МАССООБМЕН НА КОНТАКТЕ ВЫСОКОГЛИНОЗЕМИСТЫХ МЕТАПЕЛИТОВ И ЖЕДРИТСОДЕРЖАЩИХ ГНЕЙСОВ ПРИ ВЫСОКИХ ТЕМПЕРАТУРАХ И УМЕРЕННЫХ ДАВЛЕНИЯХ
© 2015 г. Г. Г. Лепезин
Институт геологии и минералогии им. В.С. Соболева СО РАН 630090 Новосибирск, просп. Акад. Коптюга, 3 e-mail: lepezin@uiggm.nsc.ru Поступила в редакцию 20.12. 2011 г. Принята к печати 08.04.2013 г.
На примере метаморфических пород амфиболитовой — гранулитовой фаций Шарыжалгайского комплекса (Восточные Саяны) изучены взаимоотношения жедритсодержащих гнейсов и высокоглиноземистых метапелитов. Установлены их реакционные взаимоотношения. Данный пример относится к случаю одномерной диффузии на контакте двух химически неравновесных сред с движущейся границей раздела. С приближением к жедритсодержащим гнейсам в высокоглиноземистых метапелитах происходит замещение граната и силлиманита кордиеритом вплоть до полного их исчезновения. В том же направлении растут магнезиальности пород и содержащихся в них минералов. Определены эффективные коэффициенты диффузии оксидов, (см2/с): T1O2 = 6.98 х 10-15; Al2O3 = = 1.45 х 10-14; FeO = 9.70 х 10-15; MgO = 3.27 х 10 14 и мощности зон диффузионного обмена — 2h (см): TiO2 = 6.6; FеO = 7.8; K2O = 8.5; Al2O3 = 9.5; Fe2O3 = 14.1; MgO = 14.3. Рассчитана средняя скорость движения границы раздела — V = 4.2 х 10-6 см/год; намечен ряд подвижности петрогенных компонентов: MgO > Fe2O3 > Al2O3 > K2O > FeO > TiO2.
Ключевые слова: жедритсодержащие гнейсы, высокоглиноземистые метапелиты, эффективные коэффициенты диффузии, мощности зон активного массопереноса, скорость движения границы раздела, ряд подвижности петрогенных компонентов.
DOI: 10.7868/S001675251411003X
ВВЕДЕНИЕ
С точки зрения изучения массопереноса при метаморфизме наиболее информативными являются контакты химически неравновесных пород: кварцитов—метакарбонатов, метапелитов—мета-базитов и др. Такие примеры описаны во многих публикациях [1—18]. Настоящая работа посвящена анализу взаимоотношений жедритсодержащих гнейсов и высокоглиноземистых метапелитов в составе Шарыжалгайского метаморфического комплекса, слагающие породы которого метаморфизо-ваны в условиях амфиболитовой — гранулитовой фаций и сопоставляются с аналогичными образованиями Алданского и Анабарского щитов. Их наиболее древние возрастные оценки имеют разброс значений от 2827 ± 180 млн лет [19] до 3386 ± ± 14 млн лет [20].
Объект исследования расположен в пределах Китойского месторождения силлиманита среди тех же пород, что и описанный нами пример взаимоотношений высокоглиноземистых метапели-
тов и метабазитов [18]. Один от другого они находятся в 15—20 метрах.
МЕТОДИКА ОПРОБОВАНИЯ И ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ
Методически исследования реализованы следующим образом. В крест простирания горизонта жедритсодержащих гнейсов (наблюдаемая его мощность 10 см) и высокоглиноземистых метапелитов (наблюдаемая их мощность более 40 см) отобран штуф длиной около 50 см. Далее он распилен поперек контакта на две части. Из одной части параллельно сланцеватости выпиливались пластинки мощностью 1—2 см, из которых производились полные силикатные анализы. Из другой части штуфа в крест простирания контакта готовились шлифы и в них непрерывно по разрезу анализировались на микроанализаторе Camebax Micro биотиты, кордиериты, амфиболы и гранаты соответственно по полной и частичной программам. Данная методика применялась нами
РАЗРЕЗ № 3
3 12 1
н 1 \ / \ / Xjfjfjf Ti н _/ V / \ / V / \ 7
ж i—< у-Г\-Г\-Гс! TTJC( Yjfjfjf i Тт JTT 1 —1 i Уч Уч У-i > ( )
-10 -5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 L, см
1—Qtz + Pl + Bt + Grt + Sill(And) + Crd; 2—Qtz + Pl + Bt + Si// + Crd; 3—Qtz +Bt + Ged + Crd + —Opx
Рис. 1. Распределение минеральных ассоциаций между жедритсодержащими гнейсами и выокоглиноземистыми ме-тапелитами. Символы минералов: Qtz — кварц, Bt — биотит, And — андалузит, Sill — силлиманит, Crd — кордиерит, Gr — гранат, Spl — шпинель, Amp — амфибол, Opx — ортопироксен.
ранее при изучении взаимоотношений метабази-тов и высокоглиноземистых метапелитов Санги-лена [6] и Шарыжалгая [18].
ПЕТРОГРАФИЧЕСКИЙ, ХИМИЧЕСКИЙ И МИНЕРАЛОГИЧЕСКИЙ СОСТАВ ПОРОД
Приняв за начало координат контакт жедритсо-держащих гнейсов и высокоглиноземистых метапелитов (рис. 1), смену минеральных ассоциаций по разрезу можно описать следующим образом (слева направо): (—10—0 см) — Qtz + Bt + Crd + Amp ± Opx; (0—26 см) — Qtz + Pl + Bt+ Crd + Grt + Sill; (26— 36 см) — Qtz + Pl + Bt + Crd + Sill (прослой без граната); далее >36см — Qtz+Pl + Bt + Crd + Grt + Sill.
Химические анализы пород представлены в табл. 1. С приближением к жедритсодержащим гнейсам в метапелитах постепенно уменьшается содержание TiO2, Al2O3, K2O, увеличивается количество Fe2O3, FeO, MgO. При этом формы распределения перечисленных компонентов обменно-диффузионного типа (рис. 2). Неопределенными являются профили для остальных оксидов (рис. 3). За исключением SiO2 разброс их концентраций укладывается в узкие пределы (мас. %): CaO = = 0.78—1.44; Na2O = 0.7—2.16; P2O5 = 0.02—0.07; SO3 = 0.03—0,19. Низкие содержания характерны и для MnO, но его распределение, тем не менее, напоминает обменно-диффузионный тип.
С изменением составов пород меняются и составы сосуществующих фаз. Биотит — сквозной минерал. В максимальном удалении от контакта его количество в метапелитах составляет ~25%, с приближением к жедритсодержащим гнейсам оно уменьшается до 5—8%. В том же направлении закономерно меняются концентрации в нем SiO2, FeO, MgO, TiO2, Al2O3, К2О (табл. 2). При этом содержания трех первых компонентов линейно падают с расстоянием, распределения остальных — обменно-диффузионного типа (рис. 4). Эти и другие особенности мы рассмотрим более детально в разделе "Обсуждение полученных результа-
тов". Здесь же отметим, что в химических анализах данного минерала фиксируются повышенные концентрации Сг203, дефицит калия и сумм оксидов.
Кордиерит также сквозной минерал. Тесно ассоциируя с силлиманитом и гранатом, образует вокруг них келифиты мощностью до 0.3—0.5 мм (рис. 5). При этом, когда он развивается по силлиманиту, то в продуктах замещения кроме него присутствует шпинель, тогда как при замещении граната шпинели нет. С приближением к жедрит-содержащим гнейсам количество кордиерита в породах увеличивается, в том же направлении растет и его магнезиальность (табл. 3).
Гранат встречается только в метапелитах. На отрезке 26—36 см он в породах отсутствует, но на этом отрезке в них практически нет и марганца (МпО = 0.01—0.02 мас. %, табл. 1). Надо полагать, что этот компонент инициирует образование граната. Минерал наблюдается в виде резорбирован-ных выделений и всегда находится в окружении кордиерита (рис. 5). В сростках составы обоих минералов меняются вдоль разреза аналогично другим частям отдельных зерен. Магнезиаль-ность граната растет с приближением к жедритсодержащим гнейсам от ХМй = 0.115 в удалении от контакта до ХМй = 0.232 в непосредственном контакте (табл. 4, рис. 6), а кордиерита — от ХМй = 0.73 до ХМй = 0.87. При этом содержания СаО и МпО в гранатах низкие и практически не зависят от расстояния.
Амфиболы характерны только для жедритсо-держащих гнейсов. Зерна всегда химически неоднородны, причем центральные их части обогащены глиноземом, количество которого в отдельных анализах достигает 17 мас. %, а к периферии — снижается до 0.9% (табл. 5). Зональность резкая. Мощность внешних зон составляет 20—30 мкм. По оптическим характеристикам амфиболы центральных частей сечений отвечают жедритам.
Составы сосуществующих минералов следующим образом зависят от расстояния — (Ь). Биотиты (мас. %): Si02 = 38.32-0.102 Ь, г2 = 0.81;
Таблица 1. Химические анализы пород, мас. %
№ обр. Ь, см ЯЮ2 тю2 А1203 Fe20з Fe0 МпО мбо СаО №20 К2о Р2О5 ппп sо3 Сумма XMgR
Жедритсодержащие гнейсы
К2-35 -9 59.85 0.61 16.29 1.96 4.98 0.13 10.19 0.92 1.73 0.96 0.04 1.59 0.12 99.37 0.701
К2-34 -7 60.22 0.58 16.35 1.9 5.27 0.12 9.71 0.98 1.83 0.82 0.03 1.58 0.15 99.54 0.711
К2-33 -5 60.75 0.46 16.1 1.8 4.94 0.13 9.72 1.25 2.16 0.83 0.07 1.01 0.04 99.26 0.713
К2-32 -3 61.11 0.53 16.86 1.95 5.2 0.14 9.37 0.78 1.24 0.72 0.09 1.77 0.19 99.95 0.698
К2-31 -1.5 60.53 0.68 16.63 1.82 5.03 0.13 9.54 0.82 1.67 0.98 0.04 1.71 0.14 99.72 0.708
Высокоглиноземистые метапелиты
К2-30 1.5 61.28 0.58 15.76 1.75 4.84 0.14 9.39 1.14 1.19 1.12 0.03 2.31 0.05 99.58 0.73
К2-29 3 60.73 0.51 16.39 1.69 5.17 0.13 9.11 1.03 1.02 1.05 0.02 2.44 0.05 99.34 0.712
К2-28 5 63.69 0.54 15.36 1.77 4.84 0.12 7.85 1.36 1.35 1.15 0.03 1.69 0.04 99.79 0.679
К2-27 8 63.25 0.5 16.11 1.76 4.97 0.13 7.92 1.27 1.24 1.05 0.04 1.59 0.02 99.85 0.664
К-26 11 63.72 0.51 15.93 1.52 4.84 0.08 7.08 1.23 1.19 1.19 0.03 1.84 0.03 99.19 0.707
К-25 12 63.45 0.64 15.91 1.43 5.26 0.07 6.36 1.1 1.02 1.12 0.02 2.52 0.03 98.93 0.678
К-24 13 65.35 0.5 15.15 1.53 4.82 0.07 6.56 1.3 1.46 1.39 0.03 1.7 0.03 99.89 0.685
К2-23 14 67.09 0.3 15.65 1.29 5.09 0.07 6.1 0.89 0.81 0.87 0.08 1.71 0.02 99.97 0.657
К2-22 15 66.37 0.51 14.73 1.49 4.48 0.08 5.29 1.25 1.78 1.49 0.07 1.51 0.02 99.07 0.636
К2-21 16 67.46 0.36 15.85 1.52 4.48 0.06 5.86 1.14 0.97 1.01 0.07 1.58 0.02 100.38 0.684
К2-20 17 69.79 0.3 15.16 1.48 4.15 0.07 5.3 0.87 0.7 1.29 0.08 1.36 0.03 100.58 0.675
К2-19 18 67.96 0.44 15.92 1.2 4.14 0.08 5.48 0.99 0.92 1.59 0.06 1.7 0.05 100.53 0.670
К2-18 19 63.54 1.02 18.23 1.26 3.73 0.07 4.91 0.81 0.91 2.27 0.03 2.08 0.09 98.95 0.664
К2-17 20 60.79 0.93 21.18 1.12 3.26 0.06 4.85 0.79 0.75 2.08 0.03 2.25 0.14 98.23 0.687
К2-16 21 62.74 0.95 20.17 1.13 3.46 0.08 4.1 0.86 0.86 2.33 0.03 2.98 0.17 99.86 0.677
К2-15 22 60.71 1.12 21.19 0.98 3.26 0.07 4.05 0.79 0.86 2.84 0.05 2.08 0.13 98.13 0.685
К2-14 23 57.28 1.17 22.86 0.93 3.23 0.06 5.4 1.36 1.78 2.55 0.05 1.53 0.14 98.34 0.663
К2-13 24 57.87 1.2 22.95 0.91 3.66 0.07 4.85 1.44 1.78 2.55 0.05 1.81 0.11 99.25 0.674
К2-12 26 56.04 1.32 24.44 0.91 3.64 0.01 4.58 1.26 1.78 2.94 0.04 1.85 0.11 98.92 0.653
К2-11 27 57.01 1.22 25.03 1.01 3.55 0.02 4.33 1.26 1.73 2.7 0.05 1.5 0.11 99.52 0.659
К2-10 28 57.44 1
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.