ПЕТРОЛОГИЯ, 2007, том 15, № 4, с. 397-415
УДК 552.48(431.251)
МЕТАМОРФИЧЕСКИЕ ПОРОДЫ КОМПЛЕКСА САМЕРБЕРГ, ВОСТОЧНЫЕ АЛЬПЫ: P-T ТРЕНДЫ И ПРОБЛЕМА ГЕОДИНАМИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ
© 2007 г. Л. Л. Перчук*,**, Т. В. Геря**, О. В. Парфенова*, С. Т. Подгорнова*
*Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, Геологический факультет 119192 Москва, Воробьевы горы, Россия; e-mail: llp@geol.msu.ru **Институт экспериментальной минералогии РАН 142432 г. Черноголовка, Московская область, Россия Поступила в редакцию 07.06.2006 г.
Данная работа является продолжением публикации (Перчук и др., 2004), в которой приведено детальное петрографическое описание перидотитов и вмещающих их гнейсов, слагающих ультравы-сокобарный комплекс Самерберг. Во второй части статьи приводятся результаты расчета P-T параметров локальных равновесий и осуществляется вывод P-T трендов - закрученного против часовой стрелки для шпинель-гранатовых метаультрабазитов и декомпрессионного остывания для вмещающих их двуслюдяных гнейсов и мигматитов. Возможное превращение клиноэнстатита в ортоэн-статит (характерные двойники в ортопироксене) предполагает высокотемпературную, но малоглубинную, почти приповерхностную кристаллизацию (закалку) ультраосновного протолита. При погружении таких уже закаленных пород на большие глубины температура метаморфизма возрастала, оставаясь при этом ниже T закалки, что должно быть отражено в P-T петле, закрученной по часовой стрелке. И поскольку скорость погружения пород превосходила скорость протекания химических реакций, то при нагревании пород полное переуравновешивание достигалось на максимальных глубинах. На этой основе предпринимается попытка создать геодинамическую модель формирования и эксгумации комплекса. В частности, выяснилось, что для гнейсов с хорошей точностью воспроизводится P-T тренд, характерный для гнейсового купола Эрцгебирге в западной части Богемского массива. Это предполагает, что модель деламинации нижней коры адекватно может описать термальную и динамическую историю развития всего Богемского массива в герцин-ское время.
Варисцийский комплекс Самерберг в Восточных Альпах слагает юго-восточную окраину Богемского массива. Он представлен двуслюдяными кианитовыми сланцами и мигматитами, вмещающими будины и неопределенной формы тела разнообразных перидотитов и гранатовых амфиболитов, в ядрах которых исключительно редко встречаются реликты эклогитов (например, Oba-ta, Morten, 1987; Godard et al., 1996). На основании 207Pb/206Pb данных для цирконов (Hauzenberger et al., 1996) из слабо мигматизированных орто-гнейсов Г. Годард с сотр. (Godard et al., 1996) полагают, что протолит ортогнейсов, включая гранатовые амфиболиты и эклогиты, был сформирован 470 млн. лет назад, а разгнейсование и метаморфизм пород произошли 360-365 млн. лет тому назад. По циркону из гранатовых пироксе-нитов установлен U-Pb возраст ~336 млн. лет (Gebauer, Grünenfelder, 1979), т.е. они почти на 30 млн. лет моложе вмещающих их мигматизированных гнейсов. Многие исследователи (например, Godard et al., 1996; Rampone, Morten, 2001; Nimis, Morten, 2000) доказывают, что амфиболизация
эклогитов и гранатовых перидотитов связана с мигматизацией гнейсов. Не исключено, что гидратация минералов во всех породах комплекса происходила на поздних стадиях его метаморфической эволюции, т.е. ~330 млн. лет назад (Tumiati е: а1., 2003).
В первой части статьи (Перчук и др., 2004) была рассмотрена петрография и химия минералов этого комплекса и сделан вывод, что "...реакционные соотношения минералов и их химическая зональность в гранатовых перидотитах предполагают охлаждение этих пород при их погружении, последующее слабое нагревание, сменяющееся режимом декомпрессионного остывания". Химическая зональность и парагенезисы вмещающих двуслюдяных кианитовых сланцев сохранили запись только регрессивной стадии метаморфизма.
Во второй части статьи на основании детальных аналитических данных, полученных в основном методом микропрофилирования порфиро-кластов (Перчук и др., 2004), рассчитываются Р-Т параметры локальных равновесий минералов и
выводятся P-T тренды для метаультрабазитов и вмещающих двуслюдяных гнейсов и мигматитов. На этой основе предпринимается попытка создать геодинамическую модель формирования и эксгумации комплекса.
МИНЕРАЛЬНАЯ ТЕРМОБАРОМЕТРИЯ
С помощью микрозондового профилирования контактирующих минералов в определенных па-рагенезисах выводились P-T тренды с целью проследить за смещением локальных равновесий при изменении T и P в ультраосновных и основных породах Самерберга, а также в ортогнейсах и их мигматизированных разновидностях.
Ультраметабазиты и метабазиты. Термобаро-метрия ультрабазитов сопряжена со многими проблемами (Аранович, 1991; MacGregor, 1974; Gasparik, 1987; Perchuk, 1987; Brey, Kohler, 1990; Carswell, 1991; Carswell, Harley, 1990; Medaris et al., 1990; Nimis, Taylor, 2000). Однако известные экспериментальные данные (Мак-Грегор, 1968; Аранович, Косякова, 1984; Лаврентьева, Перчук, 1989, 1990; O'Hara et al., 1971; MacGregor, 1974; Aranovich, Podlesskii, 1989 и др.) по равновесиям
Opx1Mg + GrtFe = GrtMg + OpXFe (1)
HblMg + GrtFe = GrtMg + HblFe (2)
BtMg + GrtFe = GrtMg + BtFe (3)
CpxMg + GrtFe = GrtMg + CpxFe (4)
Opx + Spl = Grt + Ol (5)
Grt = 3Opx + OK (6)
и их термодинамическая обработка (Аранович, Косякова, 1987; Aranovich, Podlesskii, l989; Perchuk, Lavrent'yeva, 1990; Fonarev et al., 1991; Holland, Pow-
1 В статье приняты следующие условные обозначения: Минералы: А1т - альмандин; АпсС - андалузит; Б1 - биотит; СЫ - хлорит; Срх - клинопироксен; СгсС - кордиерит; Сит -куммингтонит; Еп - энстатит; Рз - ферросилит; Рзр - полевой шпат; 11т - ильменит; Ою - гроссуляр; Он - гранат; ИЫ1 - роговая обманка; К/З - калиевый полевой шпат; Ку -кианит; Mag - магнетит; Мз - мусковит; 01 - оливин; Отр -омфацит; Орх - ортопироксен; ОК - "ортокорунд" (А1АЮ3); Р1 - плагиоклаз; Ргр - пироп; Qtz - кварц; БИ -силлиманит; Бр1 - шпинель; St - ставролит; 2гп - циркон. Выражения мольных долей компонентов в минералах: Оrt Оrt Оrt
хм§ = Mg/(Mg + Fe); ХРе = Fe/(Mg + Fe); ХСа = Са/(Са + + Mg + Fe + Мп); хМрХ = Mg/(Mg + Fe + Мп); хЕрХ ~
En
Opx
= Mg/(Mg + Fe + Мп + 0.5А1); Хр; = Fe/(Mg + Fe + Мп + + 0.5А1); ХЕК = 0.5А1/(0.5А1 + Fe + Mg); хМ = Mg/(Mg + + Fe); хМ' = Mg/(Mg + Fe). NMm = 100Х, - мольный процент компонента I в минерале (Мш). а^ 0 - активность воды во флюиде (/). Ь^Гу - сухой расплав.
ell, 1998) позволяют использовать эти равновесия в качестве минеральных термометров и барометров.
В ультрабазитах Самерберга широко представлено равновесие (5), причем оно проявлено как на проградной (например, Obata, Morten, 1987; Godаrd et al., 1996; Перчук и др., 2004), так и на ретроградной (Перчук и др., 2004) стадиях метаморфизма. Широкое развитие ламеллей граната в центральных и средних частях порфирокластов Opx предполагает, что ультраметабазиты Самерберга начали кристаллизоваться при очень высоких значениях температуры. По оценкам некоторых авторов, выпадение ламеллей Grt происходит при ~1500-1600°C (например, Carswell, 1991). По P-T координатам пересечения сухого солидуса перидотита с линией условно моновариантного равновесия (5) таким высоким значениям T соответствует давление порядка 35 кбар (Мак-Грегор, 1968; Ito, Kennedy, 1967). Методами минеральной термометрии пока не удается оценить столь высокую температуру в перидотитах Самерберга. Так, например, используя валовые составы пи-роксенов, М. Обата и Л. Мортен получили температуру выпадения ламеллей Grt и Cpx из твердого раствора Opx около 1000°С (Obata, Morten, 1987).
Для определения температуры гомогенизации пироксенов, т.е. состояния порфирокластов Opx до выпадения из них ламеллей Grt, мы использовали аналитические данные из работ (Obata, Morten, 1987; Godard et al., 1996), а также данные по образцам It98-1 и It98-2 (Перчук и др., 2004), полученные методом (1) оптимизации процентного содержания всех ламеллей (рис. 1а, 16) в пор-фирокластах пироксенов и (2) посредством их сканирования расфокусированным зондом. Расчетные составы "гомогенных" орто- и клинопи-роксенов приведены в табл. 1, а результаты расчета P-T параметров их равновесий - в табл. 2. В табл. 2 видно, что максимальная температура, оцененная по двупироксеновому термометру (Perchuk, 1987; Fonarev et al., 1991), составляет 1190°С при давлении 18.4 кбар. Давление определялось по ортопироксеновому барометру (Perchuk, 1987) с учетом содержания глинозема в Opx, равновесном с Grt. Данные табл. 2 свидетельствуют о том, что выпадение ламеллей Grt из Opx происходит почти строго на линии моновариантной реакции (5). Это подтверждается многочисленными мельчайшими включениями шпинели в некоторых порфирокластах Opx (Перчук и др., 2004), предопределившими смещение реакции (5) вправо. Кроме того, состав Grt из ламеллей практически не отличим от состава так называемых "необластов" (Перчук и др., 2004, рис. 8; Godard et al., 1996) и кайм граната вокруг некоторых зерен Opx (рис. 1а), что предполагает их синхронное с ламеллями образование по реакции (5). Не ясно, однако, изменение какого параметра, T или P, привело к этому смещению: эволюция пород мог-
Рис. 1. Сходство микроструктур варисцийских перидотитов Восточных Альп и каледонских вебстеритов Западной Норвегии, подвергшихся ультравысокобарному (иНР)-ультравысокотемпературному (UHT) метаморфизму в ходе соответствующих орогенических циклов. Фотографии - в отраженных электронах.
(a) - порфирокласт ортопироксена с реликтами гранатовой каймы и ламеллями граната (см. также микрофото (б)) из перидотита Самерберга, Восточные Альпы (Перчук и др., 2004); (в) - крупный кристалл ортопироксена с хорошо развитой гранатовой каймой, содержащей ламелли первичного граната (см. также микрофото (г)), из гранатового веб-стерита района Бардоне, на острове Фьертофт (Fjertoft), Западная Норвегия (Van Roermund еt al., 2002). Микроструктуры на фотографиях (б) и (г) - типичные псевдоморфозы ортопироксена по НТ моноклинной разновидности бескальциевого пироксена (Перчук и др., 2004).
ла проходить по компресси
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.