Правительство российской федерации;pdf

Метаморфическая петрология
Лекция 8
А.Л. Перчук
МЕТАПЕЛИТЫ:
МЕТАМОРФИЗМ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ
Д
(окончание)
МЕТАМОРФИЗМ И
МАГМАОБРАЗОВАНИЕ
АFM диаграммы для метапелитов
Фация глаукофановых сланцев
С повышением степени метаморфизма (P и Т) :
 Все минералы становятся более магнезиальными.
 На смену карфолиту, пирофилиту приходят гранат и кианит.
 Все реакции сопровождаются выделением воды.
A
Ctd
Prl
A
+ Qtz, Phn
Car
Pyroph (Prl)- пирофилит Al2Si4O10(OH)2
Тc
+ Qtz, Phn
Ctd
Chl
F
Ky
y
Grt
M F
Chl
Тc
M
ЭКЛОГИТОВАЯ ФАЦИЯ: МЕТАПЕЛИТЫ
Условия: Т>450
450--500oC, Р>
Р>12 кб
Минералы: Grt,
Grt Tlc
Tlc, Ky
Ky,, Qz/Coe
(Omp, Phn, Chl, St)
Наиболее
магнезиальные породы
нередко называют
сланцами".
"..
"белыми сланцами
Белый сланец из
массива Дора
Дора--Майра,
Италия..
Италия
http://www.dakotamatrix.com/products/3624/coesite
Sold!
Кристалл пиропа из белого сланца, Дора
Дора--Майра,
Италия.. Фото Z. Sharp
Италия
Sharp..
Grt-Tlc
GrtTlc--Ky
Ky--Qz(Coe) ассоциация в белом сланце из
массива ДораДора-Майра - индикатор UHP условий
реакция Тс+Ky=Pyr+Coe+H
Тс+Ky=Pyr+Coe+H2O
б)
35
Tc P
T
Pyr
Ky Coe
Ch Ct
lK d
y
30
Ky
Gt
Давление, кбар
Д
Tc
T
Tc
Фото Z. Sharp, ISPET 2004
Tc
Mg-Car T c
Q Ky
20
Chl Tc
Ky
Q
15
75
Phe Phl
Tc Ky
Q
50
35
Si
l
K
y
Chl Tc
Q Ky
Tc Sil
Chl Cord
5
Ky
100
Chl Prp
Ky
25
10
Tc
125
Глубина, км
Г
Grt
Ky
And
400
Si l
And
600
800
Температура, С
о
1000
Участок Кулет в Кокчетавском массиве
содержит коэситсодержащие метапелиты.
Ky-GrtKyGrt-TlcTlc-Phn сланец с коэситом из
участка Кулет.
Порфиробласт граната из белого сланца
- главный свидетель эволюции метаморфизма (Parkinson,
(Parkinson, 2000)
Зональность граната
Участок Кулет
Phn
Alm
l
ядро
о
манти
ия
кайм
ма
Tlc+Ky
Mrg
Sps
Prp
Zo
Tlc+Ky+Phn
Phn
Ky
Ky
АFM диаграмма для метапелитов
Эклогитовая фация
A
Ky
+ Qtz, Phn
Ctd
Grt
F
Тc
M
МЕТАМОРФИЗМ
МЕТА
МОРФИЗМ
и
МАГМАОБРАЗОВАНИЕ
Фото М.А. Богомолова. Николи Х.
Процессы гранитообразования в метаморфических
комплексах
Широко распространенное явление в породах высоких ступеней
метаморфизма.
Анатексис (от греч.
греч anаtexis —
расплавление) — совокупность
процессов, ведущих к плавлению
горных пород с образованием магмы.
магмы
Представление об анатексисе было
впервые разработано финским
геологом Я.
Я И.
И Седерхольмом
С
(1907)
(1907).
Тараташский комплекс, карьер
"Радостный", Урал
stoneplus.cst.cmich.edu/migmatite.htm
Основные механизмы образования
анатектических гранитоидов
р
Гипотеза N1 (сделано в СССР)
В нашей стране под влиянием работ (и личности) великого
советского петролога Д. С. Коржинского (1972),
(1
) б
большой
й
популярностью пользуется гипотеза магматического
замещения.
Породы подвергаются термальному и
метасоматическому воздействию
глубинных "трансмагматических растворов".
 Выносятся фемические и привносятся
щелочные компоненты.
 Породы дебазифицируются и становятся
более лекгоплавкими.
б
 Начинаются процессы частичного
плавления.
академик Д.С. Коржинский
О трансмагматитрансмагматических флюидах вы
могли слышать во
время маршрута на
"Чашковску".
Слабо выраженная
полосчатость в гнейсах
й
иногда интерпретируетинтерпретируется как преобразование
амфиболитовых
прослоев
р
трансмагматическим
флюидом.
Основные механизмы образования
анатектических гранитоидов
р
Гипотеза N2 (сделано за рубежом)
 Дегидратационное
Д
плавление плавление пород вследствие протекания
реакций
й дегидратации и снижения
температуры солидуса за счет появления
водного флюида.
 Преимуществом данной гипотезы является
понятная связь гранитообразования
б
с
источником флюида. При этом не
исключаются эффекты преобразования
б
пород
под действием флюидов и расплавов, что
сближает
б
обе
б гипотезы.
амфибол  клинопироксен
линопироксен +
ортопироксен +
плагиоклаз + H2O
ма
р
е
от
од
ный
сол
в
Напр., реакция (переход от АФ к ГФ)
ге
раас п л ав
Плавление
в
условиях
закрытой
й
системы
начинается в том случае,
если
геотерма пересекает
линию
реакции
дегидратации.
д
др ц
При
р
этом
продукты реакции должны
находится выше (по Т) линии
водного
солидуса
соответствующей породы.
во
б езв д н ы й м
одн
ы й инерал
мин
ера
л+
H2 O
Дегидратационное
плавление при
метаморфизме
иудус
ТЕМПЕРАТУРА
Дегидратационное плавление и положение линии
водного солидуса
Плавление контролируется
не только положением
водного солидуса, но и
началом дегидратации.
30
Amp-out
Да
авление, кбар
Положение области
дегидратационного
плавления ограничивается
кривыми реакций
дегидратации в области
выше водного солидуса.
Zo o ut
Область частичного плавления MORB в водных условиях,
создаваемых за счет реакций разложения амфибола и
эпидота ( Vielzeuf et al 2003)
Область
частичного
плавления
MORB
20
10
0
n
Grt-i
600
800
Температура, С
о
ТТГ (TTG
(TTG)) – тоналит
тоналит-трондьемит
трондьемит-гранодиоритовая
формация в гранитогранито-гнейсовых комплексах докембрия
(щиты, фундамент платформ).
 Основной объем кислых пород континентальной
коры.
 Продукт плавления метабазитов.
 ТТГ часто представлены не гранитоидами, а гнейсами
(ортогнейсами).
Образование гранитоидов в Тараташском комплексе
Kf
sг
ра
ни
т
Нормативный
Н
й треугольник
(O'Connor, 1965)
60
60
т
ли
на
то
Из трех пород,
положенных в
основу названия этой
формации,
ф
р ц ,в
20
современной
номенклатуре
5
сохранилось лишь Kfs
10
две - тоналит и
гранодиорит.. Все три
гранодиорит
названия все еще
р
на
можно встретить
некоторых
петрохимических
TTG
диаграммах.
гранит
20
5
35
65
90
Pl
Генезис ТТГ является ключом к решению важнейшей
проблемы геологии -
КАК ОБРАЗОВЫВАВАЛАСЬ
КОНТИНЕНЕТАЛЬНАЯ КОРА?
Гиптозы
 Воздействие суперплюма(ов).
 Частичное плавление основания протокоры
за счет повышенного геотермического
р
градиента.
 Плавление субдуцирующей коры.
Hawkesworth et al 2010
Распределение
относительного
объема
ювенильной коры
во времени и
р
кристаллизационный возраст более
7000 детритовых
цирконов.
Дискретные
р
оценки
возраста!
р
Т.е.
рост коры
происходил
р
эпизодически.
КАК ОБРАЗОВЫВАВАЛАСЬ КОНТИНЕНТАЛЬНАЯ КОРА?
Суперплюмы или островодужный вулканизм?
Характер магматизма
Х
 "Базальтовый" - в плюмах (мало общего с
континентальной корой);
 "Андезитовый" (и др., включая адакитовый) - в
островных
р
дугах
у
(подходит для конт. коры).
р
Этапы магматизма
 эпизодический - в плюмах (подходит для коры).
 непрерывный - в островных дугах (не соответствует
представлениям об эпизодическом росте коры).
коры)
Как видите,
видите пока нет ясности даже по этим
основополагающим позициям.
ЧАРНОКИТОВАЯ СЕРИЯ еще одна визитная карточка*
докембрийских гранито
гранито-гнейсовых
й
комплексов
web.uct.ac.za
С использованием материалов из лекции О.Г. Сафонова
* иногда встречаются и более молодые чарнокиты
Чарнокиты
Чарнокиты часто
представлены
крупнозернистыми
разновидностями.
Santosh & Rajesh (2012)
Термин «чарнокит» был введен в петрологическую литературу
английским геологом Т.Х. Холландом (T.H. Holland. The charnockite
series, a group of Archean hypersthenic rocks in Peninsular Indi. Memoirs
of the Geological Survey of India, 28 (1900), pp. 192–249) для
обозначения Opx-содержащих
p
д р щ
гранитоидов
р
д р
района Мадрас.
др
Джоб Чарнок (Job
Charnock; 1630
1630—
1692)
—
агент
Британской ОстИндийской компа
компании,
основатель
Калькутты.
Гранулитовая фация - это безводные (в основном)
парагенезисы.
р
у
"сухой",
у
преобладает
р
СО2.
Флюид - преимущественно
В безводных условиях
формируютс
формируются весьма
с ма
специфические расплавы,
из которых не растут
водосодержащих
минералов (амфиболы,
слюды),
слюды) место которых
занимает ортопироксен.
НОМЕНКЛАТУРА ПОРОД ЧАРНОКИТОВОЙ СЕРИИ
(Frost, Frost, 2008)
Чарнокиты
(чарнокит
чарнокит))
–
Opx
содержащие
д р щ
гранитоидные
р
д
породы
отчетливо
магматического
(опдалит,
или
чарноэндерит)) происхождения
чарноэндерит
ортогнейсы
в
пределах
комплексов
гранулитовой
(эндерит
эндерит)) фации метаморфизма.
метаморфизма
В это определение могут
включаться
породы,
где
происхождение
Opx
не
определено.
(Qz мангерит
мангерит)) (мангерит
мангерит)) (йотунит
йотунит))
Авторы рекомендуют избегать термины опдалит, мангерит, йотунит,
и даже эндербит,
б
использую вместо этого номенклатурные
названия
гранитоидов
и
сиенитоидов
с
прилагательным
"ортопироксеновый".
Стабильность Opx в гранитоидных расплавах
(по экспериментальным данным)
1. Высокая температура (>8001000OC)
2. Низкое содержание H2O
3. Повышенная ХFe в расплаве
о
Те
емперату
ура, С
Т оС
Т,
Opx
900
Биотит
800
700
H2O вес. %
Ортопироксен
Фаяли
ит
8 кбар
Р=5 кбар
0.0
0.2
0.4
XFe
0.6
0.8
1.0
ЧАРНОКИТЫ
Ч РНОКИТЫ
по геологическому положению
Чарнокиты обобластей тектонотектономагматической
активизации
платформ
Чарнокиты
активных окраин
континентов
Чарнокиты
гранулитовых
комплексов
 Области
платформ
ЧАРНОКИТЫ
тектонотектоно-магматической
активизации
Анортозит-мангерит
Анортозитмангерит--чарнокит
чарнокит--гранитная магматическая
ассоциация (AMCG suite:
suite: Anorthosite
Anorthosite--Mangerite
Mangerite--Charnokite
Charnokite--Granite)
Granite)..
 Преимущественно докембрийский возраст.
 Широкое распространение.
 Граниты в основном представлены гранитамигранитами-рапакиви.
рапакиви
 Обстановка растяжения или посторогенная стадия.
 Механизм образования: воздействие андерплейтов на мощную
континентальную кору.
Модель образования AMSG серии с
деламинацией литосферного киля (McLelland
(McLelland et
al 2010)
ЧАРНОКИТЫ
 Области активных континентальных окраин
 Редкие находки.
 Самые молодые
д
((в
Тибете) имеют меловой
возраст.
 Механизм образования
дискуссионный: частичное
плавление субдуцирующей
плиты,
плиты либо воздействие
андерплейта на
континентальную кору.
Индийский континент
Zhang et al 2010
ЧАРНОКИТЫ
 Чарнокиты гранулитовых комплексов.
комплексов. Тип 1.
 Чарнокиты гранито
гранито--гнейсовых куполов
 Встречаются во многих гранулитовых комплексах. В краевых частях
кратонов.
 Образуют плавные переходы с гранитами, эндербитами, нередко и с
вмещающими гнейсами.
 Механизм образования: частичное плавление гнейсов и амфиболитов.
Схематический разрез через чарнокиточарнокито-гнейсовый купол,
Шарыжалгайский комплекс, Прибайкалье (Геря, Ножкин, 1988).
гнейсы
Opx гнейсы
р
((±± Bt))
чарнокиты
1 - гнейсы
й
с прослоями
метабазитов и кальцифиров; 2
- гнейсовидные чарнокиты и
эндербиты
н
б
с
прослоями
метабазитов; 3 - массивные
чарнокитоиды с ксенолитами
метабазитов; 4 - массивные,
массивные
крупнозернистые
биотитсодержащие чарнокитоиды.
ЧАРНОКИТЫ гранулитовых комплексов
Их формирование совпадало с периодами значительного
роста мощности коры, т.е. механизм их образования должен
быть близок к механизму образования ТТГ.
Rajesh (2012)
ЧАРНОКИТЫ и ТТГ
гранулитовых комплексов
 И те и другие породы - характерные
составляющие гранулитовых комплексов.
 ТТГ существенно преобладают.
 Проблемы:
Проблемы что общего в генезисе этих пород и в
чем различия?
тоналит (jgs.lyellcollection.org)
чарнокит (ron.outcrop.org)
ЧАРНОКИТЫ гранулитовых комплексов. Тип 2.
ПЯТНИСТЫЕ ЧАРНОКИТЫ
(arrested charnockites, patchy charnockites, incipient
charnockites)
 Встречаются во многих гранулитовых комплексах.
 Пространственно связаны с магматическими
чарнокитами.
 Существует несколько гипотез (моделей)
образования.
р
Пятнистые чарнокиты
Bt-Amp
Bt
Amp гнейс
Santosh & Rajesh (2012)
чарнокит
Bt Grt гнейс
Bt-Grt
Santosh & Omori (2008)
МЕХАНИЗМЫ ОБРАЗОВАНИЯ ЧАРНОКИТОВ В
ГРАНУЛИТОВЫХ КОМПЛЕКСАХ
МЕХАНИЗМЫ ОБРАЗОВАНИЯ ЧАРНОКИТОВ В ГРАНУЛИТОВЫХ КОМПЛЕКСАХ
Дегидратационное плавление биотитовых гнейсов
 Переход от пород амфиболитовой к гранулитовой фации определяется
реакциями разложения биотита и выделением водного флюида,
способствующего
у
частичному
у плавлению. Напр.,
р образование
р
по р
реакции
Bt + Pl + Qz = Opx + Grt + Kfs + H2O + L
 Эксперименты
р
не доказывают, что Орх
р будет
у
непременно
р
находиться в
расплаве.
 Не учитывается роль углекислого флюида, характерного для этого типа
пород.
Bt + Pl + Qz
Opx
p + Grt + Kfs
+ H2O + L
ST97, Stevens et al. (1997); PB96, Patin˜o
Douce & Beard (1996); PB95, Patin˜o Douce
& Beard (1995); VM94, Vielzeuf & Montel
(1994).
Nair, Chacko, 2002
МЕХАНИЗМЫ ОБРАЗОВАНИЯ ЧАРНОКИТОВ В ГРАНУЛИТОВЫХ КОМПЛЕКСАХ
Взаимодействие Bt гнейсов с
водно--углекислыми флюидами
водно
CO2
чарнокит
гнейс
коровое
содержание
изотопа
Santosh, Omori, 2008
мантийное
содержание
изотопа
МЕХАНИЗМЫ ОБРАЗОВАНИЯ ЧАРНОКИТОВ В ГРАНУЛИТОВЫХ КОМПЛЕКСАХ
Взаимодействие Bt гнейсов с углекислыми
флюидами
Bt + 3 SiO2 = 3 Opx
p + Kfs + H2O
флюид H2O+СО2
Kfs
Bt + Qtz
Bt
снижение
Т чарнокитизации
Opx + Kfs +H2O
aH2O  XH2O
Opx
Qz
Opx
Qz
МЕХАНИЗМЫ ОБРАЗОВАНИЯ ЧАРНОКИТОВ В ГРАНУЛИТОВЫХ КОМПЛЕКСАХ
Взаимодействие
гнейсов
щелочным флюидом
с
комплексным
Чарнокитизация происходит на регрессивном этапе
метаморфизма,
как
процесс
метасоматической
проработки и плавления гнейсов под воздействием
комплексных флюидов К2О-СО2-Н2О.
Bt + SiO2 + K2O (во флюиде) = Opx + Kfs + H2O
Pl
Kfs
Opx
Bt
Opx
L. Perchuk, Gerya, 1993; L. Perchuk et al 2000
При
этом
создаются
специфические реакционные
структуры – каймы щелочного
полевого
шпата
и
закономерное
изменение
ущ
у щ
с
составов сосуществующих
ними Pl
Pl,, Bt,
Bt, Opx,
Opx, Hbl.
Hbl.
МЕХАНИЗМЫ ОБРАЗОВАНИЯ ЧАРНОКИТОВ В ГРАНУЛИТОВЫХ КОМПЛЕКСАХ
Взаимодействие гнейсов с комплексным щелочным флюидом
Переход от гнейса к чарнокиту в образце
Чарнокит и
Ч
лейкогранит
П
Переходная
зона
L. Perchuk et al 2000
Исходный
И
й
гнейс
ПЛАВЛЕНИЕ при
метаморфизме высокого
давления
В комплексах высокого давления,
давления, в отличие от
менее глубинных гранулитовых и амфиболитовых,
продукты плавления не сохраняются в виде
мигматитов или отчетливо видимых магматических
тел.
Причины
• Пр
Превращение
р щ н магматических
ч
х пород
оро в
метаморфические при подъеме комплекса.
• Способность
С
б
расплавов к миграции при высоком
давлении (?)
(?)..
Поэтому важные сведения о плавлении метапелитов
(и др.
др пород высокого давления) черпаются из
экспериментов, а также из специфических включений.
П
Полифазные
включения в гранате из алмазоносного гранат-двуслюдяного
гнейса, Рудные Горы, Германия (Stoeckhert et al 2009). (a) изображение в
отраженных электронах (BSE) (b) изображение во вторичных электронах (SE)
Полифазные включения - раскристаллизованные
р
расплавы
Включения в гранате и кианите из эклогита и кианитового
кварцита, терейн
й С
Сулу, Китай
К
й (Ferrando
(F
d et all 2005)
Полифазные включения - раскристаллизованные
р
расплавы
Включения из алмазоносных карбонатно
карбонатно--силикатной
породы и GrtGrt-Bt гнейса ((Korsakov,
Korsakov, Hermann, 2006).