 |
Тектоническое общество
России
РУССКОЯЗЫЧНАЯ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ ГРУППА ПО СТРУКТУРНОЙ ГЕОЛОГИИ И ТЕКТОНИКЕ Открытые публикации |
МЕТАМОРФИЗМ И ТЕКТОНИКА
Глава 1. Метаморфизм: базовые понятия и определения (разделы 1.3-1.7)
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
1.3. Фации метаморфизма и фациальные серии
Понятие фация метаморфизма является чрезвычайно важным, базовым в метаморфической геологии. Существует много разных вариантов определения фаций метаморфизма. Определение классиков метаморфизма (Fife et al, 1958) звучит следующим образом: "Метаморфическая фация - это серия ассоциаций метаморфических минералов, неоднократно совместно проявлявшихся в пространстве и во времени и отражающих постоянные и, следовательно, предугадываемые соотношения между минеральным и химическим составом". По существу верно, но не очень понятно. Нам представляется, что лучше сформулировать следующим образом: "Метаморфическая фация - это ограниченная область в координатах температура-давление, характеризующаяся определенным, специфичным набором минеральных ассоциаций, устойчивых только в этой области". Сразу заметим, что оба определения не противоречат друг другу, но акцентируют разные моменты: в первом определении фация понимается как набор определенных минеральных ассоциаций, устойчивых в некотором интервале температур и давлений, во втором - как некоторая область температур и давлений, характеризуемая определенным набором минеральных ассоциация. Следует подчеркнуть, что фация определяется отнюдь не единичным индекс-минералом или даже не одним каким-либо критическим минеральным парагенезисом, а именно полным набором относящихся к ней минеральных ассоциаций.
Существует много вариантов схемы метаморфических фаций, предложенных разными исследователями в разное время. Обладая принципиальным сходством, они могут существенно различаться в деталях, особенно в вопросе выделения и названий субфаций. Обзор всех имеющихся вариантов занял бы слишком много места, поэтому ограничимся демонстрацией двух вариантов схемы метаморфических фаций, один из которых является упрощенным и наиболее понятным, а второй - при некоторой усложненности дает еще и представление о фациальных сериях. При сопоставлении приведенных примеров обратите внимание, что в международной литературе на графике температура-давление значения температуры обычно показаны по оси абсциссы, а давления - по ординате, в то время как в большинстве русских схем, в том числе демонстрируемой ниже схеме Н.Л.Добрецова и других, ситуация обратная: давление - абсцисса, температура - давление. Это обстоятельство весьма затрудняет сопоставление материалов разных авторов, и не случайно в русскоязычных публикациях последних десяти лет, большинство российских метаморфических геологов используют принятый в международном сообществе вариант диаграммы при демонстрации РТ-условий метаморфизма.
В простейшем варианте без выделения субфаций (Yardley, 1991) схема метаморфических фаций показана на рис. 1.4. Подчеркнем, что практически все выделенные фации, а главное, их названия, являются общепринятыми. Фации контактового метаморфизма расположены вдоль оси абсцисс, а давления в них не превышают 2-2.5 кбар. В зависимости от температуры выделяются санидиновая (800°С и выше), пироксен-роговиковая (650-800°С), амфибол-роговиковая (500-650°С) и эпидот-амфибол-роговиковая (350-500°) фации. В области умеренных давлений (2-12 кбар в зависимости от температуры), соответствующих региональному метаморфизму выделяются гранулитовая (750°С и выше), амфиболитовая (550-700°С), зеленосланцевая (350-550°), пренит-пумпеллиитовая (250-350°С) и цеолитовая (250°С и ниже) фации. В области повышенных давлений (7 кбар и выше в зависимости от температуры), соответствующих специфическим тектоническим условиям, выделяются низкотемпературная глаукофансланцевая (500°С и ниже) и эклогитовая (550-900°С) фации. На схеме также показаны переходные области, в которых можно обнаружить минеральные ассоциации, характерные для соседствующих фаций.
Схема фаций, предложенная Н.Л. Добрецовым, с соавторами (Фации:, 1970) представлена на рис. 1.5. В ней чётко выделены фациальные серии, различающиеся по давлению:
А - фации низких давлений, примерно соответствующие контактовому метаморфизму;
В - фации умеренных давлений, соответствующие обычному региональному метаморфизму;
С - фации высоких давлений в земной коре;
Д - фации сверхвысоких давлений (в мантии).
Исключая группу Д остальные три фациальные серии по температуре разделены на четыре фации каждая, например: А0, А1, А2, А3; В1, В2, В3, В4; С1, С2, С3, С4. Границами фаций служат линии минеральных равновесий, ограничивающие термодинамические поля устойчивости важнейших минералов и парагенезисов. При выделении фаций метаморфизма учитываются критические и запрещенные минеральные ассоциации.
Группа А. Фации низкого давления, соответствующие в основном контактовому метаморфизму. Общее давление от 1 бар до 3-4 кбар. Сильные колебания давления PH2O и PCO2. Температурный интервал метаморфизма от 550°С до 1200°С.
А0 - Спуррит-мервинитовая фация. Температура от 900-1200°С, а давление от 1 до 200-300 бар. Она характерна для ксенолитов в вулканических породах или в непосредственном контакте с интрузиями габброидов. Имеет крайне ограниченное распространение. Фация для класса карбонатных составов подразделяется на две субфации:
Мервинит-кальцитовая субфация.
Монтичеллит-спуррит-тиллиитовая субфация.
А1 - пироксен-роговиковая фация. Температура от 700-800°С до 900°С, давление от первых сотен бар до 3-4 кбар. Сверху поле фации ограничено линией устойчивости силлиманита, кварца, волластонита с кальцитом, граната, биотита, а также линией плавления базальта. Она характерна для внутренних частей ореолов, генетически связанных с интрузиями различных габброидов. Фация подразделяется на две субфации:
Волластонит-геленит-анортитовая субфация.
Гроссуляровая.
А2 - амфибол-роговиковая фация. Температура от 550° чаще от 600° до 800°С, давление от первых десятков, сотен бар до 3-4 кбар. Сверху поле фации ограничено линией устойчивости альмандина, доломита, кальцита с кварцем. Она подразделяется на две субфации:
Силлиманитовая субфация амфиболовых роговиков.
Андалузитовая субфация амфиболовых роговиков.
А3 - мусковит-роговиковая фация. Температура меньше 550-600°С, давление 3-4 кбар. Породы этой фации обычно локализованы во внешних частях контактовых ореолов.
А4 - минеральные фации, соответствующие гидротермальным и метасоматическим породам, связанным с контактовыми ореолами, сформированными при низких давлениях.
Группа В. Фации умеренного (среднего) давления, соответствующие обычному региональному метаморфизму. Доля PH2O во флюиде закономерно убывает от низкотемпературных фаций В4 и В5 к высокотемпературным фациям В1 В2, где она опускается до 0,2-0,3 Робщ. Напротив РСО2 возрастает в соответствующих пределах. Общее давление меняется в пределах от 3-5 кбар до 10-15 кбар. Температурный интервал метаморфизма от 300-400°С до 900-1000°С.
В1 - гранулитовая фация (двупироксеновых гнейсов). Температура метаморфизма - от 750-800°С до 900-1000°С, давление - от 4-5 кбар до 12-13 кбар. Сверху по температуре и давлению поле фации ограничено линией плавления базальта, устойчивости альмандина и доломита. Субфации не выделяются.
В2 - амфиболитовая фация (силлиманит-биотитовых гнейсов). Температура метаморфизма изменяется от 650°С до 800°С, а давление от 4 до 8 кбар. Верхний температурный предел фации ограничивается равновесием Opx+Cpx+Kfs+Q " Grt+Bi+Amf, исчезновением ромбических амфиболов и Bi+Sill+Q ассоциации. По давлению фации В1 и В2 от фаций С1 и С2 ограничены линиями дистена и полной эклогитизации.
В3 - эпидот-амфиболитовая фация (андалузит - мусковитовых сланцев). Верхний температурный предел фации определяется устойчивостью Mus+Q и Stav+Q, соответствуя температурам 600-650°С. Нижняя температурная граница фации фиксируется сменой альмандина хлоритом с кварцем, исчезновением роговой обманки, сменяющейся парагенезисом Act+Er+Ab и ставролита, вытесняющегося хлоритом. Это отвечает температурам около 500 0С. По давлению фация В3 от фации С3 отделена линией устойчивости дистена, что соответствует давлению в 7,5-10 кбар.
В4 - фация зелёных сланцев. Температурный интервал от 300-400°С до 500-550°С. Сверху по температуре она ограничена устойчивостью Chl+Q, характеризуется отсутствием роговой обманки, альмандина и олигоклаза. В большей части фации устойчивы также пирофиллит и пумпеллиит. Нижняя граница фации фиксируется отсутствием каолинита, диаспора, цеолитов и др. Са-минералов. По давлению Р-Т область зелёносланцевой фации и лавсонит - глаукофановой фации разделяются линией устойчивости Law+Q, Arag+Gad, что соответствует давлению в 7-10 кбар.
В5 - цеолитовая фация и региональный эпигенез. Температура метаморфизма от 100 до 300-350°С, давление обычно не превышает 3-5 кбар.
Группа С. Фации высокого давления. Характеризуются давлением в 8 кбар при низкой температуре и свыше 15 кбар при высокой температуре. Температурный интервал от 300 до 1000°С. Обычно локализуются в узких тектонических зонах т.н. "локальный метаморфизм".
С1 - эклогитовая фация. Температура метаморфизма изменяется от 850°С до 1000°С, а давление превышает 14 кбар. Нижний температурный предел фации фиксируется наличием граната с содержанием пиропового минала не менее 50 %.
С2 - фация дистеновых гнейсов и амфиболитов. Температура от 650 до 800-850°С, давление свыше 10 кбар, но иногда достигает в условиях земной коры 15-17 кбар. Нижней границей фации является линия устойчивости Mus+Q, ограничивающей устойчивость Ky+Kfs.
С3 - фация дистен-мусковитовых сланцев (глаукофан-альмандиновая). Нижняя её граница определяется устойчивостью дистена и альмандина в области давлений до 15 кбар и линией лавсонита при Робщ.>15 кбар. Температура - от 500 до 650°С. На петрогенетической схеме (см. рис.) фация подразделена на две субфации С3а и С3 линией устойчивости жадеита.
С4 - жадеит-лавсонит-глаукофановая фация. Температурный интервал - 300-550°С, давление свыше 8-10 кбар. Фация, для которой очевидно наиболее высокое давление при относительно низкой температуре ограничено линией устойчивости Law+Q, по давлению - глаукофана с лавсонитом или эпидотом, а также эпидотом и жадеитом.
Фации верхней мантии. Фации верхней мантии доступны изучению непосредственно по ксенолитам в кимберлитах. Давление превышает 25-30 кбар, температура составляет около 900-1100°С. Выделяются следующие фации:
1) эклогитовая фация;
2) коэситовая фация;
3) фация алмазоносных эклогитов.
Еще раз подчеркнем, что сопоставление двух схем фаций разных авторов показывает их принципиальное сходство при некоторых различиях в количестве и названиях фаций. Что же касается субфаций, то здесь вариации их полей и названий значительно больше, поскольку они выделяются для групп пород разного состава. Если метаморфическая толща имеет существенно метапелитовый состав, то в ней возможно выделение достаточно большого количества субфаций. А вот разделить толщу пород основного состава, метаморфизованную в том же интервале РТ-условий будет значительно труднее, а часто и невозможно. Поэтому можно сказать, что схема фаций - это общегеологическое понятие, а схемы субфаций имеют личностно-региональный характер.
1.4. Тренды метаморфизма
Рассмотрим обобщенный эволюционный процесс метаморфизма первично осадочного комплекса пород (рис. 1.6). Поскольку осадки формировались на поверхности, можно принять допущение, что температура до метаморфизма равнялась нулю, а давление - одной атмосфере. По мере перекрытия рассматриваемого комплекса другими отложениями и погружения его в более глубокие горизонты происходит рост температуры и давления, что по мере их достижения некоторых критических величин приводит к появлению минеральных и структурных преобразований в породе. После достижения максимальных значений Р и Т, соответствующих кульминации метаморфизма, начинается обратный процесс выведения пород к поверхности, сопровождающийся снижением температуры и давления. Поскольку породы, которые мы изучаем, находятся в данный момент на поверхности, то условия финальной стадии процесса будут соответствовать существующим в начальный этап. Кривая, описывающая изменение РТ-условий от начальной до финальной стадии метаморфизма называется трендом метаморфизма. Для первично осадочных пород эта кривая всегда будет иметь замкнутый вид, коль скоро все начинается и заканчивается на поверхности Земли, в случае же метаморфизованных интрузивных пород начальные, предметаморфические условия могут существенно отличаться в сторону повышения температур и давлений. На рисунке 1.6 показан простейший вид тренда метаморфизма, тренды же в реальных метаморфических комплексах могут иметь гораздо более сложный вид, обусловленный неоднократными проявлениями импульсов метаморфизма. Нередко выделяются тренды метаморфизма по часовой стрелке или против часовой стрелки. В первом случае вначале проявляется максимум по давлению, а затем - максимум по температуре, во втором случае ситуация обратная. Корректное построение трендов метаморфизма - очень сложная и не всегда решаемая задача. Оно требует количественного определения температур и давлений для разных стадий метаморфизма, для чего обычно используется парагенетический анализ и минеральные геотермобарометры.
1.4.1. Минеральные гео- и термобарометры
Как уже отмечалось выше, минеральные ассоциации, а также составы сосуществующих минералов в метаморфических породах во многом определяются РТ-условиями метаморфизма. Коль скоро это так, то по минеральным ассоциациям, а также составам минералов мы можем судить о параметрах метаморфизма. Приблизительную оценку РТ-условий метаморфизма можно получить уже только на основании определенного набора тех или иных минералов, для более точного определения температуры и давления образования той или иной породы необходимо знание состава сосуществующих минералов, а также изменения этого состава по мере их роста.
1.4.1.1. Индивидуальные геотермобарометры
Существующие минеральные геотермометры и геобарометры основаны на принципе перераспределения компонентов, например железа и магния, в сосуществующих минералах. В равновесных условиях существует строгое соответствие между температурой, давлением и распределением изоморфных компонентов между фазами. Степень влияния температуры или давления на состав сосуществующих минералов может быть разной, и для термометрии или барометрии стараются использовать такие минеральные пары, в которых влияние на коэффициент распределения компонентов одного из факторов намного превышает влияние другого. Для калибровки геотермобарометров используются два типа данных: 1) экспериментальные данные, которые позволяют оценить состав фаз в заданных РТ-условиях; 2) термодинамические расчеты. Если ранние варианты геотермобарометров опирались, главным образом, на экспериментальные данные, то при разработке современных версий приоритет отдается термодинамическим расчетам. В большинстве геотермометров используются составы пар минералов (гранат-биотит, ортопироксен-клинопироксен и др.), однако при этом предполагается присутствие в ассоциации других минералов, например кварца или плагиоклаза, реальные составы которых при расчетах не учитываются. Существуют геотермометры или геобарометры, основанные на перераспределении большего количества компонентов в большем количестве фаз, и мономинеральные. Последние, например амфиболовый геотермометр, отличаются меньшей надежностью получаемых значений. К наиболее известным относится гранат-биотитовый геотермометр, ранние версии которого были откалиброваны еще в 60-х годах. В настоящее время существует более десятка вариантов этого геотермометра. Часть из них опирается только на соотношение Fe/Mg в биотите и гранате, другие учитывают влияние примесей Ca, Mg, валовый состав породы, предполагаемый интервал температур и давлений и др. Сложность использования разных вариантов заключается в том, что все они дают разные значения, выбор из которых корректных значений нередко является серьезной проблемой.
1.4.1.2. Согласованные базы термодинамических данных
В последнее десятилетие для оценки РТ-условий метаморфизма все чаще применяются согласованные системы термодинамических данных, позволяющие использовать уравнения большого числа равновесий, управляющих парагенетическими соотношениями в метаморфической породе. Для этого разработаны специальные компьютерные программы, наиболее известными из которых являются Termocalc (Powell, Holland, 1988; Holland, Powell, 1998) и TWLQ (Berman, 1988). Каждый минерал переменного состава рассматривается как смесь конечных миналов (например, гранат представлен альмандином, пиропом, гроссуляром, спессартином и андрадитом в соответствующих пропорциях). При расчете реакций также используются чистые миналы. Результаты расчетов минеральных равновесий представлены в виде системы кривых, пересекающихся в случае равновесия в некоторой точке на РТ-диаграмме. Отметим, что далеко не для каждой минеральной ассоциации могут быть получены корректные оценки температур и давлений. Более того, даже в случае подходящего минерального парагенезиса система расчетных кривых не обязательно будет иметь точку пересечения. В этом случае можно говорить о неравновесности проанализированных минералов или плохом качестве их анализов. Подчеркнем еще раз, что для расчета температур и давлений очень важной является именно равновесность минеральных ассоциаций. В реальных породах мы нередко имеем совокупность новообразованных фаз и реликты более ранних минералов, которые никак не могут находиться в равновесии.
1.4.2. Проградный и ретроградный метаморфизм
Вернемся к рисунку 1.6, на котором продемонстрирован типовой тренд метаморфизма. Часть тренда, фиксирующая повышение температуры и давления, нередко называется проградной (прогрессивной). Отрезок же, соответствующий снижению температуры и давления, относят к ретроградной (регрессивной) ветви метаморфизма. Область максимальных температур и давлений нередко называют кульминацией метаморфизма. Проблема построения тренда заключается в том, что по конкретной минеральной ассоциации мы обычно можем определить какую-то точку РТ-значений, а не отрезок тренда. Другими словами, в случае равномерно метаморфизованного комплекса тренд метаморфизма или какой-то его отрезок можно строить только в приливе буйной фантазии. Ведь имея только одну точку, мы даже не знаем какой ветви тренда (проградной или ретроградной) она соответствует. Благоприятными для построения метаморфических трендов могут быть зональные комплексы, в которых каждая зона соответствует разным РТ-условиям метаморфизма. В идеале мы сможем получить серию точек на РТ-диаграмме, по которой можно построить отрезок метаморфического тренда. Очень важными являются также случаи совмещения более ранних ассоциаций, сохранившихся в виде реликтов, и поздних, отражающих уже другие РТ-условия. Раздельное использование этих ассоциаций также может позволить построить отрезок РТ-тренда или, по меньшей мере, оценить направленность тренда. Зональность метаморфических минералов также может иметь важное значение для построения трендов. Использование составов центральной и краевой части зональных минералов по отдельности позволяет корректно оценить тенденции изменения температуры и давления. Зональность в минералах может отражать как проградную, так и ретроградную стадии метаморфизма. При этом существует такая закономерность. В низкотемпературных метаморфических комплексах наиболее типичной является проградная зональность, отражающая рост температуры и (или) давления в процессе метаморфических превращений. В высокотемпературных же комплексах, напротив, проявления проградной зональности очень редки, в то время как ретроградная зональность является весьма обычной. Объяснение этого феномена достаточно простое. Чем выше температура системы, тем выше скорость и больше степень завершенности метаморфических реакций, приводящие к полной реэквилибрации системы. В низкотемпературной области выше сохранность более ранних низкотемпературных фаз. Высокая скорость реакций в высокотемпературной области способствует полной перестройке системы и уничтожению реликтов ранних парагенезисов.
1.5. Типы проявления метаморфических процессов
Метаморфические процессы могут проявляться на обширных территориях или локализоваться в пределах узких зон или участков. В зависимости от специфики проявления метаморфизма выделяются некоторые его типы. Хотя общепринятой классификации типов метаморфизма не существует, некоторые понятия активно и давно используются. Ниже мы приведем краткую характеристику таких понятий.
Региональный метаморфизм. Этот термин применяется для характеристики метаморфических процессов, проявленных на обширных территориях в пределах складчатых областей и выступов фундамента на платформах. Метаморфические породы не приурочены к каким-либо магматическим телам, хотя присутствие последних среди полей метаморфических пород является обычным делом. Диапазон температур и давлений метаморфизма весьма широк. Региональный метаморфизм сопровождается деформациями и складчатостью. Обычным для метаморфических пород является наличие планарных текстур (сланцеватость, гнейсовидность), обусловленных анизотропным (однонаправленным) положением призматических или пластинчатых метаморфических минералов или полосовидного распространения разных минералов. Для некоторых проявлений регионального метаморфизма применяется термин метаморфизм погружения (захоронения). Он используется в случае накопления мощных осадочных или вулканогенно-осадочных серий в осадочных бассейнах, которые в нижних частях разреза подвергаются низкотемпературному метаморфизму. Деформации, в отличие от других проявлений регионального метаморфизма практически не проявлены или проявлены очень слабо.
Контактовый или термальный метаморфизм обусловлен повышением температуры в контактовых частях магматических тел. Как правило, деформации в этом случае проявлены слабо, а метаморфические породы, нередко называемые роговиками, имеют массивную, узловатую текстуру. В то же время, если роговики развиваются по метаморфическим или слоистым осадочным породам, то планарная (сланцеватая, гнейсовидная) текстура, свойственная регионально метаморфизованным породам, сохраняется. Мощность контактовых ореолов варьирует от нескольких миллиметров до нескольких километров и зависит от нескольких факторов, главными из которых являются мощность и форма интрузивных тел, а также флюидонасыщенность магматических расплавов. Казалось бы, что температура магматических расплавов также должна серьезно влиять на мощность зоны метаморфических преобразований. Однако контактовые ореолы вокруг интрузий основного состава (Т расплава 1000-1200°С) значительно меньше ореолов вокруг гранитных плутонов (Т расплава 650-800°С), что еще раз говорит о большей важности степени флюидонасыщенности расплава. Еще одним важным фактором, который редко оказывается в поле внимания исследователей, является степень подготовленности среды, определяемая температурой и флюидонасыщенностью, но уже не расплава, а вмещающих комплексов. Чем меньше температура среды, тем меньше контактовый ореол, что мы нередко и наблюдаем при локализации интрузий в неметаморфизованных или слабометаморфизованных породах.
Динамометаморфизм. Этот термин используется для метаморфических комплексов, локализованных в узких протяженных зонах и трассирующих зоны разломов на разных уровнях земной коры. Типичными продуктами динамометаморфизма являются милониты и бластомилониты (иногда применяется более общий термин тектониты), рассмотренные более подробно в главе 3.
Гидротермальный метаморфизм. Этот термин практически не используется в русскоязычной литературе, где применяется термин "метасоматоз", но достаточно распространен в иностранных геологических изданиях. Рассматриваемый тип метаморфизма обусловлен циркуляцией горячих флюидов по трещинам и приурочен к крупным гранитоидным плутонам. В качестве гидротермального метаморфизма описываются также процессы в пределах спрединговых центров, более детально рассмотренные в главе 2.
Импактный метаморфизм не имеет никаких генетических связей со всеми остальными типами метаморфизма и обусловлен воздействием крупных метеоритов на поверхность Земли. Он характеризуется высокими и сверхвысокими температурами и давлениями, а также кратковременностью метаморфических превращений. В образующихся кратерах обнаружены такие высокобарные минералы как алмаз (Попигайская структура) и полиморфные модификации кварца - коэсит и стишовит.
1.6. Экспонирование метаморфических комплексов
Под экспонированием метаморфических комплексов понимается их выведение к поверхности в результате каких-либо процессов. Если учесть, что все метаморфические комплексы, которые мы изучаем, обнажены на поверхности, то все они были подняты к поверхности с разных глубин, варьирующих от 5 до 120 (?) км. Этот момент в течение долгого времени игнорировался метаморфическими геологами, да и сейчас понимается далеко не всеми. Между тем, даже если не принимать во внимание метаморфические комплексы высоких давлений в силу не бесспорности прямой корреляции давлений при метаморфизме с глубиной, то все равно для того, чтобы гранулиты умеренных и повышенных давлений оказались на поверхности, нужно убрать с них перекрывающие комплексы, мощность которых достигала 20-40 км. Это же сколько Эверестов надо сточить до самого основания! Кстати, игнорирование процесса выведения метаморфических комплексов к поверхности во многом обусловлено тем, что молчаливо и бездоказательно считается, что процессы обычной эрозионной денудации - причина обнаженности всех известных метаморфических комплексов. А если это так, то основной фактор такой денудации - время, исходя из простой логики: чем больше глубина проявления метаморфических процессов, тем больше времени необходимо для появления метаморфических комплексов на поверхности. Из этого положения вытекает одно из наиболее распространенных заблуждений в метаморфической геологии, которое можно сформулировать следующим образом: степень метаморфизма является показателем возраста пород. Многие до сих пор уверены, что гранулиты встречаются только в раннедокембрийских комплексах, а одно из наиболее ярких изречений по этому поводу, высказанное крупным специалистом по докембрийским метаморфическим комплексам Сибири А.А. Шафеевым, звучит так "гиперстен (в метаморфических породах) - визитная карточка архея". Между тем, исследования последних десятилетий показали, что высокотемпературные (гранулитовые) метаморфические комплексы встречаются и в каледонских, и в герцинских, и, даже, в кайнозойских складчатых системах (Harley, 1989 и др.), причем не как выступы гипотетического древнего фундамента, а как результат проявления процессов тектогенеза соответствующего возраста.
Но вернемся к экспонированию метаморфических комплексов. Действительно, эрозионная денудация перекрывающих комплексов является важным механизмом, обеспечивающим обнаженность на поверхности фрагментов средней и нижней коры, к которым и относятся метаморфические комплексы, но далеко не единственным. Выделяются еще два механизма экспонирования метаморфических комплексов - тектоническая денудация и эксгумация. Более подробная характеристика механизмов экспонирования приведена ниже.
1.6.1. Экзогенная денудация
Нет особой необходимости специально характеризовать механизм экзогенной денудации. В простейшем виде он выглядит так: происходит механическое и химическое разрушение горных пород на поверхности, и за счет удаления разрушающегося материала обнажаются комплексы более глубоких уровней. Однако требуют некоторых пояснений и комментариев вопросы взаимосвязи тектонических и эрозионных процессов. Необходимой предпосылкой эрозионных процессов является воздымание блоков земной коры, и чем выше его скорость, тем больше интенсивность эрозионных процессов. А вот воздымание таких блоков обусловлено именно тектоническими процессами, которые могут иметь разную, нередко глубинную природу. Детальные геохронологические исследования некоторых метаморфических комплексов, проведенные в последние годы, показали, что интервал между кульминацией метаморфизма и появлением метаморфизованных пород в верхних уровнях коры может быть разным, иногда весьма длительным, но чаще очень небольшим по геологическим меркам, составляя 5-15 млн. лет. Значение этого факта состоит в том, что рушится застарелое и неправильное представление о весьма длительной (сотни миллионов лет) чисто эрозионной истории метаморфических комплексов.
1.6.2. Тектоническая денудация
Представления о тектонической денудации нельзя отнести к числу широко распространенных. Они появились в достаточно оформленном виде только в начале 80-х годов в связи с обнаружением комплексов метаморфических ядер. Суть тектонической денудации заключается в том, что в процессе крупноамплитудного растяжения орогенов верхняя часть коры тектонически утоняется за счет комбинации двух механизмов. Первый механизм заключается в формировании глубоко проникающего пологого сброса, по которому происходит "сползание" висячего блока (рис. 1.8a), что приводит к экспонированию лежачего блока. Второй механизм тектонической денудации обусловлен разным поведением нижних и верхних горизонтов земной коры в процессе растяжения, обусловленным различием их реологических свойств. Если в нижних частях коры широкое проявление пластических деформации приводит к "растеканию всего слоя", то в верхних частях, характеризующихся хрупкими деформациями, утонение всего "хрупкого слоя" может происходить за счет вращения блоков по листрическим разломам (рис. 1.8б). И в первом и во втором случаях значительно утоняется, вплоть до полного удаления, верхняя перекрывающая часть, что автоматически ведет к экспонированию комплексов, расположенных на более глубоких уровнях. Как правило, в реальных геологических объектах, более детально рассмотренных в главе 5, реализуются оба механизма, что отражено в модели Б. Верника для комплексов метаморфических ядер (рис. 1.8b).
1.6.3. Эксгумация
Применение термина "эксгумация", обычно используемого в медицинской криминалистике, по отношению к геологическим процессам, как правило, вызывает стойкое неприятие специалистов. Тем не менее, в зарубежной геологической литературе он получает все более широкое распространение. Причиной этого является то, что для описания сложного процесса погружения пород, образовавшихся на поверхности, с последующим их извлечением в результате тектонических процессов можно использовать только одно слово, и все становится понятно. Практически полная аналогия: сначала закопать, а потом выкопать. Впервые в геологии термин был использован для описания процессов тектонического "выталкивания" фрагментов субдуцированной океанической плиты, претерпевшей высокобарный метаморфизм по мере погружения. Модель такого выталкивания будет более подробно обсуждена в главе 4 при рассмотрении высокобарических комплексов. Позднее термин применялся и для объяснения экспонирования метаморфических комплексов при рассмотренной выше тектонической денудации в комплексах метаморфических ядер. Однако нам представляется, что для более четкого разделения тектонических процессов, обусловливающих выведение метаморфических комплексов из глубинных уровней коры к поверхности, лучше употреблять термин "эксгумация" только в случае тектонического "выталкивания" или "всплывания" каких либо блоков. А при тектонической или эрозионной денудации перекрывающих комплексов использовать термины "тектоническая денудация" или "эрозионная денудация" соответственно.
1.7. Заключение
Хотим еще раз подчеркнуть, что целью данной главы было ввести читателя в курс проблем метаморфической геологии и дать краткую характеристику основных понятий, используемых далее при обсуждении вопросов соотношения метаморфизма и тектоники. Тем же, кто намерен более глубоко вникнуть в метаморфические проблемы, рекомендуем изучит четыре тома "Фаций метаморфизма" под редакцией В.С. Соболева, изданной в 1970-1974 гг. и до сих пор остающейся наиболее полной сводкой по проблемам метаморфизма. Желающим же быть в курсе современных разработок в метаморфической геологии и петрологии рекомендуем читать журнал "Journal of Metamorphic Geology". К сожалению, в России нет специализированного журнала, посвященного проблемам метаморфизма. Отдельные статьи по метаморфизму можно найти в журналах "Петрология", "Геология и геофизика", "Геотектоника" и в некоторых других изданий.
[вверх] 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