Глава 4. Минеральные парагенезисы, реакционные структуры, зональность минералов и геотермобарометрия

Анализ минеральных равновесий и их смещения в зависимости от изменения термодинамических параметров метаморфизма производился методом геотермобарометрии. Применение принципа локального равновесия совместно с принципом фазового соответствия оказываются эффективным методом описания истории формирования метаморфического комплекса.

Парагенезисы, реакционные структуры и зональность минералов. Наиболее часто встречающийся парагенезис метаморфитов обоих комплексов - эклогитовый (omp+Grt+ Qtz+Rt) практически всегда в той или иной мере подвергнут ретроградным изменениям. Появляются келифитовые каймы амфибола вокруг граната, фенгит, а затем парагонит и биотит. Составы граната и амфибола закономерно смещаются в область альмандин-гроссуляра и эденита и актинолита соответственно. По границам зерен омфацита возникают Cpx-Pl симплектиты.

В биотит-гранатовых гнейсах вместо Kfs+Sil(Ky) появляется устойчивый парагенезис Ms+Qtz, по Pl развивается Czo, возникают тонкие каймы Pl вокруг зерен Grt.

В карбонатно-силикатных породах на регрессивной стадии метаморфизма возникает Ep, Hbl ряда паргасит-тремолит-актинолит, возрастает железистость граната. На низкотемпературной стадии по Hbl и Bt развивается Chl. В карбонатно-силикатных породах комплекса Дабешань по зернам omp и Hbl развиваются Cpx-Pl и Hbl-Pl симплектиты, часто с Bt и Ep. Характерно, что эти продукты ретроградного разложения находятся в пространственной связи с зональностью замещаемых минералов.

В друзитах, развитых по долеритам Кокчетавского комплекса, реконструрован ряд реакций, приводящих к возникновению ассоциации Cpx с Grt_Alm-Prp (20% Grs) и Qtz:

NaAlSi₃o₈ + mCa(Mg,Fe)Si₂o₆   ==>

==> mCa(Mg,Fe)Si₂o₆ х NaAlSi₂o₆ + Sio₂

CaAl₂Si₂o₈+ 2(Mg,Fe)Sio₃ ==> (Ca,Fe,Mg)₃Al₂Si₃o₁₂ + Sio₂

CaAl₂Si₂o₈ + 2(Mg,Fe)Sio₃ ==> (Ca,Fe,Mg)₃Al₂Si₃o₁₂ + Sio₂

5FeSio₃ + CaAl₂Si₂o₈ + 0.5o₂ = CaFe₂Al₂Si₃o₁₂ + 4Sio₂ + Fe₃o₄

Судя по составам сосуществующих минералов, друзиты не относятся к числу высокотемпературных и высокобарных ассоциаций.

В эклогитах первого структурного типа минералы эклогитового парагенезиса (прежде всего гранат, иногда кианит) консервируют в виде включений минералы парагенезисов прогрессивной стадии метаморфизма. Так, в гранатах из эклогитов участка Сулу-Тюбе (Кокчетавский комплекс) от центра к краю порфиробласта закономерно сменяют друг друга включения минералов фаций эпидотовых амфиболитов, гранатовых амфиболитов и эклогитов. В кианите из эклогитов Дабешаньского комплекса встречаются реликты дометамор-фического парагенезиса (ортопироксен и авгит), а также ранних этапов метаморфизма (серпентин, актинолит).

Минералогические термометры и барометры, использованные для вывода P-T трендов метаморфической эволюции. Для оценки температур минеральных равновесий использовались главным образом обменные равновесия граната с биотитом, амфиболом, эпидотом, хлоритом, пироксеном. Все они обладают взаимосогласованной термодинамической основой (Perchuk, 1990; Gerya, Perchuk, 1994).

Давления для эклогитовых пород определялись по последнему варианту кварц-омфацит-плагиоклазового барометра (A.Л.Перчук, 1992), основанного на реакции Ab=Jd+Qtz с учетом структурных состояний омфацита.

При расчете температуры и давления по Grt-Cpx термометру и Cpx-Pl барометру учитывались содержания акмитового и эгиринового компонентов в Cpx и Adr в Grt.

Результаты геотермобарометрии. Для оценки максимальных значений термодинамических параметров в каждом данном образце использовались традиционные методы выбора равновесных составов сосуществующих минералов по результатам анализа топохимических профилей с точки зрения принципа локального термодинамического равновесия. Эволюция параметров метаморфизма устанавливалась по условному равновесию сопряженных зон роста контактирующих минералов (Перчук и др., 1983). И если в отношении обменных равновесий этот подход достаточно правомерный (Perchuk, 1977; Перчук и др, 1983), то для оценки давления при каждой данной температуре необходимо установить реакционные структуры. В тех случаях, где такие структуры не выявлены, оценки давления следует рассматривать как максимальные (рост omp+Qtz на прогрессивном этапе) или же минимальные (образование Pl+Cpx симплектитов на регрессивном этапе).

Используя обсужденные выше геотермометры, для эклогитов, карбонатно-силикатных пород, гнейсов и сланцев обоих комплексов удалось произвести более 200 парных оценок температуры и давления. Для вывода P-T тренда высокобарного метаморфизма обоих комплексов использованы лишь те образцы, в которых хорошо развита химическая зональность в минералах или же обнаружены реакционные структуры с участием Grt, Cpx, Pl, Qtz. Ограниченное число опубликованных (okay, 1993) оценок для комплекса Дабешань пересчитано в рамках термодинамически взаимосогласованной системы "ГЕОПАС". Некоторые новые данные по этому комплексу также приведены в работе.

Рис. 2

Полученные оценки температур и давлений метаморфизма пород Кокчетавского комплекса нанесены на диаграмму рис. 2. На ней прослеживаются две различные группы трендов эволюции РТ-условий. Четко намечается ретроградная ветвь, характерная исключительно для гранатовых перидотитов и эклогитов второго структурного типа. Максимальные значения температур и давлений (почти 1000^oС и 19 кбар) получены по составам центров зерен граната и омфацита. Давление 19 кбар является здесь минимальной оценкой, так как признаки сосуществования Pl с Grt и omp на этой стадии отсутствуют. Минимальные температуры и давления, зафиксированные составами краевых частей зерен Grt и Cpx с вростками Pl, составили около 500^oС и 11 кбар соответственно. Другая группа трендов, типичная для гнейсов, сланцев и метабазитов первого структурного типа, имеет инверсионный характер. Проградные их ветви фиксируются соответствующей ростовой зональностью порфиробластов граната и включениями минеральных ассоциаций прогрессивной стадии метаморфизма. Ретроградные - определяются по составам сосуществующих минералов на границах зерен и регрессивными реакционными структурами (образование Cpx-Pl симплектитов по omp, Hbl-Pl кайм по Grt и т.д.). Максимальные параметры пика инверсионного метаморфизма (более 750^oС и 15 кбар) характерны для пород месторождения Кумдыкуль и некоторых блоков в меланже у подножия горы Сулу-Тюбе. Минимальные - зафиксированы в эклогитах Сулу-Тюбе (630-680^oС и 12-13 кбар). Значит, метаморфические породы, наблюдаемые на уровне современного эрозионного среза даже в пределах одних участков, метаморфизовались и охлаждались на различных глубинах. Этот вывод соответствует представлениям о Кокчетавском комплексе как о единой зоне мега-меланжа (Dobrzhineckaya, et al., 1994).

Рис. 3

PT-диаграмма для пород комплекса Дабешань (рис. 3) показывает, что они зафиксировали те же две группы трендов метаморфизма. Максимальные значения температур и давлений в эклогитах второго структурного типа и в гипербазитах Дабешаня несколько выше: 1150^oС и 25 кбар. Те же параметры на пике инверсионного метаморфизма не превышали 650-700^oС и 15 кбар. Породы, находящиеся на уровне современного эрозионного среза, также как и в Кокчетавском комплексе, сохранили "память" о различии условий своей эволюции прежде всего на регрессивном этапе метаморфизма.

Протяженный регрессивный тренд, свойственный гипербазитам и эклогитам второго структурного типа обоих комплексов (рис. 2, 3), вероятно отвечает условиям остывания и подъема этих пород после их кристаллизации из магматических расплавов при давлениях не ниже 20-25 кбар.

K-Cpx в гранат-калишпат-клинопироксеновых и алмазоносных карбонатно-силикатных породах Кокчетавского комплекса образовались при P > 60 кбар, а температуры, при которых Grt и Cpx из этих пород могли сосуществовать в равновесии, оцениваются нами в 900 - 1200^oС (Ellis & Green, 1979; Krogh, 1988). В тоже время для карбонатно-силикатных пород Кокчетава и Дабешаня характерны ретроградные изменения, отвечающие по своим условиям регрессивной стадии инверсионного метаморфизма.

Для друзитов по долеритам Кокчетавского комплекса по составам контактирующих зерен Cpx, opx и Pl с Grt условия рассмотренных выше реакций "эклогитизации" были оценены в 490-570^oС и 1 кбар. Эти оценки подтверждают предположение о формировании друзитов на самой поздней стадии метаморической эволюции комплекса в связи с завершающей фазой становления Зерендинского гранитного комплекса.

Таким образом, по данным геотермобарометрии в истории становления Кокчетавского и Дабешаньского комплексов четко намечаются два главных этапа: магматический и метаморфический, в пределах которых различаются следующие события:

1. Ультравысокобарная кристаллизация эклогитовых расплавов при T> 1000^oC и P  20-25 кбар и образование карбонатно-силикатных, гранат-калишпат-клинопироксеновых пород с алмазом, коэситом, K-Cpx при T> 1200-900^oC и P  60 кбар;

2. Регрессивный метаморфизм при остывании и аплифте эклогитов второго структурного типа, карбонатно-силикатных и гранат-калишпат-клинопироксеновых пород в интервале 1000-500^oС и 25-11 кбар;

3. Инверсионный высокобарный метаморфизм с максимумом параметров
600-750 ^oС и 13-15 кбар;

4. Приповерхностные изменения (P 1 кбар), приведшие к образованию друзитов и сопутствующих пород в интервале температуры 575-490^oС, связанные, вероятно, с гранитным магматизмом.