научная статья по теме ГРАНИТИЗАЦИЯ АМФИБОЛИТОВ. 2. ОСНОВНЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ФИЗИЧЕСКИХ И ХИМИЧЕСКИХ ЯВЛЕНИЙ ПРИ ПРОЦЕССАХ ФИЛЬТРАЦИИ ФЛЮИДОВ ЧЕРЕЗ ПОРОДУ Геология

Текст научной статьи на тему «ГРАНИТИЗАЦИЯ АМФИБОЛИТОВ. 2. ОСНОВНЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ФИЗИЧЕСКИХ И ХИМИЧЕСКИХ ЯВЛЕНИЙ ПРИ ПРОЦЕССАХ ФИЛЬТРАЦИИ ФЛЮИДОВ ЧЕРЕЗ ПОРОДУ»

ПЕТРОЛОГИЯ, 2004, том 12, № 3, с. 321-336

УДК 552.11

ГРАНИТИЗАЦИЯ АМФИБОЛИТОВ. 2. ОСНОВНЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ФИЗИЧЕСКИХ И ХИМИЧЕСКИХ ЯВЛЕНИЙ ПРИ ПРОЦЕССАХ ФИЛЬТРАЦИИ ФЛЮИДОВ ЧЕРЕЗ ПОРОДУ

© 2004 г. Л. И. Ходоревская

Институт экспериментальной минералогии РАН 142432 Черноголовка, Московская обл., Россия; e-mail: lilia@iem.ac.ru Поступила в редакцию 29.04.2003 г.

При температуре 750°С и общем давлении 5 кбар воспроизведена фильтрация раствора, содержащего щелочи и кремнезем, через амфиболиты разного минерального состава и различной текстуры, тем самым смоделирован процесс гранитизации в лабораторных условиях. Определен удельный расход раствора через образцы, оценена их проницаемость. Показано, что фильтрация флюида через образцы сопровождается привносом щелочей и кремнезема и выносом CaO, MgO, FeO. При фильтрации раствора (стадия фельдшпатизации и дебазификации) происходят следующие основные изменения текстуры и минерального состава амфиболитов: появляется направленная ориентировка биотита, происходит изменение железистости темноцветных минералов, уменьшение основности первичных плагиоклазов от лабрадора до андезина, обогащение титаном краевых участков зерен ильменита, кристаллизация магнетита. Плавление дебазифицированных краев амфиболита приводит к образованию близэвтектических расплавов типа гранитов и трондьемитов. Показано, что региональное развитие процесса гранитизации возможно главным образом в тектонически активных, проницаемых зонах.

Представлены результаты экспериментального исследования фильтрации кремнещелочного флюида через образцы амфиболитов, обладающие различным минеральным составом и различной текстурой, при температуре 750°С и общем давлении 5 кбар. Показано, что в результате фильтрации флюида через амфиболиты происходит дебазификация пород и их плавление с образованием расплавов гранитоидного состава. Изучены основные закономерности изменения химического и минерального состава амфиболитов при их преобразовании в гранит. Динамические характеристики, определенные по данным экспериментов (скорость фильтрации флюидов через амфиболиты, проницаемость пород), показали, что региональное развитие процессов гранитизации по амфиболитам возможно только в разгней-сованных, рассланцованных комплексах.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

Для того чтобы изучить процессы гранитизации (Коржинский, 1952) в экспериментальных условиях, необходимо обеспечить направленный поток раствора, насыщенного компонентами гранита, через вмещающую породу. Скорость фильтрации растворов зависит от проницаемости породы, минеральный состав и различная текстура образцов могут влиять на их проницаемость. Поэтому в качестве исходных образцов выбирались

амфиболиты различного минерального состава и различной текстуры:

1 - амфиболит Б-524 с гранитными прожилками из коренных выходов Беломорского комплекса, сложенный главным образом роговой обманкой, эпидотом, плагиоклазом;

2 - амфиболит БТ-88, представляющий собой рестит в плагиограните. В состав амфиболита входит роговая обманка (эденит), биотит и плагиоклаз; акцессории - сфен, магнетит. Этот и предыдущий образцы - мелко- и среднезернистые, обладают массивной текстурой;

3 - амфиболит Б-28 из коренных выходов Се-веро-Карельских зеленокаменных поясов (Шом-бозерская структура), состоящий из амфибола (ферропаргасит), плагиоклаза, биотита, кварца и акцессорного ильменита. Отличием этого образца является присутствие обильных порфироблас-тов граната (Ха]ш = 0.74) размером до 2 мм и сла-бовыраженная плоскопараллельная текстура. Химический и минеральный составы исходных пород показаны в табл. 1.

Методика постановки подобных экспериментов была подробно описана в работе (Ходоревская и др., 2003). Суть ее заключается в следующем. На дно вертикально расположенной платиновой ампулы длиной 50 мм, с наружным диаметром 5 мм и толщиной стенки 0.2 мм помещалась навеска предварительно синтезированного стекла гранитного состава и заливался 1п рас-

Таблица 1. Составы исходных пород, мае. %

Компоненты БТ-881 Б-524 Б-28

Порода Бг НЫ Р1 Порода Р1 НЫ1 Ер Порода Ga Р1 НЫ1 Бг 11т

3102 51.87 ± 1.90 38.17 42.88 62.39 47.72 ± 0.59 52.87 45.40 43.78 51.81 ± 2.62 37.46 63.70 42.50 37.88 0.07

Т102 1.03 ± 0.37 2.84 1.11 0.00 0.26 ± 0.12 0.00 0.42 0.00 2.11 ± 0.19 0.001 0.13 0.37 2.02 50.50

А1203 18.77 ± 1.67 15.36 10.09 24.14 18.44 ± 0.35 29.94 14.34 28.09 12.92 ± 1.12 21.08 22.37 13.84 16.68 0.06

Бе0 8.50 ± 2.31 18.48 16.72 0.06 9.34 ± 0.28 0.08 12.11 6.39 19.30 ± 1.33 31.67 0.44 23.21 24.14 48.46

Мп0 0.04 ± 0.04 0.03 0.24 0.00 0.18 ± 0.04 0.01 0.04 0.24 0.55 ± 0.29 3.58 0.02 0 0.15 0.41

Mg0 4.21 ± 1.15 13.66 10.76 0.00 8.94 ± 0.46 0.00 12.63 0.31 3.47 ± 0.39 1.86 0.07 6.79 9.95 0.22

Са0 8.13 ± 1.30 0.00 11.03 5.60 11.30 ± 0.18 12.67 12.50 21.07 6.34 ± 0.63 4.31 3.61 10.34 0.04 0.03

№20 5.53 ± 0.79 0.11 1.55 8.67 2.12 ± 0.11 4.20 1.65 0.00 2.44 ± 0.80 0.00 9.45 2.28 0 0.02

К20 1.64 ± 0.47 9.87 1.06 0.12 1.43 ± 0.25 0.19 0.91 0.12 0.47 ± 0.17 0.00 0.13 0.58 9.08 0.06

Р205 0.27 ± 0.09 0.12 ± 0.07 0.44 ± 0.06 0.00 0.06 0.03 0.15

Б 0.14 ± 0.07 0.14 ± 0.05 0.00 0.03

Кристаллохимические с ормулы

2.85 6.50 2.74 2.40 6.45 3.32 3.02 2.82 6.24 2.86

А1(1У) 1.15 1.50 1.60 1.55 1.17 1.76 1.14

А1(У1) 0.21 0.30 1.25 0.85 2.51 2.00 0.63 0.35

Т1 0.16 0.13 0.04 0.04 0.12 0.96

Ре3+ 0.71 0.20 1.04 0.09

Ре2+ 1.15 1.40 1.24 0.40 2.13 0.01 1.80 1.52 0.94

Mg 1.52 2.43 2.67 0.03 0.22 1.48 1.12

Са 1.79 0.26 0.62 1.90 1.71 0.37 0.17 1.62

№ 0.02 0.46 0.74 0.37 0.45 0.81 0.65 0.00

К 0.94 0.20 0.01 0.01 0.17 0.01 0.11 0.88

—Са 0.26 0.62 0.17

+ 0.57 0.63 0.68 0.10 0.45 0.42

+ Бе+2) Mg-Hs Р^ Czo Ш

Примечание. Символы минералов: Bt - биотит, Gl - закалочное стекло, Pl - плагиоклаз, НЫ1 - роговая обманка, Prg - паргасит, Hs - гастингсит, Ed - эденит, Ga - гранат, Phl - флогопит, Qtz - кварц, Ort - ортоклаз, Ab - альбит, An - анортит, Ну - гиперстен, Di - диопсид, Ilm - ильменит, Ли - рутил, Czo - клиноцоэзит, Ер - эпидот, Crn - корунд. 1 Номера образцов.

твор НС1 (тисх). Гранитное стекло являлось буферной фазой для насыщения флюида компонентами гранита. Затем в ампулу плотно вставлялся цилиндрический образец амфиболита, изготовленный под внутренний диаметр ампулы 4.65 ± 0.01 мм, длиной 13-15 мм, заостренный на конус в своей нижней части. Расстояние между гранитом и амфиболитом составляло 15-20 мм, и их взаимодействие осуществлялось только через флюидную фазу.

Сверху над образцом в ампулу помещалась толстостенная камера с внутренним отверстием, футерованным платиной, диаметром =2 мм для сбора раствора, фильтрующегося через амфиболит. Объем камеры составлял 0.06 ± 0.01 см3. После загрузки ампула заваривалась, и тем самым создавалась герметичная экспериментальная

ячейка. Ячейка помещалась в установку высокого газового давления. При вводе установки в режим опыта внешнее давление повышалось до 22.5 кбар в течение 1-2 мин, образец получал необходимый обжим (Рэфф = 2 кбар), что предотвращало возможное просачивание раствора между стенками ампулы и образцом амфиболита. После этого включался нагрев. Во время экспериментов под действием внешнего давления Р = 5 кбар нижняя часть ампулы, благодаря тонким стенкам, будет сжиматься, внешнее давление передаваться на флюидную фазу (Робщ = Рфл). Поскольку в верхней части - в толстостенной микрокамере -раствор первоначально отсутствует (Рфл = 0), подобный перепад давления вдоль ампулы (в случае проницаемых пород) должен вызывать фильтрацию раствора через образцы в верхнюю часть ампулы. После опыта количество раствора в верх-

ней и нижней частях ампул определялось взвешиванием после прокалывания соответственно сначала нижней (тД а потом верхней части ампулы (т2).

На рис. 1 сплошной линией показано изменение содержания т2 в зависимости от длительности опытов для образца 8-28, пунктиром - для образцов 8-524 и 8Т-88. Из рис. 1 видно, что действительно количество раствора вверху ампул с течением времени увеличивается. Следовательно, растворы фильтруются через амфиболиты: в большей степени через образец 8-28, в меньшей -через другие образцы.

Во время опытов просочившийся через образец раствор накапливается в микрокамере, что приводит к увеличению давления в верхней части ампул, т.е. разность давления вверху и внизу ампул, как движущая сила раствора, уменьшается, АР = Р0 - Р1, где Р0 = 5 кбар - давление внизу, а Р1 -давление вверху ампул в конце каждого опыта. Значения Р1 приведены в табл. 2. В длительных опытах за счет накопления большого количества раствора в микрокамере давление в верхней и нижней частях ампул может выравняться, Р1 = Р0, т.е. поток раствора через образец прекратится. Зная объем микрокамеры и количество просочившегося через образец раствора т2, а также до-

Раствор, просочившийся через амфиболит, г

г, ч

Рис. 1. Количество раствора, просочившегося через амфиболит, в зависимости от длительности опытов. 1-2 - амфиболит 8-28, 3-4 - 8-524, 5 - 8Т-88. Остальные обозначения см. в тексте.

пуская, что плотность раствора при параметрах опытах не сильно отличается от плотности чистой воды, можно приблизительно оценить давление в микрокамере (табл. 2) и перепад давления

Таблица 2. Продолжительность экспериментов, расход и скорость фильтрации раствора через амфиболиты

л

т с о

н ь

ч я ео тт иы лп ч Но

о« "

к н к

5 ° а

зг и -к ,

Я £

ры ° е

я ^ ^

Ра

2

*

р г о я я

ры ° е я ^

Й ^ Ра

а д

и

2-У.

д2

* и о N

а рц^

е и н е н е м з

55

а т и л о

ю

и

Зф

ем я л

е и н а1

а

о £

за ал рп

с: &

а

е и

ны

НИ

Ни

а ц

з а

рм ю ^

о2,

Э 2

§ х

«в-Н

ом я _

У

и и

£ о

отое £.2 я и

Й к ^ ^ ОФа ^

Л4 92 0.0960 0.0528 0.0072

Л2 117 0.1065 0.0702 0.0022

32 309 0.1019 0.0518 0.0067

Л1 20 0.116 н/а н/а

Б 45 0.1054 0.0425 0.0055

Л1а 93 0.1099 0.0380 0.0166

Л8 140 0.095 н/а 0.021

Л5 258 0.0980 0.0178 0.0343

Л6 450 0.1050 0.0130 0.0484

К5 75 0.069 н/а н/а

А1 95 0.1201 н/а н/а

К9 309 0.1008 н/а 0.0086

2.17 х 10 5.22

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.

Показать целиком