Автохтонные и параавтохтонные граниты зон ультраметаморфизма

На глубине более 7-8 км (Р> 200 МПа) первые порции гранит­ного расплава, насыщенного Н₂0, появляются при нагреве кварц—полевошпатового субстрата до 650—700 °С, т.е. при Р—Т ус­ловиях амфиболитовой фации метаморфизма. Поэтому метамор­физм первично магматических или осадочных кварц-полевошпа­товых пород, достигший амфиболитовой фации, может сопровождаться появлением некоторого количества гранитного расплава. Метаморфические процессы, переходящие в частичное плавление, называют ультраметаморфизмом, а сам процесс час­тичного плавления — анатексисом.

Часть III. Магматические горные породы (петрология)

Скопления гранитного материала в зонах ультраметаморфизма не испытывают заметного перемещения после своего возникнове­ния, т.е. являются автохтонными (неперемещенными) или параав-тохтонными (почти не перемещенными). Чаще всего они пред­ставлены мигматитами (от греческого слова мигма — смесь) — неоднородными породами с рассеянным гранитным материалом, которые состоят из реликтов исходного метаморфического субст­рата — палеосомы и новообразований, возникших при частичном плавлении и получивших название неосомы. Неосома, в свою оче­редь, состоит из более светлых полос, пятен, прожилков, образован­ных относительно круп­нозернистым кварц-по­левошпатовым агрегатом и более темных полос и пятен с высоким содер­жанием биотита, кордие-рита и других цветных минералов. Светлые час­ти неосомы называют леикосомой, а темные — меланосомой. Для многих мигматитов характерно тонкое чередование лей-косомы и меланосомы (рис. 7.7). Лейкосома со­ставляет 10-30, иногда до 50-70% объема мигмати­тов. Баланс вещества в макрообъемах мигматитов показывает, что мигматизация носит изохимический характер: обособление лей-косомы и меланосомы не сопровождается привносом-выносом химических элементов, а сводится лишь к их пространственному пе­рераспределению. Состав исходного субстрата (палеосомы) равен сумме составов лейкосомы и меланосомы.

Разделение на лейко- и меланосому начинается в твердом состо­янии вследствие метаморфической дифференциации, а завершает­ся в процессе частичного анатектического плавления. Лейкосома представляет собой затвердевшие скопления гранитного распла-

7. Магматические горные породы корового происхождения

ва, который выплавился из палеосомы, а меланосома обогащена ре-ститовыми твердыми фазами. Лейкосома имеет гранитный (кварц + + плагиоклаз + K-Na полевой шпат) или плагиогранитный (кварц + + плагиоклаз) состав, что зависит от особенностей минерального со­става исходного субстрата, а также отражает многообразие химиче­ских реакций, протекающих при ультраметаморфизме.

Появление гранитного расплава в зонах ультраме­таморфизма возможно лишь при наличии воды, понижающей температуру солидуса кварц—полевош­патовых пород. Главным ис­точником воды в процессе мигматизации служат слю­ды метаморфических гор­ных пород, которые при по­вышении температуры разлагаются с выделением Н₂0. При Р— Т условиях ам-фиболитовой фации неус­тойчивым становится глав­ным образом мусковит область стабильности кото­рого при Р= 200—400 МПа ограничена температурой, не превыша­ющей 600-650°С (рис. 7.8). В кварцсодержащих породах мусковит разлагается с образованием ортоклаза и силлиманита:

KAl₃Si₃O₁₀(OH)₂ + Si0₂ → KAlSi₃0₈ + Al₂Si0₅ + Н₂0.

мусковит кварц ортоклаз силлиманит газ

Дегидратация биотита происходит при более высокой темпера­туре (Т= 750-850 °С при Р= 200-400 МПа). В условиях амфиболи-товой фациц биотит обычно сохраняется в качестве реститовой фа­зы и накапливается в меланосоме. Роговая обманка может оставаться устойчивой до 900—1000 °С.

Автохтонный характер гранитной лейкосомы мигматитов сви­детельствует о том, что эвтектоидный расплав, образованный в хо­де анатексиса, был насыщен водой и вследствие этого не обладал способностью к дальней миграции. Если бы насыщения расплава водой не достигалось, жидкая фаза неизбежно была бы выжата в об­ласть меньшего давления.

Часть III. Магматические горные породы (петрология)

Как следует из соотношений между кривой дегидратации мус­ковита и солидусом гранита (см. рис. 7.8), насыщенный водой кис­лый расплав может возникнуть в процессе ультраметаморфизма мусковитсодержащих пород только при Р< 350-400 МПа, т.е. на глубине менее 15-16 км. Глубже мусковит разлагается при тем­пературе выше гранитного солидуса; образованный при этом рас­плав становится перегретым и недосышенным водой. Если при­нять, что нижний предел амфиболитовой фации метаморфизма по давлению составляет 200 МПа, то зона мигматизации охватывает интервал глубин от 7-8 до 15— 16 км от поверхности Земли, что со­гласуется с геологическими данными.

Максимальное содержание Н₂0 в мусковите составляет около 4 мас.%. Если количество слюды в метаморфических горных поро­дах равно 10-30%, то исходная концентрация воды в зонах ультра­метаморфизма (С₀) достигает 0.4-1.2 мас.%. Растворимость воды в гранитном расплаве при Р = 200—400 МПа равна 6—10 мас.%, и выделившаяся при дегидратации мусковита вода полностью по­глощается расплавом.

Объемная доля насыщенного водой расплава (Х_т) составит:

Х_т=С₀/С_i,

где С_i— растворимость воды в магме. При С₀=0.4—1.2 мас.% и С_i =

= 6—10 мас.% доля расплава окажется равной 4—20 объемн.%, что соответствует количеству лейкосомы в природных мигматитах. По­скольку растворимость воды в магме (С) увеличивается с ростом давления, то при прочих равных условиях количество расплава (лейкосомы) в зонах ультраметаморфизма должно уменьшаться с глубиной.

При постоянных давлении и температуре количество лейкосо­мы зависит от С₀, т.е. от массы воды, вовлекаемой в анатектическое плавление. Максимальное количество рассеяного гранитного ма­териала (до 60-70%) характерно для высокоглиноземистых миг­матитов амфиболитовой фации, что обусловлено высоким содержа­нием мусковита в исходных метапелитовых гнейсах, а минимальное количество гранитной лейкосомы (5-10%) образуется в относи­тельно «сухих» гиперстеновых гнейсах, содержащих мало слюды.

При Р— Т условиях амфиболитовой фации выплавление гра­нитной жидкости часто прекращается на такой стадии мигматиза­ции, когда еще остается нерасплавленный кварц и полевой шпат. По данным B.C. Шкодзинского (1985 г.), легкоплавкая ассоциация плагиоклаз + ортоклаз + кварц сохраняется в исходном гнейсовом

7. Магматические горные породы корового происхождения

субстрате в 169 из 206 изученных мигматитов. Таким образом, в большинстве случаев нагрев метаморфического субстрата не при­водит к переводу в расплав всего кварц-полевошпатового агрега­та, что указывает на ограниченный запас заключенной в слюде во­ды, которого не хватает для насыщения предельно возможного объема лейкосомы.

При кристаллизации лейкосомы вода, растворенная в гранит­ном расплаве, выделяется из него в виде газовой фазы, которая, воздействуя на твердую лейкосому и меланосому, может вызывать их ретроградный метаморфизм. Если, например, в палеосоме или меланосоме содержались гиперстен и кордиерит, то в ходе ретро­градного метаморфизма они могут превратиться в биотит.

Поскольку в ходе ультраметаморфизма возникает насыщенный водой гранитный расплав, не способный к дальней миграции, он за­твердевает в виде рассеянной лейкосомы и не собирается в более крупные тела. Доля гранитного расплава может возрастать при пе­ремещении всей массы мигматитов в область меньшего давления. Возможность такого перемещения обусловлена тем, что мигмати-зированные гранито—гнейсы, содержащие то или иное количество анатектического гранитного расплава, обладают дефицитом плот­ности и пониженной вязкостью. Вследствие этого они оказывают­ся механически неустойчивыми и приобретают способность к подъ­ему в виде диапировых куполов, аналогично тому, как поднимаются массы пластичной и относительно легкой каменной соли. Гранито-гнейсовые купола, достигающие многих километров в поперечни­ке и приуроченные к ядрам антиклинальных структур, весьма харак­терны для ультраметаморфических комплексов.

Пластическое течение мигматизированных пород сопровожда­ется выделением теплоты трения и дополнительным нагревом, что, в свою очередь, приводит к увеличению степени частичного плав­ления, возрастанию подвижности гранито-гнейсов и ускорению их подъема. Таким образом, между ростом купола и гранитообразова-нием возникает положительная обратная связь. Плавление мигма­тизированных гранито-гнейсов в процессе пластического течения называется реоморфизмом. Параавтохтонные реоморфические гра-нито-гнейсы отличаются от мигматитов большей однородностью. Доля гранитного материала в них в 1.5-2.0 раза выше, чем в авто­хтонных мигматитах.

Часть Ш. Магматические горные породы (петрология)