 |
Тектоническое общество
России
РУССКОЯЗЫЧНАЯ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ ГРУППА ПО СТРУКТУРНОЙ ГЕОЛОГИИ И ТЕКТОНИКЕ Открытые публикации |
МЕТАМОРФИЗМ И ТЕКТОНИКА
Глава 1. Метаморфизм: базовые понятия и определения
В настоящее время существуют учебные пособия и научные публикации, в деталях рассматривающие особенности метаморфических процессов, типичные минеральные ассоциации и другие вопросы, связанные с метаморфизмом. К сожалению, многие из них были изданы более 20 лет назад (например, четыре тома Фаций метаморфизма, отв. ред. В.С. Соболев, 1970-1974 гг.) и поэтому труднодоступны в настоящее время. Тем не менее, в данной главе мы лишь очень коротко остановимся на базовых понятиях в метаморфической геологии, отсылая заинтересованных лиц к существующим учебникам и методическим пособиям по метаморфизму.
1.1. Факторы метаморфизма
1.1.1. Температура
1.1.2. Давление
1.1.3. Флюид
1.2. Основные понятия метаморфической петрологии
1.2.1. Метаморфические фазы, компоненты и минеральные равновесия
1.2.2. Метаморфические минералы
1.2.2.1. Гранаты
1.2.2.2. Пироксены
1.2.2.3. Амфиболы
1.2.2.4. Слюды
1.2.2.5. Полевые шпаты
1.2.2.6. Некоторые специфические метаморфические минералы
1.2.3. Метаморфические реакции
1.3. Фации метаморфизма и фациальные серии
1.4. Тренды метаморфизма
1.4.1. Минеральные гео- и термобарометры
1.4.1.1. Индивидуальные геотермобарометры
1.4.1.2. Согласованные базы термодинамических данных
1.4.2. Проградный и ретроградный метаморфизм
1.4.3. РТt-тренды метаморфизма
1.5. Типы проявления метаморфических процессов
1.6. Экспонирование метаморфических комплексов
1.6.1. Экзогенная денудация
1.6.2. Тектоническая денудация
1.6.3. Эксгумация
1.7. Заключение
1.1. Факторы метаморфизма
Под метаморфизмом понимается процесс твердофазного минерального и (или) структурного изменения пород под воздействием температуры и давления в присутствии флюида. Как видно из этого определения главными факторами метаморфизма являются температура, давление, количество и состав флюида. Рассмотрим эти факторы подробнее.
1.1.1. Температура
Температурный интервал проявления метаморфических процессов весьма широк, однако точные значения, ограничивающие проявления метаморфизма не являются строго установленными и сильно зависят от представлений конкретных исследователей. Условно можно принять следующий интервал: от 200°С (кинетическая граница метаморфизма) до 1000-1100°С (температура плавления базитового субстрата). Однако следует иметь в виду, что некоторые исследователи относят стадии категенеза и метагенеза, протекающие ниже отмеченного температурного порога, также к метаморфическим процессам. С другой стороны, в породных системах анхигранитного состава полное переплавление субстрата будет иметь место уже при температурах 650-750°С.
Давно известна закономерность, по которой температура повышается с глубиной, а степень повышения температуры называется геотермальным градиентом и измеряется в градусах на километр. Линия же, отражающая зависимость температуры от глубины называется геотермой. В большинстве геодинамических обстановок значения геотермального градиента варьируют от 15 до 30 о/км, однако в экстремальных случаях колебания могут быть значительно шире - от 5 до 60 о/км. Наиболее типичные геотермы для разных тектонических обстановок показаны на рис. 1.1. О современных геотермальных градиентах можно судить по поверхностному тепловому потоку, наиболее высокие значения которого отмечаются в зонах океанического спрединга, а низкие - в пределах "старой" океанической коры (рис. 1.2, Yardley, 1991). Региональные вариации поверхностного теплового потока определяются сочетанием трех разных возможных источников тепла: 1) мантийный тепловой поток; 2) выделение тепла за счет радиоактивного распада в коре; 3) тепло, связанное с внедряющимися в кору магматическими телами.
1.1.2. Давление
Поскольку процессы метаморфизма проявляются на значительных глубинах, давление играет существенную роль. В геологии давление принято оценивать в барах или килобарах. В последнее время нередко используются единицы системы SI. Соотношение единиц в разных системах исчисления выглядит следующим образом: 1 бар = 0.987 атмосфер = 105 паскалей. Вариации давлений при метаморфизме достаточно широки и варьируют в большинстве комплексов от 2.5 до 12 кбар. Однако в случаях проявления метаморфизма высоких или ультравысоких давлений, которые будут рассмотрены в главе 4, значения давления могут достигать 12-18 и 30-40 кбар соответственно (см. рис. 1.1).
Основное значение при процессах метаморфизма играет литостатическое давление (Рлит), обусловленное нагрузкой вышележащих пород. Литостатическое давление прямо пропорционально глубине, а градиент давления варьирует от 0.26 до 0.32 кбар/км в зависимости от плотности перекрывающих пород. Очень важным является также понятие флюидное давление (Рфл), под которым понимается давление порового и межзернового флюида в породе. В большинстве случаев принимается, что Рфл=Рлит, однако это условие далеко не всегда может соблюдаться. Давление флюида может превышать литостатическое, и в таком случае применяют термин "флюидное сверхдавление". Именно последнее использовалось для объяснения природы повышенных давлений при глаукофансланцевом метаморфизме (Добрецов, 1974). Флюидное сверхдавление может служить дополнительным фактором, влияющим на реологию (Rubie, 1983), но вряд ли способно превышать литостатическое в несколько раз. Следует отметить, что возможность проявления сверхдавления в некоторых обстановках, то есть давления, превышающего литостатическое, постоянно обсуждается в геологической литературе. Об одном из его вариантов (флюидное сверхдавление) мы уже говорили, а второй относится к тектоническому сверхдавлению. Предполагалось, что в процессе быстрых тектонических смещений (например, в зонах разломов) возникающее давление будет существенно превышать литостатическое. Однако позднее, при изучении францисканских метаморфических пород, характеризующихся высокими давлениями при метаморфизме В.П.Эрнст (Ernst, 1971) сделал важный и обоснованный вывод: "Ни экспериментальное изучение прочности минералов, ни детальное петрографическое картирование, ни метаморфически-стратиграфические хронологические отношения не дают никаких оснований для выдвижения гипотезы о проявлении избыточного тектонического давления в региональном масштабе".
1.1.3. Флюид
Флюиды являются чрезвычайно важным компонентом метаморфических превращений, поскольку именно присутствие или отсутствие флюидов определяет саму возможность метаморфических реакций. Понятие "флюид" используется для жидкости, которая становится газом с высокой плотностью и со многими свойствами жидкости в сверхкритических условиях, характерных для метаморфических процессов. Наиболее важными составляющими метаморфогенных флюидов являются вода и углекислый газ, в меньших количествах могут присутствовать углеводороды, азот, а иногда и водород. В силикатных системах главным компонентом является H2O, в то время как в карбонатах преобладающим будет CO2. В то же время температура метаморфизма также влияет на состав флюида. Существует общая тенденция повышения доли CO2 с температурой.
В чем же заключается роль флюида при метаморфизме? Прежде всего, многие метаморфические минералы, например, слюды, хлориты или амфиболы, содержат в кристаллической решетке воду. Соответственно, их образование невозможно без присутствия флюида в породе. Но главное все-таки не в этом. Присутствие воды резко ускоряет процессы перекристаллизации в силу того, что вода даже в небольших количествах действует как сильный катализатор. Кроме того, поскольку метаморфические реакции проходят в твердофазном состоянии, что во многих случаях означает растворение одних минералов с одновременным ростом других, то флюид необходим для переноса необходимых компонентов. О роли флюидов в процессах метаморфических превращений может свидетельствовать, прежде всего, сохранность высокотемпературных минеральных ассоциаций. Допустим, что порода претерпела метаморфизм при 800°С. Что же помешало замещению высокотемпературных минеральных ассоциаций при ее остывании до 400°С? Именно отсутствие флюида в системе. И только в тектонических зонах, по которым циркулируют флюиды, происходит полное или частичное замещение более ранних, высокотемпературных минеральных парагенезисов. Процесс этот называется диафторезом.
1.2. Основные понятия метаморфической петрологии
При описании метаморфических пород и процессов очень важными являются такие понятия как химическое равновесие, фазы, компоненты, метаморфические минералы и метаморфические реакции. Рассмотрим их более подробно.
1.2.1. Метаморфические фазы, компоненты и минеральные равновесия
Давайте рассмотрим поведение атомов в некотором объеме породы, подвергающейся метаморфическим преобразованиям. Этот гипотетический объем можно рассматривать в качестве конкретной химической системы, в котором атомы сгруппированы в некоторый набор минералов, возможно, с участием межзернового флюида. Каждый из этих минералов, а также флюид будут являться фазой: фаза - это физически отдельная часть системы, характеризующаяся определенным составом, которая находится в твердом, жидком или газообразном состоянии. Например, кварц и плагиоклаз это отдельные фазы (не каждое зерно одного минерала, а все зерна!), но в то же время плагиоклаз имеет переменный состав и представляет собой твердый раствор альбита и анортита. Однако альбит и анортит не будут являться фазами, поскольку внутри зерен плагиоклаза не могут еще дополнительно выделяться частицы альбита и анортита. Последние в этом случае можно рассматривать в качестве компонентов или миналов.
Теперь представим, что наша система находится под воздействием определенной температуры и давления в течение достаточно долгого периода времени, позволяющего атомам сгруппироваться в наиболее стабильный минеральный агрегат, причем минералы переменного состава будут иметь состав, отвечающий данным условиям. Это состояние системы и будет отвечать условиям химического равновесия. Равновесный минеральный агрегат может включать одну или несколько твердых фаз, жидкую или газообразную фазу в зависимости от химического состава и РТ-условий системы. Теперь начнем медленно изменять температуру или давление в системе. Присутствующие фазы перестают находиться в условии равновесия, что приводит либо к изменению химического состава фаз, либо к увеличению количества одной фазы за счет уменьшения количества другой (вплоть до исчезновения последней), либо к появлению одной или нескольких новых фаз. Такие изменения называются метаморфическими реакциями, ведущими к образованию новых минеральных ассоциаций, равновесных в новых РТ-условиях. Все системы близкого химического состава, подвергнутые процессам метаморфизма при одинаковых РТ-условиях, будут характеризоваться одинаковыми минеральными парагенезисами (фазами), если выполнены условия достижения равновесия независимо от временного периода или места проявления метаморфических процессов. Все вышесказанное приводит к фундаментальному принципу, лежащему в основе исследований метаморфических пород: минеральные ассоциации отражают физические условия, такие как температура и давление, во время преобразования породы. Этот принцип базируется на многочисленных данных полевых исследований, которые показали, что минеральные ассоциации в любом конкретном типе пород изменяются систематически и предсказуемо в пределах области распространения метаморфических пород.
1.2.2. Метаморфические минералы
Метаморфические минералы, а точнее их ассоциации, являются важнейшими показателями метаморфических процессов. Напомним, что в метаморфической геологии мы можем изучать только результат метаморфических процессов, а никак не сам процесс. И как раз минералы, их форма, состав и взаимоотношения и являются тем результатом, по которому оказывается возможным реконструировать многие параметры метаморфического процесса (температура, давление и их изменение во времени, состав флюида и др.). Поэтому ниже мы приведем краткую характеристику основных групп метаморфических минералов, к которым относятся гранаты, пироксены, амфиболы, слюды, полевые шпаты. Большинство вышеперечисленных минералов имеет переменный состав, определяемый соотношением миналов (конечных членов), и может рассматриваться в качестве твердых смесей. Этот состав определяется, главным образом, двумя основными факторами: химический состав породы и РТ-условия метаморфизма. Если мы имеем породы близкого химического состава, то различие составов минералов может быть показателем разной степени их метаморфизма. Сразу оговоримся, что нашей целью не была полная характеристика метаморфических минералов, поэтому будут кратко охарактеризованы только наиболее распространенные группы. При этом мы не рассматриваем очень распространенные группы минералов (например, хлориты или эпидоты), которые встречаются во многих метаморфических породах, но которые являются "сквозными", встречающимися в широком интервале температур и давлений, а их состав определяется, главным образом, химическим составом породы, а не РТ-условиями метаморфизма.
1.2.2.1. Гранаты
При описании петрографического состава метаморфических пород наиболее часто используется собирательный термин "гранат", хотя в отдельных случаях употребляют более конкретные термины, указывающие на специфику состава гранатов. Метаморфические гранаты в большинстве случаев являются многокомпонентной твердой смесью, в составе которой присутствуют:
альмандин Fe3Al2 Si3O12
гроссуляр Ca3Al2 Si3O12
пироп Mg3Al2 Si3O12
спессартин Mn3Al2 Si3O12
В очень небольших количествах (за исключением специфических типов пород) могут присутствовать:
андрадит Ca3Fe3+2Si3O12
уваровит Ca3Cr2 Si3O12
Рассмотрим некоторые тенденции изменения состава гранатов в зависимости от химического состава пород и РТ-условий метаморфизма. Альмандин является главным компонентом метаморфических гранатов. Его содержание может составлять от 95 до 50% в большинстве типов пород. Богатые гроссуляром гранаты характерны только для карбонатных пород и метасоматических образований (например, скарны), связанных с процессами метаморфизма. В метапелитах, бедных кальцием породах, содержание СаО в гранатах обычно не превышает 4%, возрастая только в случае повышенных давлений при метаморфизме. В метабазитах же, где содержание СаО составляет 5-12% доля гроссулярового компонента обычно составляет 20-30%. Пироповый минал является хорошим индикатором вариаций температур и давлений. Для низко- и среднетемпературных условий метаморфизма характерны весьма низкие содержания MgO, не превышающие, как правило, 3-4%. Увеличение пиропового компонента отражает повышение температуры и (или) давления. Содержание пиропа в метаморфических гранатах редко достигает 40-50% и только в условиях очень высоких температур и (или) давлений при метаморфизме. Богатые спессартином гранаты (до 15-25% MnO) наиболее характерны (если исключить богатые марганцем породы) для низкотемпературных фаций метаморфизма. Зональность гранатов, то есть изменение состава от центра к краям кристаллов, является важным признаком, позволяющих оценить изменение РТ-условий метаморфизма. Так, резкое уменьшение содержания спессартинового компонента, весьма характерное для гранатов низкотемпературных фаций, отражает увеличение температуры метаморфизма во время роста кристаллов граната. Увеличение или уменьшение содержания пиропового минала указывает на соответственное повышение или понижение температуры (или давления) в процессе минералообразования. Отметим, что гранаты относятся к тем немногочисленным метаморфическим минералам, по составу или изменению состава которых можно сразу ориентировочно судить об условиях метаморфизма.
1.2.2.2. Пироксены
В метаморфических породах встречаются две подгруппы пироксенов - ромбические (ортопироксены) и моноклинные (клинопироксены). Последние характеризуют гораздо более широкий интервал РТ-условий по сравнению с ортопироксенами Ромбические пироксены образуют изоморфную серию, крайними членами которой являются энстантит - Mg2[Si2O6] и ферросилит - Fe2[Si2O6], и входят в состав разнообразных метаморфических орто- и парапород. Они являются четкими индикаторами высоких температур при метаморфизме. Среди моноклинных пироксенов различают кальциевые клинопироксены (диопсид - геденбергит) и натриевые клинопироксены (эгирины, жадеиты, омфациты). В подавляющем большинстве случаев моноклинные пироксены метаморфических пород (кристаллических сланцев и гнейсов), а также скарнов и метасоматических жильных образований Mg-Ca состава представлены Ca-пироксенами диопсид-геденбергитовой серии CaMgSi2O6-CaFeSi2O6. Преимущественный изоморфизм Ca(Mg,Fe) -- NaAl типичен для клинопироксенов из глаукофановых сланцев, эклогитов и жадеититов, то есть пород, претерпевших метаморфизм высоких давлений. Для низкотемпературных низкобарических пород обычным является жадеит NaAlSi2O6, в то время, как в более высокотемпературных эклогитах типичным является омфацит, представляющий собой изоморфную смесь жадеит-диопсид-геденбергит.
1.2.2.3. Амфиболы
К амфиболам относится очень сложная группа ромбических или моноклинных силикатов с общей формулой
A0-1 B2 C3-5 D0-2 Z8 (OH,F,Cl)2,
где:
A=Ca, Na, K;
B=Ca, Fe2+, Li, Mg, Mn2+, Na;
C=Fe2+, Mg, Mn;
D=Al, Cr, Fe3+;
Z=Al, Ti, Si.
Выделяются: железо-магниевые (безкальциевые), кальциевые (сюда же входят кальциево-магниевые) и щелочные амфиболы. Состав амфиболов тесно связан с условиями их образования. Наиболее распространенными являются кальциевые амфиболы, представленные в метаморфических породах группой актинолита и роговыми обманками с весьма широкими вариациями химического состава. Актинолит является обычным минералом в низкотемпературных метаморфических породах. В роговых обманках наблюдается общая тенденция повышения содержаний Al2O3 и TiO2 по мере увеличения температуры метаморфизма. Для низкотемпературных высокобарических пород характерно присутствие щелочного амфибола - глаукофана, а также амфиболов промежуточного состава между актинолитом и глаукофаном (винчиты), глаукофаном и рибекитом (кросситы) и глаукофаном и роговой обманкой (барруазиты). Все вышеотмеченные амфиболы имеют голубой, синий или фиолетовый цвет в шлифах, поэтому русскоязычный термин "фация глаукофановых сланцев" в английском варианте соответствует термину "фация голубых сланцев (blueschists)". Для метаморфических пород, возникших за счёт магнезиальных известняков и доломитов, характерны тремолит, иногда рихтерит, паргасит. Моноклинные амфиболы Fe-Mg ряда куммингтонит-грюнерит характерны для регионально метаморфизованных пород низких давлений и для контактово-метаморфизованных пород. Ромбические амфиболы - антофиллит и жедрит входят в состав регионально-метаморфизованных пород и контактовых роговиков, а также формируются в процессе магний-железистого метасоматоза. Они присутствуют в породах амфиболитовой и гранулитовой фаций.
1.2.2.4. Слюды
Среди слюд выделяется две основные группы: диоктаэдрические и триоктаэдрические. Трудно назвать какой-либо вид горных пород, в которых бы не встречались триоктаэдрические Fe-Mg слюды группы биотита. Наиболее распространённый в слюдах изоморфизм Fe2+ -- Mg и Al -- (Mg,Fe) - обусловлен смесимостью четырёх главных миналов:
Сидерофиллит K2Fe5Al4 Si5O20(OH)4
Истонит K2Mg5Al4 Si5O20(OH)4
Аннит K2Fe6Al2 Si6O20(OH)4
Флогопит K2Mg6Al2 Si6O20(OH)4
Биотит, формирующийся в широком диапазоне химических и термодинамических условий, входит в состав разнообразных гнейсов и кристаллических сланцев, а также метасоматических образований, является составной частью контактовых роговиков. Состав биотита контролируется, главным образом, химическим составом породы и, в меньшей степени, условиями метаморфизма. Наиболее индикаторной является тенденция увеличения содержания титана в биотите по мере роста температуры метаморфизма. Флогопит встречается преимущественно в метаморфизированных карбонатных породах - мраморах и кальцифирах. Наиболее распространенным представителем диоктаэдрических слюд является мусковит, встречающийся как в самых низкотемпературных, так и в высокотемпературных метаморфических породах, главным образом метапелитах. Идеальная формула мусковита KAl2[AlSi3O10](OH)2, однако благодаря изоморфизму Si+(Fe, Mg) -- 2Al в нем всегда содержатся небольшие количества магния и железа. Повышенное суммарное содержание железа и магния является качественным показателем повышенных давлений при метаморфизме.
1.2.2.5. Полевые шпаты
В метаморфических породах полевые шпаты являются одними из самых распространенных минералов и встречаются, главным образом, две группы полевых шпатов: K-шпаты, представленные микроклином и ортоклазом; Na-Са-шпаты (плагиоклазы). Калиевые полевые шпаты характерны для высокотемпературных и среднетемпературных пород. Плагиоклазы встречаются практически во всем интервале РТ-условий метаморфизма, будучи неустойчивыми только при очень высоких давлениях. По составу они варьируют от чистого альбита NaAlSi3O8 до практически чистого анортита CaAl2Si2O8. Существует общая тенденция повышения содержаний анортитового минала в плагиоклазах по мере роста температуры метаморфизма, наиболее отчетливо проявленная в низко- среднетемпературной области метаморфических изменений. В наиболее низкотемпературной области метаморфизма (фация зеленых сланцев и ниже) устойчивым является практически чистый альбит, и только при температуре выше 450-500°С в породах появляется олигоклаз. Обратная тенденция изменения состава плагиоклазов наблюдается по мере увеличения давления при метаморфизме.
1.2.2.6. Некоторые специфические метаморфические минералы
В этом разделе мы кратко рассмотрим некоторые минералы, которые встречаются практически только в метаморфических породах или в синметаморфических метасоматических образованиях. Полиморфы силиката глинозема. К ним относятся андалузит, кианит (дистен) и силлиманит. Эти минералы имеют одинаковый химический состав Al2SiO5, но разную кристаллическую структуру, что определяет их устойчивость в разных интервалах РТ-условий (см. следующий раздел). Андалузит устойчив при низких давлениях и низких температурах, силлиманит - при низких - умеренных давлениях и высоких температурах, кианит характерен для пород с умеренными и высокими давлениями. Кордиерит (Mg,Fe2+)2Al3[Si5AlO18] характерен для метаморфических пород широкого диапазона РТ-условий метаморфизма, за исключением области высоких давлений. В силу этого просто по появлению кордиерита оценить условия метаморфизма трудно, однако ассоциация кордиерита с некоторыми другими минералами, например, кордиерит-гиперстен, позволяет существенно сузить предполагаемую область РТ-параметров. Поскольку минерал является высокоглиноземистым, то наиболее типичен он для метапелитов. Ставролит (Fe2+,Mg)(Al,Fe3+)9O6[SiO4]4(O,OH)2. Типичный минерал кристаллических сланцев амфиболитовой фации регионального метаморфизма. Ассоциирует с гранатом, дистеном, силлиманитом, мусковитом, кварцем. Хлоритоид (Fe2+,Mg,Mn)2Al4[(OH)2|O|SiO4]2 встречается в метаморфических породах низкой степени метаморфизма. Лавсонит CaAl2(OH)2[Si2O7]H2O можно рассматривать в качестве водного аналога анортита. Этот минерал встречается в породах основного состава в очень узком интервале температур и давлений. Он является одним из самых надежных индикатором повышенных давлений и низких температур при метаморфизме. Волластонит Ca[SiO3] встречается в карбонатных породах и продуктах синметаморфического метасоматоза. Характерен для наиболее высокотемпературных условий метаморфизма.
1.2.3. Метаморфические реакции
Метаморфические реакции отражают изменения РТ-условий метаморфизма. В первом приближении можно выделить три типа таких реакций:
1. Полиморфные превращения, при которых не происходит изменения химического состава минералов, а также новообразования или исчезновения минеральных фаз. Изменяется лишь кристаллическая структура минерала. Таких реакций не так много, но они являются весьма важными в метаморфической петрологии. К наиболее известным полиморфным системам относятся:
графит-алмаз (полиморфные формы углерода)
кристабаллит-тридимит-коэсит-стишовит (полиморфы SiO2)
андалузит-кианит-силлиманит (полиморфы Al2SiO5)
Теоретически реакции данного типа не зависят от присутствия других минеральных фаз и флюида и определяются только изменением температуры и давления в системе. В действительности же наличие или отсутствие флюидной фазы, состав и количество элементов-примесей в главных минералах также будут влиять на РТ-условия фазовых переходов. Из трех приведенных систем в метаморфической петрологии наиболее важной является третья, поскольку силикат глинозема весьма обычен в метаморфических породах глинистого состава, разные его полиморфы отличаются по макроскопическим и оптическим свойствам, а РТ-параметры устойчивости разных фаз определены экспериментально
(рис. 1.3). Все это позволяет по присутствию того или иного полиморфа в породе ориентировочно определять РТ-параметры метаморфизма. Особенно важны случаи одновременного присутствия двух или трех полиморфов в породе, поскольку область устойчивости таких парагенезисов локализуется более точно. Примеры метаморфических пород с алмазом очень немногочисленны, поэтому система графит-алмаз можно рассматривать в качестве экзотической. Кристабаллит и тридимит не различаются по оптическим свойствам, а, кроме того, при остывании породы даже претерпевшей весьма высокотемпературный метаморфизм, происходит обратное превращение высокотемпературного полиморфа в низкотемпературный, что ограничивает их использование. Коэсит очень важен для диагностики высокобарного метаморфизма, но его, как и алмаз, тоже можно относить к экзотическим минералам.
2. Реакции с появлением новых минеральных фаз являются наиболее распространенными в метаморфических процессах. При изменении РТ-условий существовавшие ассоциации минералов становятся неустойчивыми, и происходит исчезновение всех или некоторых минералов, сопровождающееся ростом нового минерала или минералов. Продемонстрируем это на одном из простейших примеров. При росте давления после достижения некоторых критических значений альбит, весьма обычный во многих типах горных пород, становится неустойчивым и разлагается с образованием парагенезиса жадеит + кварц:
NaAlSi3O8 = NaAlSi2O6 + SiO2 В таких реакциях может участвовать от одного до десятка минеральных фаз с новообразованием также разнообразного количества фаз. При этом далеко не все минералы ранней ассоциации будут исчезать полностью в соответствии с балансом химических компонентов.
3. Обменные реакции без появления новых минеральных фаз не приводят к изменению минерального состава породы, а лишь к изменению химического состава ассоциирующих минералов по мере изменения температуры и давления. Говорить о таких реакциях мы можем на основании детального изучения изменения химического состава метаморфических минералов по мере их роста. В разделе 1.2 уже говорилось о том, что большинство метаморфических минералов имеет переменный состав и может рассматриваться как твердофазная смесь. Поэтому сами минеральные фазы остаются прежними, но их состав существенно изменяется. Например, предположим, что порода при каких то РТ-условиях сложена только пироксеном и гранатом. Этот парагенезис будет устойчив в достаточно широком интервале температур и давлений, то есть рост температуры на 100-200° не будет приводить к исчезновению одного из минералов или образованию новых минералов. Но по мере роста температуры минералы с первичным составом становятся не равновесными, и происходит перераспределение Fe-Mg между минералами. Гранат обогащается пироповым компонентом (магний), а пироксен - ферросилитовым компонентом (железо). Важным является то, что во многих случаях в реакции участвует не все зерно минерала, а только его краевые части, поэтому состав центральной части отвечает каким-то начальным РТ-условиям метаморфического процесса, в то время как состав каймы будет отражать иные РТ-условия. Зональные минералы используются для количественной оценки изменения условий метаморфизма. В заключении этого раздела отметим, что в реальных метаморфических процессах может осуществляться как всего один из выделенных типов реакций, так и все три типа одновременно.
[вверх] [к разделу 1.3] Переход к главам: [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [к оглавлению]
[Главная] [О проекте]
[Участники] [Конференции]
[Журналы] [Публикации]
[Лекции] [Курсы] [Атлас]
[Словарь]
[Ссылки] [Soft] [Экспедиции] [Пейзажи] [Связь]
[Ссылки] [Soft] [Экспедиции] [Пейзажи] [Связь]
Секретарь проекта В.Г.Владимиров sgt@uiggm.nsc.ru
Web-дизайн Е.А.Бердникова zheka@petrol.uiggm.nsc.ru
© RSG SG&T 2000