения в процессе диффузионного насыщения эндоконтактовых зон включений магнием.

    Родингиты плутонических формаций характеризуются полигенетичностью. Экзоконтактовые родингиты и сопутствующие им метасоматиты в некоторых базит-гипербазитовых комплексах (в частности, в Попутном массиве Валагинского хребта, В.Камчатка) рассматриваются нами как возможные индикаторы интрузивного способа становления магматических тел. Родингиты зон разломов внутри массивов плутонических формаций являются результатом палингенного плавления базитов под действием теплоты трения, возникающей в процессе тектонических подвижек, и их синхронного метасоматоза.

Рис. 51

    Подводя итог изложенному выше, следует коснуться общих закономерностей, связанных с кальциевым метасоматозом в ультраосновной среде. Вполне определенно можно говорить о нескольких типах известково-силикатных метасоматитов, получивших развитие в ультрамафитах вулканических и плутонических формациях складчатых областей (помимо перечисленных в данной работе, к этой группе относятся и метасоматиты из ультраосновных массивов в гнейсово-мигматитовых комплексах [20]). Геологическая позиция базит-гипербазитовых комплексов в пределах каждого из формационных типов существенно различается для конкретных регионов. Эти различия связаны с возрастом, составом вмещающих толщ, характером взаимоотношения между отдельными компонентами разреза, наложением более поздних магматических и метаморфических процессов и т.д.. Все эти различия, конечно же, сказываются на характере метасоматических процессов в ультрамафитах и обуславливают индивидуальные особенности конечных продуктов этих процессов. Вместе с тем совершенно ясно, что главнейшие особенности, присущие родингитам в базит-гипербазитовых комплексах каждого из формационных типов, невозможно объяснить частными причинами. Поэтому возникает вопрос об общих причинах, приводящих к формированию известково-силикатных метасоматитов в различных комплексах.

    Развиваемые различными исследователями положения о Р-Т условиях генезиса как основной причине возникновения тех или иных типов родингитов, как это было показано выше, справедливы лишь отчасти. То же можно сказать и о роли состава метасоматического флюида, который во многом определяет облик метасоматитов, но лишь на заключительных этапах развития родингитов. Поэтому, наиболее вероятной причиной, объясняющей универсальный характер процессов родингитизации в комплексах различных по своей формационной принадлежности и геологической позиции, является существование "генетической" преемственности между магматическими и метасоматическими этапами эволюции ультрамафитов. Наиболее ярко эта преемственность проявлена в палингенно-метасоматической переработке твердофазных включений в ультраосновной среде (расплавной или кристаллической), итоговым результатом которой являются своеобразное "кондиционирование" состава новообразованных пород до родингитового. Анализ диаграммы состав - парагенезис (Mg, Fe) - Si - Al (рис.51) показывает, что образование безводной минеральной ассоциации гранат + клинопироксен в исходных породах основного состава (габбро, оливиновые базальты и т.д.) происходит практически изохимически, за исключением привноса кальция и выноса щелочей. Существующие отличия в составе минералов (прежде всего, граната) безводной ассоциации различных формационных типов родингитов, скорее всего, связаны с кислотно-основными свойствами среды минералообразования. Это находит свое отражение в распределении железа между сосуществующими клинопироксенами и гранатами. При приблизительно одинаковой железистости клинопироксенов всех типов родингитов, в метасоматитах из щелочно-ультраосной формации в парагенезисе с ними находятся уграндиты промежуточного гроссуляр-андрадитового состава, в то время как клинопироксены офиолитовых родингитов равновесны с почти чистым гроссуляром.