ПЕТРОЛОГИЯ, 2009, том 17, № 4, с. 415-436
УДК 550.4
ФЛЮИДНЫЕ ПОТОКИ В РЕГИОНАЛЬНЫХ ЗОНАХ ДЕФОРМАЦИЙ
© 2009 г. Л. Я. Аранович*, Н. С. Бортников*, С. А. Бушмин**, О. В. Викентьева*, Е. О. Дубинина*, В. М. Козловский*, Ю. М. Лебедева**
*Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН Старомонетный пер., 35, Москва, 119017, Россия: e-mail: lyaranov@igem.ru **Институт геологии и геохронологии докембрия РАН Университетская наб., 7, Санкт-Петербург, 199034, Россия; e-mail: bushmin@SBl402.spb.edu Поступила в редакцию 8.10.2008 г.
Рассмотрены процессы петрогенеза, связанные с воздействием на горные породы флюидных потоков в региональных зонах деформаций на разных уровнях глубинности в земной коре. Показано, что для эклогитов, образующихся по (мета)габброидам, большую роль могла играть подвижность кремнезема: в отсутствие кварца главные минералы эклогитов - гранат и омфацит - становятся устойчивыми при значительно более низком давлении, чем при насыщенности системы кварцем. На основании петрологических данных и анализа распределения изотопов кислорода в сосуществующих минералах гиперстен-силлиманитовых Mg-Al-Si гранулитов о-ва Паленый (Порья губа, Лапландский гранулитовый пояс) сделан вывод, что эти породы сформировались при высоких температуре и давлении (около 900°С и 10 кбар) под воздействием внешнего флюида. Поток флюида должен был быть весьма кратковременным и неравномерно распределенным в пространстве.
Процессы, связанные с воздействием флюидов, широко проявлены в литосфере Земли. Дегазация внутренних оболочек привела к концентрации в наружных зонах планеты летучих, легкоплавких и радиоактивных элементов, с формированием более устойчивой ее стратификации. Повторное вовлечение этих компонентов в эндогенные процессы в зонах субдукции рассматривается в настоящее время как один из основных механизмов развития континентов. Начиная с пионерских работ Д.С. Кор-жинского (Коржинский, 1940; 1957), крупномасштабные корообразующие процессы, такие как региональный метаморфизм, прежде рассматривавшиеся, особенно западными петрологами, как происходящие в закрытых системах (за исключением участия в них воды и углекислого газа), все чаще представляются как метасоматические по своей природе. Они несут запись взаимодействия пород с большим количеством флюидов внешнего по отношению к рассматриваемым толщам происхождения (например, Аранович и др., 1987; Шму-лович, 1988; Перчук, Геря, 1993; Newton et al., 1998; Ague, 2003).
Особый интерес в последние годы вызывают вопросы, связанные с фильтрацией флюидов в тектонически активных зонах литосферы. Современные термально-механические модели предсказывают, что в условиях режима сжатия (соответствующего коллизионным и субдукционным обстановкам) даже изначально равномерно рассеянные (pervasive) поровые флюиды, вследствие
их механической нестабильности, должны собираться в потоки, форма которых зависит от соотношения флюидного и литостатического давления (Richter, McKenzie, 1984; Connolly, Podladchi-kov, 1998, 2004). На границах потоков и твердых "осушенных" пород возникают напряжения, которые могут приводить к образованию разрывов сплошности пород (трещинноватости) (Rozhko et al., 2007), в свою очередь являющихся каналами повышенной проводимости флюидной фазы. Таким образом, устанавливается тесная взаимосвязь между формированием локальных структур и действием флюидов. В областях преобладания хрупких деформаций, в сравнительно низкотемпературных условиях, действие флюидов отчетливо устанавливается по широкому развитию кварц-карбонатных, часто рудоносных, жил выполнения (например, Русинов, 2005; Kerrich, 1986). Петрологические и геохимические следствия взаимодействия флюид-порода в региональных зонах деформаций на более глубинных уровнях литосферы изучены далеко не столь детально. В связи с этим исследования, представленные в настоящей работе, были направлены на выявление роли флюидов в петрогенезе на разных уровнях глубинности в земной коре, а также на выяснение возможных источников флюидов с помощью изотопно-геохимических данных, в особенности в связи с открытием смешанной ме-таморфогенно-магматической природы флюидов (Бортников и др., 2007; Jia et al., 2003).
В качестве объектов исследования были выбраны: "зарождающиеся" (т.е. локально развивающиеся по исходным породам) эклогиты из областей развития нижнекоровых гранулитовых комплексов, а также высокомагнезиальные, высокоглиноземистые и низкокальциевые гранат-гиперстен-силли-манит-кварцевые гнейсы, залегающие в виде относительно узкого (не более 100 м) прослоя в основных сланцах гранулитовой фации (Бушмин и др., 2007).
РОЛЬ ФЛЮИДОВ В ОБРАЗОВАНИИ "ЗАРОЖДАЮЩИХСЯ" ЭКЛОГИТОВ
Эклогиты и эклогитоподобные породы (далее в работе - "эклогиты" в широком смысле) все чаще обнаруживают в докембрийских метаморфических комплексах (Austrheim, Griffin, 1985; Сох, Indares, 1999; Щипанский и др., 2005; Козловский, Аранович, 2008). Многие особенности эклогитов: локальность проявления, приуроченность к ниж-некоровым зонам сдвиговых деформаций и практически повсеместно отмечаемая неполнота минеральных преобразований вмещающих толщ -отчетливо указывают на ведущую роль деформаций и сопряженных с ними флюидопотоков при формировании этих пород (Austrheim, Griffin, 1985; Козловский, Аранович, 2008; Jamtveit et al., 2000; Raimbourg et al., 2007). Примерами таких "зарождающихся" ("incipient") эклогитов могут служить каледонские эклогиты района Берген Аркс (Западная Норвегия) (Austrheim, Griffin, 1985; Jamtveit et al., 2000; Raimbourg et al., 2007), развивающиеся по метагаббро и метаанортози-там гранулитовой фации гренвильского возраста. Подобные эклогиты были обнаружены нами в пределах Красногубского дайкового поля, в зоне сочленения Беломорского подвижного пояса (БПП) и Кандалакшско-Колвицкой гранулитовой области на юго-западном берегу Кандалакшского залива между мысами Красный и Кузокоц-кий (рис. 1) (Козловский, Аранович, 2008).
По геологическому положению, минеральному составу и морфологии геологических тел здесь выделены два типа эклогитовых пород: 1 - эклогито-вые породы, сформировавшиеся по дайкам железистого габбро и полностью заместившие их от контакта до контакта; 2 - эклогитовые породы, сформировавшиеся по габбро-норитам в зонах пластических деформаций и рассланцевания. Практически в каждом обнажении эти два типа эклогитовых пород тесно ассоциируют друг с другом. Возраст эклогитового метаморфизма оценивается как до- или раннесвекофеннский (Козловский, Аранович, 2008). Как и для каледонских эклогитов Норвегии, здесь отчетливо устанавливается локальность преобразования габбро в эклогиты, приуроченного к зонам деформаций (рис. 2).
В большинстве исследований считалось, что влияние флюидной фазы на процесс эклогитиза-ции ограничивается ее каталитическим воздействием на скорость минеральных превращений (чем объяснялся избирательный характер процесса эклогитизации). Неизохимичность взаимодействия флюидов с исходными породами рассматривалась только в отношении привноса Н20 (при образовании ассоциаций, содержащих характерные водные силикаты Amph, Czo и Phen) (Jamtveit et ¿1., 2000; Raimbourg et ¿1., 2007; Перчук, 2002) и в меньшей степени - С02 (при образовании карбонатсодержащих ассоциаций; Перчук, 2002). Наши исследования (Аранович, Козловский, 2009) показали, что не менее важным фактором при эклогитизации (мета)габброидов могла быть подвижность кремнезема. Учет этого фактора приводит к существенным изменениям в оценках давления при формировании "зарождающихся" эклогитов и, как следствие, в основанных на этих оценках региональных геодинамических моделях.
Важнейшие минеральные превращения, ответственные за преобразование двупироксен-плагиоклазового габбро в эклогит, можно представить в виде реакций между миналами твердых растворов:
NaAlSi3O8 = NaAlSi2O6 + SiO2, Ab в Pl Jd в Cpx
CaAl2Si2O8 + CaMgSi2O6 = An в Pl Di в Cpx
= 2/3Ca3Al2Si3O12 + 1/3Mg3Al2Si3O12 + SiO2, (Gros + Py) в Grt
CaAl2Si2O8 + CaMgSi2O6 = An в Pl En в Opx
(1)
(2)
(3)
= 1/3Ca3Al2Si3O12 + 2/3Mg3Al2Si3O12 + SiO2.
(Gros + Py) в Grt
Реакции (1)-(3), а также аналоги реакций (2) и (3) с соответственными железистыми миналами широко используются при оценке давления образования эклогитов. Для оценки температуры наиболее часто применяется реакция Fe-Mg обмена между сосуществующими гранатом и клинопи-роксеном:
Mg3Al2Si3O12 + 3CaFeSi2O6 =
= Fe3Al2Si3O12 + 3CaMgSi2O6. (4)
Условия равновесия реакций (1)-(4) в общем виде можно представить как:
AG°(i) + RT ln K(i) + RT lnaSlO = 0, (5)
где AG°(i) - стандартная свободная энергия i-ой реакции при фиксированных Т (температура, К) и
Рис. 1. Схематическая геологическая карта Беломорского подвижного пояса с известными находками эклогитизиро-ванных базитов. Составлена Ю.В. Миллером (Ранний ..., 2005).
1-8 - Беломорский подвижный пояс (БПП): 1 - реликты сумийских рифтогенных структур; 2, 3 - Свекофеннский аллохтон, покровы: 2 - Лапландский, 3 - Риколатвинский; 4-6 - Беломорский позднеархейский аллохтон, покровы: 4 - Хетоламбинский, 5 - Чупинский, 6 - Ориярвинский; 7, 8 - Ковдозерский покров: 7 - Тикшеозерский зеленокамен-ный пояс - верхний струкутрный ярус, 8 - нижний структурный ярус; 9 - Карельский кратон нерасчлененный; 10 - граница между БПП и Карельским кратоном; 11 - прогибы на этой границе, выполненные фрагментами свеко-феннского аллохтона в составе лопийских, сумийских, ятулийских и людиковийских образований; 12 - чарнокиты то-позерского комплекса; 13 - разломы; 14 - находки эклогитовых пород разного возраста: К - Красногубское дайковое поле, Кл - Кемьлудские острова, Ко - мыс Кочинный, Г - Гридинское дайковое поле, С - эклогиты Широкой Салмы.
20 18 16
&14
ю
« ю
о s к о ч и
cd «
Рис. 2. Эклогитовые породы (2), сформированные в зоне пластических деформаций по габбро-норитам (1). При приближении к зоне деформаций в габбро-нори-тах появляются новообразованные ориентированные структуры (3), образующие характерные подвороты, согласованные с направлением пластического течения материала габбро-норитов.
Р (
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.