CC BY
51
ЕСТЕСТВЕННЫЕ И ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
УДК 551.251; 552.164 (470.21)
К ПРОБЛЕМЕ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИХ РЕЖИМОВ МЕТАМОРФИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ГЛУБИННЫХ СДВИГОВЫХ ЗОН (НА ПРИМЕРЕ ЛАПЛАНДСКОБЕЛОМОРСКОГО ШВА)
Л.С. Петровская1, В.П. Петров2, М.Н. Петровский1, А.В. Базай1
1Г еологический институт КНЦ РАН 2Кольский научный центр РАН
Аннотация
В ходе геолого-петрологических исследований структурно-вещественных комплексов Лапландско-Беломорского тектонического шва были получены и сопоставлены термодинамические условия образования пород разного литохимического состава с неодинаковой степенью деформационно-вещественных преобразований. Показано, что при сопоставимых температурных условиях формирования гранатсодержащие минеральные ассоциации в зонах интенсивных пластических деформаций характеризуются повышенными и высокими оценками давлений относительно зон слабого проявления пластических деформаций. В пределах локальных участков «надбавка» тектонического давления достигает 2-6 кбар относительно фонового. Ключевые слова:
метаморфизм, термодинамические условия, тектонические сдвиговые зоны, пластические деформации, минеральные парагенезисы, сверхдавления.
Введение
Одной из дискуссионных проблем метаморфической петрологии является проблема пространственно-временного проявления деформационно-вещественных преобразований в земной коре и их генетической взаимосвязи, а также приуроченности наиболее глубоких изменений пород к зонам повышенных деформаций, что находит свое отражение в известной концепции стресс-метаморфизма, показывающей возможное влияние тектонического фактора на термодинамические параметры и кинетику метаморфических реакций. Внимание петрологов вновь обращено к проблеме, связанной с выяснением геологической природы давления, а именно составляющих его компонентов - литостатического и тектонического, а также условий возникновения сверхдавления и генезиса высокобарных метаморфических комплексов в целом.
По инициативе акад. РАН Ф.П. Митрофанова в Программу фундаментальных исследований Отделения наук о Земле РАН № 6 «Динамика континентальной литосферы: геолого-геофизические модели» был включен проект «Исследования влияния тектонических деформаций на вариации термодинамических преобразований в земной коре», руководство которым осуществлял заведующий лаборатории тектоники и геодинамики ИФЗ РАН, д.г.-м.н., профессор Ю.А. Морозов. Главной задачей исследований по данному проекту являлось методически унифицированное изучение соотношения тектонического фактора и параметров метаморфических процессов с акцентом на изучение природы феномена повышенных давлений.
Термодинамические параметры проявления эндогенных процессов, в том числе и тектонометаморфических, устанавливаются различными методами геотермобарометрии, а существующие подходы к пониманию их геологической природы коротко можно охарактеризовать следующим образом: 1) оценки Р-Т условий образования метаморфических минеральных ассоциаций непосредственно отражают глубинность процессов, т.е. давление метаморфическое (Рмет) адекватно давлению литостатическому (Рлит), Т - геотермический режим земной коры; 2) эти оценки имеют сложную природу в зависимости от роли эндогенных энергетических факторов, контролирующих процессы метаморфизма. Так, в качестве источников тепловой энергии могут рассматриваться: а) стационарный геотермический поток;
ВЕСТНИК Кольского научного центра РАН 4/2015(23)
17
Л.С. Петровская, В.П. Петров, М.Н. Петровский и др.
б) тектонический, сопряженный с развитием деформаций различной природы; в) магматический, связанный с внедрением магм в комплексы пород, подвергающихся метаморфизму; г) динамическая энергия, которая связана с литостатикой, тектоникой и тепловыми напряжениями; 3) практически все минеральные реакции и превращения, включая твердофазные равновесия, происходят с учетом флюидов и растворов. Поэтому многие исследователи считают, что Рмет равно давлению флюидному (Рфл), особенно для глубинных зон.
Объекты и методы исследований
Применительно к метаморфическим комплексам Кольского региона проблема зависимости Р-Т параметров от интенсивности тектонических деформаций впервые была изучена
О.А. Беляевым с соавторами [1].
Предметом настоящих исследований являются различные по своему происхождению и вещественному составу супракрустальные комплексы Воче-Ламбинского зеленокаменного пояса, Кислогубской и Майяврской тектонических пластин и Куркенйокской клиновидной зоны, расположенные в пределах Приимандровского блока (рис. 1).
Алгоритм исследований включает в себя: изучение пространственного распределения вариаций структурно-текстурных преобразований метаморфических комплексов, расположенных в зонах пластических сдвиговых деформаций; детальное картирование и опробование участков, сложенных породами однородного литохимического состава, но различающихся как по характеру и интенсивности деформаций, так и по гетерогенности вещественного сложения; изучение петрохимического состава пород; тщательный отбор каменного материала для дальнейшего изучения минеральных ассоциаций, сформированных в условиях различной интенсивности тектонометаморфических преобразований (для данных исследований целенаправленно выбирались гранатсодержащие породы, так как именно химический состав гранатов чувствителен к изменению Р-Т условий окружающей среды); заключительный этап характеризовался изучением особенностей минеральных ассоциаций и количественной оценкой Р-Т параметров их формирования.
Аналитическая часть работы выполнена в лабораториях Геологического института КНЦ РАН. Химический состав пород определялся методом весового анализа (аналитики Л.И. Константинова, к.б.н. М.Н. Тимофеева).
Изучение пород на оптическом микроскопе сопровождалось детальными исследованиями минералов с помощью электронного сканирующего микроскопа «Leo 1450» с энергетической приставкой «Roentec» при ускоряющем напряжении 20 кВ и токе зонда на образце 100-1000 nA. Составы породообразующих минералов определялись на рентгеноспектральном микроанализаторе «Cameca MS-46» при ускоряющем напряжении 22 кВ и токе зонда на образце 30 nA.
Термодинамические условия формирования минеральных парагенезисов, в зависимости от их состава, определялись различными методами с помощью программы TPF (версия 7.0), разработанной сотрудниками ИЭМ РАН - В.И. Фонарёвым, А.А. Графчиковым и
А.Н. Кониловым (1998). Определение термодинамических параметров для гранат-биотитовых гнейсов проводилось по ряду геобарометрических равновесий [3, 4] для ассоциации Grt + Bt + PI + Qtz + Ms*, с учетом данных Grt-Bt геотермометра [5], для гранат-двуслюдяных гнейсов - при совместном решении Grt-Bt геотермометра [5] и Grt-Pl-Bt-Ms-Qtz геобарометра [6].
Принятые сокращения: Amp - амфибол, Bt - биотит, Grt - гранат, Ms - мусковит, Pl - плагиоклаз, Alm - альмандин, Grs - гроссуляр, Prp - пироп, Sps - спессартин; для граната, биотита и мусковита -XMg=Mg/(Mg+Fe+Mn); для амфибола - XMg=Mg/(Mg+Fe2+), (Na+K)A - Na и K в позиции А, кристаллохимическая формула амфибола рассчитывалась на 23 атома кислорода;
для плагиоклаза - XCa=Ca/(Ca+Na+K); содержание TiO2 в биотите и мусковите приведено в мас. %.
18
ВЕСТНИК Кольского научного центра РАН 4/2015(23)
К проблеме термодинамических режимов метаморфических процессов...
Термодинамические параметры условий формирования гранатовых амфиболитов и гранат-биотит-амфиболовых гнейсов были получены при совместном решении Grt-Hbl геотермометра [7] и Grt-Hbl-Pl-Qtz геобарометра [8].
Рис. 1. Структурно-геологическая схема Приимандровского района (с упрощениями по [9]).
Условные обозначения:
1-7 - интрузивные комплексы; 8-18 - метаморфические комплексы; 19-20 - структурные элементы: 19 - элементы залегания полосчатости и гнейсовидности (а), расслоенности (б);
20 -сдвиго-надвиги и надвиги (пологие (а), крутые (б) и субвертикальные разломы (в));
21 - детальные участки: А - Воче-Ламбинский геодинамический полигон, Б - Майяврский,
В - Гора Курковая. Цифрами на карте обозначены структурные зоны: 1 - Чуноозерско-Воче-Ламбинская зона Лапландско-Беломорского тектонического шва; 2 - фрагмент Воче-Ламбинского зеленокаменного пояса; 3 - Майяврская пластина; 4 - Кислогубская пластина;
5 - Куркенйокская зона; 6 - Витегубская зона; 7 - Рижгубская зона. Буквами на схеме обозначены интрузивные массивы: К - Керкчоррский; М - Мончетундровский;
МП - Мончегорский плутон; Ч - Чунотундровский
Геолого-петрологическая характеристика объектов исследований
Район исследований расположен в области сочленения Кольского и Беломорского мегаблоков, а также западного фланга Имандра-Варзугской структуры и рассматривается как Приимандровский блок (рис. 1). Структурные особенности Приимандровского блока характеризуются многократным развитием в позднем архее и в раннем протерозое систем
ВЕСТНИК Кольского научного центра РАН 4/2015(23)
19
Л.С. Петровская, В.П. Петров, М.Н. Петровский и др.
комплементарных разломов, осложненных более поздними субвертикальными разломами различной ориентировки. В пределах блока выделяются крупные позднеоархейские и раннепротерозойские структуры, а также их фрагменты, сложенные породами различного вещественного состава и генезиса, имеющие тектонические границы. Все вещественные комплексы являются вторично переработанными с автономными внутренними структурами, которые являются дискордантными по отношению к границам тел [9].
I Фрагмент Воче-Ламбинского зеленокаменного пояса
Располагается в пределах мощной сдвиговой зоны, маркирующей контакт двух структурновещественных комплексов архея: раннеархейского (древнее 2.80 млрд лет) гранитогнейсового (инфракомплекса) и позднеархейского (моложе 2.76 млрд лет) зеленокаменного, осадочновулканогенного (супракомплекса) (рис. 1). Эндогенная история супракомплекса характеризуется проявлением двух тектоно-метаморфических циклов. К первому, раннеархейскому, циклу с интервалом в 2.76-2.53 млрд лет относится формирование мелких изоклинальных складок, сохранившихся в виде единичных реликтов, а также метаморфизм амфиболитовой фации кианит-силлиманитового типа [2, 9, 10]. Поздний тектонометаморфический цикл отделен от раннего цикла внедрением интрузивных пород, представленных базитами, ультрабазитами, габбро-анортозитами, плагиомикроклиновыми гранитами. В рамках второго тектонометаморфического цикла и была сформирована линзовидно-чешуйчатая структура пояса, а также зона наиболее интенсивных сдвиговых деформаций или «зона Главного разлома» [2].
Одним из первых объектов исследований послужили гранат-биотитовые гнейсы. Структура гнейсов варьирует в зависимости от интенсивности проявления в них пластических деформаций. Слабодеформированные разновидности характеризуются лепидогранобластовой структурой с мелкозернистым строением основной ткани, а интенсивно пластически деформированные разновидности - гранолепидобластовой с хорошо проявленным бластезом минералов основной ткани, наблюдается укрупнение зернистости всех породообразующих минералов. Главными породообразующими минералами гнейсов являются: гранат (3-8 %), биотит (5-10 %), плагиоклаз (45-55 %), кварц (20-25 %) и ± калиевый полевой шпат (0-2 %). Акцессорные минералы представлены апатитом, цирконом, монацитом и сульфидами; вторичные - мусковитом и хлоритом в незначительном количестве. По своим петрохимическим характеристикам все исследованные образцы гранат-биотитовых гнейсов относятся к одному литогеохимическому типу и реконструируются по [11] как высокоглинистые и глинистые метаграувакки. Химический состав (мас. %): S1O2 - 58.38-71.04; T1O2 - 0.32-0.87; AI2O3 - 13.02-17.32; Fe2O3 - 0.13-1.72; FeO - 3.69-8.61; MnO - 0.05-0.12; MgO - 1.19-3.48; CaO - 2.60-4.21; Ш2О - 2.83-3.40; K2O -1.33-2.75.
Гранаты гнейсов относятся к пироп-альмандиновому ряду. В зонах интенсивных пластических деформаций гранаты обладают повышенным и высоким содержанием мас. % СаО (3.79-7.96 % в центральной части зерна и 3.81-7.91 % - в краевой) относительно гранатов из слабодеформированных зон (3.06-3.55 % в центральной части зерна и 3.18-3.43 % - в краевой), сформированных в сопоставимых температурных условиях (550-710 и 500-640 °С соответственно), что может свидетельствовать об их формировании в условиях повышенных давлений. Составы гранатов из гнейсов в зонах интенсивных пластических деформаций характеризуются повышенным количеством гроссуляровой компоненты (10.6-34.0 %) по сравнению с гранатами из менее деформированных разностей (5.3-10.3 %), более широким диапазоном минимального и максимального количества пироповой компоненты (7.40-18.1 %) и понижением минимального предела альмандиновой - (49.9-71.2 %) по сравнению с гранатами из зон слабодеформированных гнейсов (11.7-15.5 и 69.5-74.4 % соответственно). Фиксируется также широкий разброс минимального и максимального количества спессартиновой составляющей в зонах интенсивных пластических деформаций - 2.8-11.1 % относительно слабодеформированных участков - 4.7-7.7 % (табл. 1).
20
ВЕСТНИК Кольского научного центра РАН 4/2015(23)
К проблеме термодинамических режимов метаморфических процессов...
На кульминационном этапе метаморфизма давление в пределах исследуемого участка варьировало от 4.2 до 11.6 кбар (табл. 1). Максимальные его значения (9.1-11.6 кбар) отмечены в зонах наиболее интенсивных пластических деформаций и в более контрастных по реологическим свойствам пачках пород; в аналогично дислоцированных зонах при меньшей контрастности строения величина давления оценивается в 6.7-10.7 кбар (табл. 1).
Таблица 1
Параметры состава сосуществующих минералов из гранат-биотитовых гнейсов Воче-Ламбинской сдвиговой зоны и Р-Т условия их равновесий
Grt Bt Pl О О Р, кбар
Prp Sps Alm Grs XMg TiO2 XMg Xca Ti Pi
Зоны интенсивных пластических деформаций
Образец- Б-3452*
А1 ii.9 5.9 5i .9 30.3 0.i70 2.72 0.532 0.363 656 ii.6
Аэ 7.4 8.7 49.9 34.0 0.ii3 2.72 0.532 0.363 547 9.i
А4 9.6 7.9 50.5 32.0 0.i42 2.72 0.532 0.363 604 i0.4
С4 8.4 8.5 5i.i 32.0 0.i24 i.94 0.527 0.369 574 9.7
Образец Б-3437*
Ai ii.7 6.7 62.8 i8.8 0.i44 2.05 0.485 0.299 645 i0.7
С1 i0.7 8.8 62.5 i8.0 0.i30 i .62 0.500 0.338 599 9.0
Образец ВЧ-5/4
А2 9.9 6.7 60.6 22.7 0.i28 2.08 0.462 0.330 628 i0.i
С2 8.7 9.i 60.i 22.i 0.ii2 2.08 0.462 0.330 596 9.i
Образец ВЧ-5/3-3
А2 i6.7 4.3 66.0 i3.0 0.i93 i .66 0.497 0.309 706 i0.8
Аэ i0.6 4.4 7i.2 i3.8 0.i23 i .24 0.49i 0.387 558 7.8
Образец ВЧ-3437г-1
Ai i4.0 3.4 69.i i3.6 0.i62 i .65 0.444 0.299 707 ii.i
Ci i2.0 3.8 70.7 i3.5 0.i38 i .65 0.444 0.350 643 9.0
А2 i4.6 2.8 69.7 i2.9 0.i68 i.74 0.485 0.390 665 8.7
Образец ВЧ-3437г-2
Ai i2.7 ii.i 62.i i4.i 0.i48 2.i7 0.453 0.342 686 9.8
Аэ i8.i 4.0 67.3 i0.6 0.202 i .62 0.509 0.335 697 9.6
Сэ i5.8 4.8 68.4 ii.0 0.i77 i .62 0.509 0.352 650 8.5
Зоны слабого проявления пластических деформаций
Образец ВЧ-5/7-1
Ai i5.5 4.7 69.5 i0.3 0.i73 i .68 0.503 0.366 642 7.8
Ci i2.0 6.3 72.0 9.6 0.i33 i .68 0.503 0.366 562 5.7
А2 i2.i 6.0 72.7 9.2 0.i33 i .68 0.505 0.354 558 5.6
С2 9.5 8.0 73.0 8.0 0.i05 i .68 0.505 0.354 504 4.4
Образец ВЧ-3440/12
Ai i4.i 5.5 70.3 i0.i 0.i57 i.7i 0.452 0.267 494 4.8
Ci i0.3 8.3 7i.6 i0.3 0.ii4 i.7i 0.452 0.30i 427 2.9
А2 ii.7 6.4 72.5 9.5 0.i29 i .62 0.433 0.295 623 7.6
C2 9.9 8.6 7i .7 9.8 0.ii0 i .62 0.433 0.295 585 6.8
Образец Б-3440-2-2*
Ai i3.3 7.7 73.7 5.3 0.i40 2.55 0.556 0,244 527 4.6
А2 i2.7 7.4 74.4 5.5 0.i35 2.55 0.556 0,260 5i4 4.2
Ci 9.5 i3.i 67.5 9.9 0.i06 2.55 0.537 0,257 506 5.8
С2 io.i i2.0 68.3 9.6 0.ii2 2.57 0.542 0,284 507 5.4
Примечание. А - ассоциации, включающие центр Grt, Pl и матричного Bt; С - ассоциации
с участием контактирующих зон Grt, Bt и Pl.
Образцы из коллекции О.А. Беляева [1].
Термодинамические условия формирования минерального парагенезиса Grt81.7-86.1+ +Bt49.4-56.0+Pl29.5-36.6+Qtz слабодеформированных зон оцениваются в Т=500-640 °С, Р=6.0-7.8 кбар, что, вероятно, характеризует фоновые Р-Т условия метаморфизма. Для гнейсов из зон
ВЕСТНИК Кольского научного центра РАН 4/2015(23)
21
Л.С. Петровская, В.П. Петров, М.Н. Петровский и др.
интенсивных пластических деформаций минеральный парагенезис представлен Grt79.0-87.0+ +Bt49.0-55.5+Pl29.9.8-39.o+Qtz, а термодинамические условия его формирования составляют: Т=550-710 °С, Р=8.0-11.6 кбар. Аномально высокие давления (9.0-11.6 кбар) могут рассматриваться как сверхдавления, генерируемые при интенсивных деформациях пластического сдвига в неднородной по своим реологическим свойствам среде (образец 3452 [1]). В аналогично дислоцированных зонах, но при меньшей контрастности вещества давление оценивается в 7.810.7 кбар (образцы: ВЧ-5/3, ВЧ-5/4, 3437г-1, 3437г-2 и образец [1] - 3437*).
Гранатовые парагенезисы, независимо от интенсивности проявления пластических деформаций гнейсов, характеризуются регрессивным температурным трендом кристаллизации, и их фигуративные точки отвечают кианитовому типу метаморфизма (рис. 2). Различия в оценках температур центральных и краевых зон составляют в пределах от 20 до 60 °С для интенсивно пластически деформированных разновидностей гнейсов и до 80 °С - в слабодеформированных (табл. 1).
Рис. 2. Р-Т параметры гранат-биотитовых гнейсов Воче-Ламбинского геодинамического
полигона. Условные обозначения:
1 - интенсивно пластически деформированные; 2 - слабодеформированные
II. Кислогубская тектоническая пластина
Простирается в северо-западном направлении от южного окончания Кислой губы, прослеживается в долине р. Вите между фрагментами массива габбро-анортозитов Монче- и Чуна-Тундр и имеет протяженность около 30 км (при ширине 2-5 км) (рис. 1). Пластина ограничена разломами и сложена позднеархейскими биотит-амфиболовыми (±гранат) и гранатдвуслюдяными гнейсами с прослоями полосчатых полевошпатовых (±гранат) амфиболитов. Она представляет собой сегмент шовной зоны с более низкой степенью преобразования вещества (метаморфизм в условиях эпидот-амфиболитовой или низкотемпературной амфиболитовой фаций), чем в Воче-Ламбинском зеленокаменном поясе. Пласты гранатовых двуслюдяных гнейсов смяты в складки, размер которых может достигать сотни метров. Шарниры крупных и более мелких складок погружаются по аз. 110-130° под углами 45-52° [9]. U-Pb возраст метавулканитов кислого состава оценивается в 2708±20 млн лет [12].
В пределах Кислогубской пластины был закартирован участок «Курковая» (рис. 3), сложенный преимущественно единым по своему происхождению и вещественному составу комплексом пород, гранат-двуслюдяными ортогнейсами с резко подчиненным количеством деформированных биотитовых и гранат-биотит-амфиболовых ортогнейсов.
Объектом исследований, прежде всего, послужили гранат-двуслюдяные ортогнейсы, представленные тонко- и мелкозернистыми темно-серыми породами, структура варьирует
22
ВЕСТНИК Кольского научного центра РАН 4/2015(23)
К проблеме термодинамических режимов метаморфических процессов...
в зависимости от интенсивности проявления пластических деформаций. Слабо деформированные разновидности характеризуются лепидогранобластовой структурой с тонкозернистым строением основной ткани, а в интенсивно пластически деформированных разностях наблюдается укрупнение всех породообразующих минералов и структура основной ткани характеризуется как гранолепидобластовая. Главными породообразующими минералами ортогнейсов являются: гранат (гроссуляр-альмандинового состава - 0-5 %); биотит (10-15 %); мусковит (5-10 %); плагиоклаз (олигоклаз-андезин и андезин - более 40 %); калиевый полевой шпат (микроклин - 0-15 %) и кварц (20-25 %). Акцессорные минералы представлены апатитом, цирконом, титанитом и сульфидами, вторичные - эпидотом и серицитом в незначительном количестве. По своим петрохимическим характеристикам исследованные образцы гранатдвуслюдяных ортогнейсов реконструируются по [13] как ортопороды, а на диаграмме для магматических пород, в системе TAS, их фигуративные точки соответствуют составам дацитов и риодацитов. Химический состав (мас.%): SiO2 - 68.35-74.10, TiO2 - 0.56-0.83, Al2O3 -8.92-12.34, Fe2O3 - 0.86-2.38, FeO - 3.49-6.49, MnO - 0.05-0.15, MgO - 0.23-1.76, CaO - 0.942.50, Na2O - 2.18-4.25, K2O - 2.34-4.07.
Рис. 3. Детальный участок «Курковая». Условные обозначения:
1 - кварцевые прожилки; 2 - деформированные биотитовые ортогнейсы; 3 - интенсивно рассланцованные гранат-биотит-амфиболовые ортогнейсы; 4 - в различной степени деформированные гранат-двуслюдяные ортогнейсы; элементы залегания: 5 - гнейсовидности;
6 - шарниров складок; 7 - точки отбора образцов
В зонах интенсивных пластических деформаций гранаты ортогнейсов обладают повышенным и высоким содержанием мас. % СаО (8.79-11.04 % в центральной части зерна и 8.94-11.84 % - в краевой) относительно гранатов из слабодеформированных зон (6.91-6.98 % в центральной части зерна и 7.50-8.02 % - в краевой), сформированных в сопоставимых температурных условиях (610-740 и 620-640 °С соответственно). Составы гранатов в зонах проявления интенсивных пластических деформаций характеризуются повышенным количеством гроссуляровой составляющей (25.0-33.0 %) по сравнению с гранатами из менее деформированных разностей (20.0-21.84 %), увеличением пиропа (5.77-7.4 % в центральной части зерна и 6.10-7.47 % - в краевой, кроме образца К-9/13-1) и понижением альмандиновой компоненты (54.21-64.26 % в центральной части зерна и 54.90-64.53 % - в краевой, кроме образца К-9/13-1) относительно гранатов из зон слабодеформированных гранат-двуслюдяных гнейсов (0.81-1.12 и 0.81-1.22 %; 72.57-73.36 и 71.70-74.96 % соответственно), фиксируется также незначительное повышение спессартиновой составляющей в зонах интенсивных деформаций (4.92-6.16 % и 3.81-5.52 соответственно) (табл. 2).
ВЕСТНИК Кольского научного центра РАН 4/2015(23)
23
Л.С. Петровская, В.П. Петров, М.Н. Петровский и др.
Оценки давлений в пределах исследуемого участка варьируют в пределах 8.2-17.1 кбар (табл. 2). Максимальные его значения (11.6-17.1 кбар) отмечены в зонах наиболее интенсивных деформаций, для слабодеформированных участков давление оценивается в диапазоне от 8.2 до 10.1 кбар.
Термодинамические условия формирования минерального парагенезиса Grt98.5-98.9 + + Bt93-97 + Ms86.7-94.0 + Kfs92.9-95.9 + Pl12.3-17.3 + Qtz слабодеформированных зон оцениваются в 7=620-640 °С, Р=8.2-10.1 кбар, что, вероятно, характеризует фоновые Р-Т условия образования гранат-двуслюдяных ортогнейсов в пределах участка (табл. 2).
Таблица 2
Параметры состава сосуществующих минералов из гранат-двуслюдяных и гранат-биотит-амфиболовых гнейсов участка «Курковая» и Р-Т условия их равновесий
Grt Bt Ms Pl
Prp | Sps | Alm | Grs | XMg TiO2 | XMg TiO2 | XMg XCa
Т,
оС
Р,
кбар
Г ранат-двуслюдяные ортогнейсы
Зоны интенсивных пластических деформаций
К-10/13-2
А1 6.49 6.16 56.34 31.02 0.103 2.42 0.410 0.28 0.402 0.293 608 11.6
С1 6.79 5.11 55.17 32.93 0.110 2.42 0.410 0.28 0.402 0.293 628 12.3
А2 7.37 5.36 54.21 33.06 0.110 2.42 0.402 0.20 0.386 0.248 663 15.6
С2 7.47 4.89 54.90 32.74 0.111 2.42 0.402 0.20 0.386 0.248 673 16.4
К-9/13-1
А1
С1
1.35
1.27
3.15
3.10
70.45
69.22
25.05
26.40
0.018
0.017
3.15
3.15
0.070
0.070
0.10
0.10
0.131
0.131
0.108
0.108
738
727
14.4
14.2
К-1/13
С1
А1
С1
6.17
5.77
6.10
4.22
4.92
3.20
64.34
64.26
64.53
25.26
25.05
26.16
0.083
0.077
0.083
2.82
2.82
2.82
0.274
0.274
0.274
0.46
0.46
0.46
0.320
0.320
0.320
0.257
0.257
0.257
732
710
730
17.7 17.1
17.7
Зоны слабого проявления пластических деформаций
К-2/13
А1
С1
1.12
1.22
3.81
3.41
73.23
71.77
21.84
22.60
0.014
0.016
2.15
2.15
0.083
0.083
0.19
0.19
0.113
0.113
0.173
0.173
623
648
8.2
9.0
К-9/13-2
С1 1.05 4.09 73.17 21.69 0.013 3.37 0.054 0.06 0.060 0.123 711 12.4
А1 0.81 6.55 72.57 20.08 0.010 3.37 0.054 0.06 0.060 0.123 630 9.7
С1 1.00 4.23 71.70 23.07 0.013 3.37 0.054 0.06 0.060 0.123 683 11.6
А2 0.86 5.52 73.36 20.26 0.012 1.53 0.030 0.06 0.060 0.123 642 10.1
С2 0.81 2.22 74.96 22.01 0.011 1.53 0.030 0.06 0.060 0.123 623 9.8
Г ранат-биотит-амфиболовые гнейсы
Зона интенсивного проявления пластических деформаций
К-5/2
Grt Bt Amp Pl Т, оС Р, кбар
Prp Sps Alm Grs XMg TiO2 XMg XMg (Nb+K)a Si ф.е. XCa
С1 1.59 1.01 67.20 30.20 0.023 3.71 0.069 0.070 0.665 6.18 0.156 751 14.2
А1 1.37 2.87 66.88 28.88 0.019 3.71 0.069 0.070 0.665 6.18 0.156 687 13.0
С1 1.29 3.04 67.77 27.90 0.018 3.71 0.069 0.070 0.665 6.18 0.156 710 13.1
А2 1.51 1.10 68.42 28.96 0.021 3.35 0.006 0.060 0.625 6.11 0.151 762 14.0
С2 0.84 4.10 66.07 29.00 0.012 3.35 0.006 0.060 0.625 6.11 0.151 668 12.1
А3 1.39 1.23 68.03 29.35 0.020 3.35 0.006 0.060 0.678 6.16 0.151 739 13.7
А4 1.08 2.45 67.90 28.58 0.015 3.35 0.006 0.060 0.678 6.16 0.151 683 12.8
А5 1.58 1.33 69.77 27.33 0.022 3.35 0.006 0.060 0.678 6.16 0.151 768 13.9
С5 1.50 1.91 68.49 28.10 0.021 3.35 0.006 0.060 0.678 6.16 0.151 761 13.9
Примечание. А - ассоциации, включающие центр граната, плагиоклаза и матричных биотита,
мусковита (Ms) из гранат-двуслюдяных ортогнейсов, а также центр граната, плагиоклаза и матричного амфибола (Amp) из гранат-биотит-амфиболовых ортогнейсов; С - ассоциации с участием контактирующих зон граната, биотита, мусковита и плагиоклаза, а также контактирующих зон граната плагиоклаза и амфибола соответственно.
24
ВЕСТНИК Кольского научного центра РАН 4/2015(23)
К проблеме термодинамических режимов метаморфических процессов...
Для гнейсов из зон интенсивных пластических деформаций минеральный парагенезис представлен Grt89.7-91.7 + Bt59-72.6 + Ms59.8-68.2 + Kfs93.1-95.9 + Pl27.8-29.3 + Qtz, а термодинамические условия его формирования составляют: 7=610-740 °С, Р=11.6-17.1 кбар (табл. 2).
В пределах участка «Курковая» в ассоциации с гранат-двуслюдяными ортогнейсами наблюдается коренный выход, сложенный интенсивно пластически деформированными биотитовыми и гранат-биотит-амфиболовых гнейсами (рис. 3). Изученные образцы гранат-биотит-амфиболовых гнейсов представлены мелко- и среднезернистыми породами серого цвета с зеленоватым оттенком, общая структура характеризуется как порфиробластовая, структура основной ткани - гранолепидобластовая. По своим петрохимическим характеристикам все исследованные образцы гранат-биотит-амфиболовых гнейсов реконструируются по [15] как ортопороды, а на диаграмме для магматических пород, в системе TAS, их фигуративные точки соответствуют составам низкощелочных дацитов. Химический состав (мас. %): SiO2 - 64.4866.01; TiO2 - 1.02-1.44; AI2O3 - 10.94-12.52; Fe2O3 - 1.65-2.49; FeO - 7.82-9.21; MnO - 0.20-0.23; MgO - 0.33-0.52; CaO - 3.89-4.26; Ш2О - 1.24-3.52; K2O - 1.21-1.24.
Рис. 4. Р-Т параметры гранат-двуслюдяных и гранат-биотит-амфиболовых ортогнейсов Кислогубской тектонической пластины. Условные обозначения:
1 - интенсивно пластически деформированные и 2 - слабодеформированные гранат-двуслюдяные ортогнейсы; 3 - интенсивно пластически деформированные гранат-биотит-амфиболовые
ортогнейсы
Для минеральной ассоциации Grt93.0-96.3 + Bt92.7-95.6 + Amp93.0-94.2 + Pli5.i-i56 + Qtz из
интенсивно пластически деформированных гранат-биотит-амфиболовых ортогнейсов, получены оценки термодинамических параметров (7=680-770 °С и 7=12.8-14 кбар), которые являются близкими по термодинамическим значениям рассчитанным для интенсивно пластически деформированных гранат-двуслюдяных ортогнейсов (табл. 2).
Исследованные гранаты из гранат-двуслюдяных и гранат-биотит-амфиболовых ортогнейсов, независимо от интенсивности проявления пластических деформаций, характеризуются прогрессивным температурным трендом кристаллизации, Р-Т параметры всех минеральных ассоциаций отвечают кианитовому типу метаморфизма (рис. 4). Различия в оценках температур центральных и краевых зон гранатов из интенсивно деформированных гранат-двуслюдяных гнейсов составляют 10-20 °С, а в слабодеформированных разновидностях -
ВЕСТНИК Кольского научного центра РАН 4/2015(23)
25
Л.С. Петровская, В.П. Петров, М.Н. Петровский и др.
20-80 °С (табл. 2). Для гранатов из интенсивно деформированных гранат-биотит-амфиболовых гнейсов отличие в оценках температур центр - край составляет до 70 °С.
III. Майяврская тектоническая «пластина»
Представляет собой полосу северо-западного простирания, сложенную позднеархейскими толщами гранатовых и гранат-полевошпатовых амфиболитов с резко подчиненным количеством гранат-биотитовых гнейсов (рис. 1). Породы Воче-Ламбинского зеленокаменного пояса и Майяврской тектонической пластины претерпели близкие структурно-метаморфические преобразования двух этапов метаморфизма в условиях амфиболитой фации [9].
В пределах Майяврской тектонической пластины, в районе горы высотой 366.9 м, закартирован детальный участок «Майяврский», сложенный в различной степени деформированными гранатовыми амфиболитами с редкими прослоями слабодеформированных гранат-биотитовых гнейсов (рис. 5).
Рис. 5. Детальный участок «Майяврский». Условные обозначения:
1 - кварцевые прожилки; 2 - будины гранатовых амфиболитов; 3 - интенсивно пластически деформированные гранатовые амфиболиты; 4 - средней степени пластически деформированные гранатовые амфиболиты; 5 - места скопления крупных порфиробласт граната;
6 - слабодеформированные гранатовые амфиболиты; 7 - слабо пластически деформированные гранат-биотитовые гнейсы; 8 - элементы залегания сланцеватости; 9 - точки отбора образцов
Гранатовые амфиболиты представлены массивными мелкозернистыми породами темнозеленого цвета, структура варьирует в зависимости от интенсивности проявления в них пластических деформаций. Слабо пластически деформированные разновидности обладают массивной текстурой, структура породы порфиробластовая за счет выделений граната, структура основной ткани характеризуется сочетанием гранобластовой и гетерогранобластовой. По мере увеличения интенсивности пластических деформаций (средняя степень) в амфиболитах наблюдается укрупнение всех породообразующих минералов и структура основной ткани характеризуется сочетанием гранонематобластовой и нематогранобластовой с элементами мозаичной. В процессе интенсивных пластических деформаций гранатовые амфиболиты были подвергнуты разлинзованию с образованием будинаж-текстуры, соответственно. Главными породообразующими минералами гранатовых амфиболитов являются: амфибол (роговая обманка - 50-60 %); гранат (пироп-альмандинового состава - 5-10 %); биотит (1-5 %); плагиоклаз (андезин - более 30-35 %) и кварц. Акцессорные минералы представлены апатитом, цирконом,
26
ВЕСТНИК Кольского научного центра РАН 4/2015(23)
К проблеме термодинамических режимов метаморфических процессов...
титанитом, алланитом и сульфидами; вторичные - хлоритом, карбонатом и серицитом в незначительном количестве. По своим петрохимическим характеристикам все исследованные образцы гранатовых амфиболитов реконструируются по [13] как ортопороды, а на диаграмме для магматических пород, в системе TAS, их фигуративные точки соответствуют составам базальтов. Химический состав (мас. %): SiO2 - 46.75-50.16, TiO2 - 0.88-2.72, Al2O3 - 12.19-15.67, Fe2O3 - 1.58-3.02, FeO - 10.07-13.43, MnO - 0.17-0.26, MgO - 4.60-7.62, CaO - 8.02-11.22; Na2O - 2.09-3.06, K2O - 0.17-0.77.
Гранаты из зон слабо- и интенсивно пластически деформированных амфиболитов относятся к гроссуляр-пироп-альмандиновому и пироп-гроссуляр-альмандиновому рядам, соответственно. В зонах интенсивного рассланцевания гранаты обладают повышенным и высоким содержанием мас. % СаО (11.09-12.78 % в центральной части зерна и 11.31-12.97 % - в краевой) относительно гранатов из средне- и слабодеформированных зон (4.47-7.06 % в центральной части зерна, 4.47-7.59 % - в краевой и 3.40-4.88 % в центральной части зерна, 4.204.93 % - в краевой соответственно), сформированных в близких температурных интервалах (600-670, 630-670 и 610-700 °С соответственно), что может свидетельствовать о том, что данные гранаты могли быть сформированы в условиях высоких давлений (табл. 3). В изученных составах гранатов с увеличением интенсивности пластических деформаций резко возрастает количество гроссуляра (31.40-35.08 %) по сравнению с гранатами из средне- и слабодеформированных разностей (12.66-21.67 и 9.48-13.43 % соответственно). Гранаты из зон интенсивных пластических деформаций характеризуются значительным понижением пироповой (9.26-10.94 %) и альмандиновой (49.73-56.40 %) составляющих, относительно гранатов из средне- и слабодеформированных разновидностей пород, где значения пиропа (16.20-24.33 и 21.22-27.29 %) и альмандина (58.50-67.10 и 61.64-65.61 %) имеют большие значения, а также увеличением спессартиновой составляющей до 3-5.96 % (табл. 3).
Оценки давления варьируют в пределах 6.5-11.1 кбар. Максимальные его значения (8.511.1 кбар) отмечены в зонах наиболее интенсивных пластических деформаций и в более контрастных по реологическим свойствам пачках пород, а в аналогично дислоцированных зонах при меньшей контрастности строения вещества величина давления снижается до 6.2-8.2 кбар.
Для амфиболитов из слабодеформированных зон минеральный парагенезис представлен Grt7i.i_75.i + Hbl36.6-39.4±Bt-Pl27.4.36.9 + Qtz, термодинамические условия формирования которого оцениваются в 7=610-700 °С, Р=6.5-7.4 кбар (табл. 3). Для амфиболитов, из зон средней и интенсивной степени пластических деформаций, минеральные парагенезисы представлены Grt71.7-78.4 + Hbl37.0-44.4±Bt + Pl30.9-37.2 + Qtz и Grt80-86.5 + Hbl46.1-60.1±Bt + Pb3.4-47.3 + Qtz, а
термодинамические условия формирования оцениваются в 7=630-670 °С, Р=6.2-8.2-8.5 (?) кбар и 7=600-670 °С, Р=8.2(?)-10.4-11.1 кбар соответственно (табл. 3).
В ассоциации с гранатовыми амфиболитами наблюдаются прослои слабодеформированных мелкозернистых гранат-биотитовых гнейсов серого цвета, общая структура породы характеризуется как порфиробластовая, структура основной ткани - лепидогранобластовая (рис. 5). По своим петрохимическим характеристикам они реконструируются по [13] как ортопороды, а на диаграмме для магматических пород, в системе TAS, соответствуют риодацитам. Химический состав (мас. %): SiO2 - 69.66; TiO2 - 0.53; Al2O3 - 11.19; Fe2O3 - 1.51; FeO - 4.40; MnO - 0.11; MgO - 0.54; CaO - 2.80; Ш2О - 2.45; K2O - 3.97.
Для минеральной ассоциации Grt70.3+Bt66.6+Pl22 8+Qtz получены оценки термодинамических параметров (7=600-650 °С и Р=4.0-6.3 кбар), которые являются близкими по термодинамическим значениям, рассчитанным для гранатов из слабодеформированных амфиболитов (табл. 3), а также гранатов из слабодеформированных гнейсов, изученных в пределах Воче-Ламбинского геодинамического полигона.
Значительная часть исследованных гранатов из гранатовых амфиболитов в слабодеформированных зонах, а также в зонах средней и интенсивной степени проявления пластических деформаций характеризуется прогрессивным температурным трендом,
ВЕС7НИК Кольского научного центра РАН 4/2015(23)
27
Л.С. Петровская, В.П. Петров, М.Н. Петровский и др.
регрессивный температурный тренд наблюдается у гранатов из зон разлинзования или будинаж-структур (рис. 6, табл. 3). Различие в оценках температур для центральных и краевых частей граната составляет около 60 °С в недеформированных зонах, а в зонах средней и интенсивной степени пластических деформаций достигает 50 и 30 °С соответственно.
Таблица 3
Параметры состава сосуществующих минералов из гранатовых амфиболитов и гранат-биотитовых гнейсов Майяврской тектонической пластины и Р-Т условия их равновесий
Grt Amp Pl О О К" Р,
Prp Sps Alm Grs XMg XMg (Na+K)A Si ф.е. Xoa кбар
Г ранатовые амфиболиты
Будина
Л-4/13-1
С1 9.14 2.77 56.26 31.83 0.140 0.450 0.465 6.46 0.235 632 10.7
А1 9.26 2.94 56.40 31.40 0.141 0.460 0.507 6.47 0.235 673 11.1
С1 7.82 3.03 56.34 32.82 0.122 0.450 0.465 6.46 0.235 602 10.4
Зоны интенсивного проявления пластических деформаций
Л-4/13-3
А1 10.94 5.15 49.73 34.17 0.180 0.580 0.318 6.59 0.416 599 8.5
С1 11.84 3.05 49.91 35.20 0.192 0.580 0.318 6.59 0.416 613 8.8
А2 10.74 5.96 50.23 35.08 0.176 0.570 0.351 6.50 0.476 603 8.2
Зоны средней степени проявления пластических деформаций
Л-4/13-4
А1 18.09 4.10 58.50 19.32 0.236 0.600 0.290 6.52 0.372 668 6.2
А2 16.20 3.34 58.80 21.67 0.216 0.600 0.290 6.52 0.372 628 8.2
С2 14.20 3.08 60.43 22.30 0.190 0.600 0.290 6.52 0.372 599 8.5
Л-4/13-6 |
А1 24.33 0.68 61.62 13.37 0.283 0. 670 0.294 6.57 0.309 644 7.9
С1 26.09 0.90 60.33 12.69 0.302 0.670 0.294 6.57 0.309 663 7.8
А2 18.48 1.77 67.10 12.66 0.216 0.600 0.292 6.52 0.344 633 6.6
Аэ 21.66 1.60 62.24 14.50 0.258 0.660 0.322 6.48 0.344 630 7.5
Зоны слабого проявления пластических деформаций
Л-1/13
А1 21.89 3.04 61.64 13.43 0.262 0.590 0.385 6.38 0.644 703 7.2
С1 21.62 2.73 62.11 13.54 0.258 0.590 0.385 6.38 0.369 690 7.5
Л-4/13-5
С1 20.38 1.77 64.75 13.10 0.239 0.640 0.278 6.59 0.326 643 7.1
А1 21.93 2.45 63.64 11.98 0.256 0.640 0.278 6.59 0.326 624 7.3
С1 22.50 1.55 63.47 12.48 0.262 0.640 0.278 6.59 0.326 670 7.4
А2 21.22 3.07 63.07 12.63 0.252 0.640 0.278 6.59 0.326 638 7.2
Л-2/13-2
С1 26.13 0.91 61.15 11.82 0.299 0.660 0.384 6.51 0.274 666 8.2
А1 25.80 1.37 63.32 9.51 0.289 0.660 0.384 6.51 0.274 659 7.4
С1 24.80 0.92 62.65 11.63 0.284 0.660 0.384 6.51 0.274 617 7.8
С1 26.87 0.80 62.69 9.64 0.300 0.660 0.384 6.51 0.274 670 7.5
А2 21.81 3.10 65.61 9.48 0.249 0.670 0.345 6.55 0.309 610 6.5
С2 27.24 0.72 59.92 12.12 0.313 0.670 0.345 6.55 0.309 671 7.8
A3 27.29 0.55 60.08 12.08 0.312 0.670 0.345 6.55 0.309 625 9.1
____________Г ранат-биотитовые гнейсы___________
Зоны слабого проявления пластических деформаций
Л-2/13-1
Grt Bt Pl О О К" Р,
Prp Sps Alm Grs XMg TiO2 XMg Xca кбар
А1 27.11 1.58 67.97 3.34 0.281 2.08 0.744 0.228 645 6.3
С1 31.00 1.60 64.89 2.50 0.318 2.08 0.744 0.228 595 4.0
Примечание. А - ассоциации, включающие центр Grt, Amp и Pl для гранатовых амфиболитов, а также центр Grt, Pl и матричного Bt для гранат-биотитовых гнейсов; С - ассоциации с участием контактирующих зон Grt, Amp и краев зерен Pl, а также контактирующих зон Grt, Pl и матричного Bt
соответственно.
28
ВЕСТНИК Кольского научного центра РАН 4/2015(23)
К проблеме термодинамических режимов метаморфических процессов...
Рис. 6. Р-Т параметры тектонометаморфизма гранатовых амфиболитов и гранат-биотитовых гнейсов Майяврской тектонической пластины. Условные обозначения:
1 - интенсивно пластически деформированные, 2 - средней степени пластически деформированные, 3, 4 - слабодеформированные гранатовые амфиболиты и гранат-биотитовые
гнейсы соответственно
IV. Куркенйокская зона
Куркенйокская клиновидная зона (рис. 1) ограничена разломами и сложена в основном полевошпат-роговообманковыми амфиболитами. В амфиболитах наблюдаются пласты парагнейсов, мощность которых варьирует от первых метров до 200 м. Пласты смяты в складки размером до 100 м. Шарниры крупных и мелких складок погружаются по азимуту 120-160°, под углами 30-40°.
Для оценки вариаций термодинамических параметров был закартирован детальный участок «Нюрпа», отличающийся от предыдущих породных комплексов по своему происхождению и вещественному составу. В пределах участка развиты гранат-двуслюдяные парагнейсы, различающиеся как по интенсивности проявления деформаций, так и по гетерогенности их вещественного сложения, а также прослои интенсивно пластически деформированных гранатовых амфиболитов, смятых в складки (рис. 7).
Гранат-двуслюдяные парагнейсы представлены среднезернистыми светло-серыми, гнейсовидными породами. Слабо пластически деформированные разновидности обладают мелкозернистым строением и массивной текстурой, структура породы порфиробластовая за счет выделений граната, структура основной ткани характеризуется как гранобластовая с элементами лепидогранобластовой. По мере увеличения интенсивности пластических деформаций в гнейсах происходит укрупнение всех породообразующих минералов, а также фиксируется наличие кварцевых и кварц-плагиоклазовых прожилков. Структура основной ткани соответствует лепидогранобластовой с элементами гранолепидобластовой и мозаичной. Главными породообразующими минералами являются: гранат (до 6 %), биотит (2-7 %), мусковит (5-13 %), плагиоклаз (олигоклаз - более 40-45 %), микроклин (0-3 %) и кварц (28-30 %). Акцессорные минералы представлены апатитом, цирконом, титанитом, эпидотом и сульфидами, вторичные -хлоритом до 0.5-1 % и серицитом в незначительном количестве.
По своим петрохимическим характеристикам все исследованные образцы гранатдвуслюдяных парагнейсов реконструируются по [13] как парапороды, а на диаграмме FAK [11] их фигуративные точки соответствуют составам граувакковым и субграувакковым песчаникам. Химический состав (мас. %): SiO2 - 64.40-70.00; TiO2 - 0.38-0.87; Al2O3 - 11.14-20.25; Fe2O3 -
ВЕСТНИК Кольского научного центра РАН 4/2015(23)
29
Л.С. Петровская, В.П. Петров, М.Н. Петровский и др.
0.73-4.01; FeO - 2.15-4.54; MnO - 0.02-0.10; MgO - 0.36-2.19; CaO - 0.79-2.57; Na2O - 1.58— 4.11; K2O - 1.76-4.29.
В зонах интенсивных пластических деформаций гранаты из гранат-двуслюдяных парагнейсов большей частью обладают повышенным содержанием масс. % СаО (1.98-4.47 % в центральной части зерна и 1.54-3.28 % - в краевой) относительно гранатов
из слабодеформированных зон (1.40-2.31 % в центральной части зерна и 1.51-2.68 % -в краевой), сформированных в сопоставимых температурных условиях (490-590 и 520-590 °С, соответственно). Составы гранатов в зонах интенсивных пластических деформаций характеризуются повышенным количеством гроссуляровой составляющей (5.70-12.94 %) по сравнению с гранатами из менее деформированных разностей (3.99-6.77 %), близкими значениями пироповой (7.85-13.43 % в центральной части зерна и 9.63-14.11 % - в краевой) и понижением альмандиновой компоненты (75.58-79.94 % в центральной части зерна и 76.2381.72 % - в краевой) относительно гранатов из зон слабодеформированных гранат-двуслюдяных парагнейсов (10.69-14.12 и 9.99-14.57 %; 79.73-82.80 и 77.35-85.79 % соответственно) (табл. 4).
Рис. 7. Детальный участок «Нюрпа». Условные обозначения:
1 - гранатовые амфиболиты; 2 - двуслюдяные гнейсы; 3- гранат-двуслюдяные парагнейсы;
4 - жильные образования эпидот-амфибол-биотит-плагиоклаз-кварцевого состава;
5 - биотитовые гнейсы; 6 - плагиоамфиболиты; 7 - гнейсовидность; 8 - шарниры складок;
9 - точки отбора образцов
Определение термодинамических параметров для гранат-двуслюдяных гнейсов показало, что на кульминационном этапе метаморфизма давление в пределах исследуемого участка варьировало в пределах 4.9-9.1 кбар (табл. 4). Максимальные его значения (7.1-9.2 кбар) отмечены в зонах наиболее интенсивных пластических деформаций, для слабодеформированных участков давление оценивается в интервале от 5.5 до 7.1-8.0 кбар.
Для гранат-двуслюдяных парагнейсов термодинамические условия формирования минерального парагенезиса Grt85.2-88.6 + Bt49.2-51.7 + Ms44.2-47.6 ± Kfs + Pl18.3-20.5 + Qtz
из слабодеформированных зон оцениваются в Т=520-590 °С, Р=5.5 до 8.0 кбар, что, вероятно (?), характеризует фоновые Р-Т условия образования гранат-двуслюдяных гнейсов в пределах детального участка (табл. 4). Для гнейсов из зон интенсивных пластических деформаций
30
ВЕСТНИК Кольского научного центра РАН 4/2015(23)
К проблеме термодинамических режимов метаморфических процессов...
минеральный парагенезис представлен Grt85.3-90.7 + Bt48.0-51.4 + Ms44.2-58.5 ± Kfs + Pl18.4-19.6 + Qtz, а термодинамические условия его формирования составляют: 7=490-590 °С, Р=7.2-9.2 кбар (табл. 4).
Таблица 4
Параметры состава сосуществующих минералов из гранат-двуслюдяных гнейсов и гранатовых амфиболитов Куркенйокской клиновидной зоны и Р-Т условия их равновесий
Grt Bt Ms Pl
Prp | Sps | Alm | Grs | XMg TiO2 | X|Mg TiO2 1 X|Mg XCa
Т,
оС
Р,
кбар
Гранат-двуслюдяные парагнейсы
Зоны интенсивных пластических деформаций
Образец Н-3А
А1 7.85 2.97 76.23 12.94 0.090 1.53 0.498 0.490 0.415 0.190 493 7.2
С1 12.95 1.60 78.27 7.17 0.140 1.53 0.498 0.490 0.415 0.190 579 8.0
А2 13.04 1.32 79.94 5.70 0.138 1.62 0.505 0.490 0.415 0.189 567 7.3
А5 12.5 0.53 78.86 8.10 0.136 1.62 0.499 0.590 0.550 0.186 571 8.3
С5 13.54 0.12 76.73 9.61 0.150 1.62 0.499 0.590 0.550 0.186 570 9.1
А6 13.43 0.23 77.86 8.48 0.147 1.81 0.491 0.350 0.558 0.189 594 8.9
H-4/13-1
А1 11.84 0.42 75.58 12.16 0.135 1.68 0.503 0.170 0.489 0.194 570 9.2
С1 14.11 0.20 76.46 9.22 0.155 1.68 0.503 0.490 0.352 0.194 598 9.1
А2 12.59 0.35 76.79 10.28 0.140 1.48 0.520 0.490 0.352 0.184 564 8.9
С2 12.48 0.58 78.19 8.75 0.137 1.48 0.520 0.490 0.352 0.184 557 8.3
Образец Н-4/13-2а
А1
С1
9.51
9.63
1.01
1.43
77.63
81.72
11.85
7.22
0.108
0.104
1.44
1.44
0.486
0.486
0.240
0.240
0.505
0.505
0.187
0.187
534
523
8.1
6.5
Зоны слабого проявления пластических деформаций
H-3/13-1
А1
С1
14.12
12.04
0.72
0.72
81.17
81.41
3.99
5.83
0.147
0.128
1.71
1.71
0.490
0.490
0.348
0.348
0.560
0.560
0.190
0.190
589
561
6.7
7.6
H-3A-1
С1 13.20 2.02 78.52 6.15 0.141 1.28 0.482 0.210 0.524 0.185 585 7.9
А1 12.96 1.10 79.73 6.21 0.138 1.28 0.482 0.210 0.524 0.185 589 8.0
С2 9.99 1.54 85.79 5.68 0.106 1.21 0.506 0.450 0.528 0.183 512 5.9
А2 12.56 1.04 80.92 5.48 0.133 1.21 0.506 0.450 0.528 0.183 558 7.1
Н-4/13-1а
С1 14.57 0.56 77.35 7.53 0.158 1.45 0.508 0.450 0.534 0.205 597 8.4
А1 12.44 0.66 80.13 6.77 0.133 1.45 0.508 0.450 0.534 0.205 557 7.1
С2 10.68 0.95 83.48 4.89 0.112 1.45 0.508 0.450 0.534 0.205 520 5.2
А2 10.69 1.13 82.80 5.38 0.113 1.45 0.508 0.450 0.534 0.205 522 5.5
Г ранатовые амфиболиты
Зоны интенсивных пластических деформаций
Н-4/13-2
Grt Amp Pl Т, оС Р, кбар
Prp Sps Alm Grs X[Mq X[Mq (Nb+K)a Si ф.е XCa
С1 12.39 5.08 58.83 23.70 0.162 0.530 0.264 6.22 0.325 643 9.4
А1 15.47 4.51 67.43 12.60 0.177 0.530 0.264 6.22 0.325 668 7.5
А2 16.17 4.51 67.05 12.27 0.184 0.540 0.336 6.13 0.325 646 7.4
С3 13.44 3.67 62.29 20.59 0.169 0.530 0.291 6.18 0.325 634 8.9
А3 14.60 5.13 67.89 12.38 0.167 0.530 0.291 6.18 0.325 658 7.6
Примечание. А - ассоциации, включающие центр Grt, Pl и матричных Bt, Ms из гранатдвуслюдяных парагнейсов, а также центр Grt, Pl и Amp из гранатовых амфиболитов; С - ассоциации с участием контактирующих зон Grt, Bt, Ms, а также контактирующих зон Grt, Amp и Pl соответственно.
В пределах участка «Нюрпа» среди интенсивно пластически деформированных гнейсов закартирован прослой гранатового амфиболита смятого в складку (рис. 7). Гранатовые амфиболиты представлены мелко и среднезернистыми породами темно-зеленого цвета, структура породы порфиробластовая за счет выделений граната, структура основной ткани характеризуется сочетанием гранонематобластовой и нематогранобластовой с элементами мозаичной. Главными породобразующими минералами амфиболитов являются: амфибол
ВЕСТНИК Кольского научного центра РАН 4/2015(23)
31
Л.С. Петровская, В.П. Петров, М.Н. Петровский и др.
(роговая обманка - 55-65 %); гранат (переменного пироп-альмандинового гроссуляр-
альмандинового составов - 5-8 %); плагиоклаз (андезин - 25-33 %) и кварц. Акцессорные минералы представлены апатитом, цирконом, титанитом, алланитом и сульфидами, вторичные -хлоритом, карбонатом и серицитом в незначительном количестве. По своим петрохимическим характеристикам исследованные образцы гранатовых амфиболитов реконструируются по [13] как ортопороды, а на диаграмме для магматических пород, в системе TAS, соответствует составам базальтов. Химический состав (мас. %): SiO2 - 49.89, TiO2 - 1.30, Al2O3 - 14.55, Fe2O3 -2.45, FeO - 11.24, MnO - 0.25, MgO - 5.82, CaO - 10.38, Na2O - 0.89, K2O - 0.39.
Для минеральной ассоциации Grt77.i.78.9+Hbl50.i.53.0+Pl32.5.38.5+Qtz из интенсивно пластически деформированных гранатовых амфиболитов определены термодинамические параметры центральных частей: Т=650-670 °С и Р=7.4-7.6 кбар, которые, вероятно, соответствует термодинамическим характеристикам проявления раннего этапа их формирования, краевые его части характеризуются Р-Т параметрами в Т=630-640 °С, Р=8.9-9.4 кбар. Оценки давления краевых частей гранатов (8.9-9.4 кбар) выше таковых в центральных его частях (7.4-7.6 кбар) и являются близкими к оценкам давления, определенным для интенсивно пластически деформированных гранат-двуслюдяных гнейсов (8.0-9.2 кбар) в пределах детального участка.
Рис. 8. Р-Т параметры тектонометаморфизма гранат-двуслюдяных парагнейсов и гранатовых амфиболитов Куркенйокской клиновидной зоны. Условные обозначения:
1 - интенсивно пластически деформированные; 2 - слабодеформированные гранат-двуслюдяные парагнейсы; 3 - интенсивно пластически деформированные гранатовые амфиболиты
Исследованные гранаты из гранат-двуслюдяных парагнейсов, независимо от интенсивности проявления пластических деформаций, характеризуются как прогрессивным, так и регрессивным температурным трендом кристаллизации, что можно объяснить хорошей проницаемостью пород, следовательно, они в большей степени были подвергнуты изменениям под влиянием проявления более поздних процессов даже с незначительными термодинамическими параметрами. Р-Т условия всех минеральных ассоциаций отвечают кианитовому типу метаморфизма (рис. 8). Принципиальных отличий в оценках температур центральных частей гранатов относительно его краевых частей не наблюдается. Различия в оценках температур центральных и краевых зон гранатов из интенсивно пластически деформированных гранат-двуслюдяных парагнейсов составляют 10-60 °С, а в слабодеформированных разновидностях - 10-50 °С (табл. 4). Для гранатов из интенсивно пластически деформированных гранатовых амфиболитов отличие в оценках температур центр -край составляет до 30 °С (табл. 4).
32
ВЕСТНИК Кольского научного центра РАН 4/2015(23)
К проблеме термодинамических режимов метаморфических процессов...
Обсуждение результатов исследований
Проведенные геолого-петрологические исследования пород и минеральных парагенезисов, представляющих различные по строению и вещественному составу объекты, позволяют получить новую информацию о метаморфических процессах и их термодинамических режимах в глубинных тектонических зонах сдвиговой природы.
Для всех изученных разновидностей пород (гранат-биотитовых гнейсов, гранатдвуслюдяных пара- и ортогнейсов, а также гранатовых амфиболитов) устанавливаются существенные закономерные различия в составах гранатовых парагенезисов в зависимости от интенсивности деформационно-вещественных преобразований пород. Общей тенденцией является возрастание содержания СаО и, соответственно, доли гроссулярового компонента в интенсивно пластически деформированных породах по сравнению со слабодеформированными породами. Кристаллы гранатов, образованные в результате интенсивных тектонометаморфических деформаций, характеризуются достаточно однородным распределением компонентов в центральной и краевой его частях. Гранаты из слабо- или недеформированных зон обладают сложной химической зональностью, которая характеризуется однородным составом в центральной части, снижением содержания Mn, Fe и ростом концентрации Ca и Mg в краевой его части.
Диапазоны давлений, зафиксированных для слабодеформированных участков из гранат-биотитовых гнейсов (6.0-7.5 кбар) Воче-Ламбинского геодинамического полигона [1, 2], гранатовых амфиболитов (6.5-7.4 кбар) Майяврской тектонической пластины и гранатдвуслюдяных парагнейсов (5.5—8.0 кбар) Куркенйокской клиновидной зоны являются близкими (при сопоставимых температурных значениях) и, по-видимому, отвечают диапазону фоновых давлений кульминационной стадии регионального метаморфизма амфиболитовой фации кианит-силлиманитового типа, проявленного в пределах зоны Лапландско-Беломорского тектонического шва [9, 10]. Оценки давлений, полученные для гранат-двуслюдяных и гранат-биотит-амфиболовых ортогнейсов Кислогубской тектонической пластины, сформированных в условиях амфиболитовой фации метаморфизма, являются завышенными, что обусловлено спецификой их химизма и возможностями использованных геотермобарометров.
Аномально высокие давления (9.1-11.6 кбар для гнейсов Воче-Ламбинского геодинамического полигона; 10.4-11.1 - гранатовых амфиболитов Майяврской тектонической пластины; 8.0-9.2 кбар - гранат-двуслюдяных парагнейсов Куркенйокской клиновидной зоны) можно рассматривать как сверхдавления, генерируемые при интенсивных пластических деформациях в неоднородной по своим реологическим свойствам среде.
Вариации значений давления хорошо коррелируются с интенсивностью проявления пластических сдвиговых деформаций и литолого-геохимической среды их формирования и позволяет оценить так называемую «надбавку» тектонического давления относительно фонового в пределах одного литохимического типа пород.
ЛИТЕРАТУРА
1. Беляев О.А., Петров В.П., Ряженова С.А. Неоднородности состава граната из гнейсов в зоне сдвиговых деформаций (Кольский полуостров) // ЗВМО. 2000. № 1. С. 82-90. 2. Воче-Ламбинский архейский
геодинамический полигон Кольского полуострова / под ред. Ф.П. Митрофанова и В.И. Пожиленко. Апатиты, 1991. 196 с. 3. Hoisch T.D. Emperical calibration of six geobarometers for the mineral assemblage quartz + muscovite + biotite + plagioclase + garnet // Contrib. Mineral. and Petrol. 1990. Vol. 104. P. 225-234. 4. Hoisch T.D. Equlibria within the mineral assemblage quartz + muscovite + biotite + plagioclase, and implication for the mixing properties of octahedrally-coordinated cations in muscovite and biotite // Contrib. Mineral. and Petrol. 1991. Vol. 108. P. 43-54. 5. Биотит-гранат-кордиеритовые равновесия и эволюция метаморфизма / Л.Л. Перчук[и др.] // M.: Наука, 1983. 197 с. 6. Ghent E.D. Geobarometry and geothermometry of plagioclase-biotite-garnet-muscovite assemblages / E.D. Ghent, M.Z. Stout // Contrib. Miner. and Petrol. 1981. Vol. 76. P. 92-97. 7. Wells P.R.A. P-T conditions in the Moines of the Central Highlands, Scotland // J. Geol. Soc. London. 1979. Vol. 136. P. 663-671. 8. Kohn M.Y., Spear F.S. Empirical calibration of geobarometers for the assemblage garnet + hornblende + plagioclase + quartz // Amer. Miner. 1989. Vol. 74, № 1-2. P. 77-84. 9. Геология рудных районов Мурманской области / В.И. Пожиленко [и др.]. Апатиты: КНЦ РАН, 2002. 359 с. 10. Петров В.П. Метаморфизм раннего протерозоя Балтийского щита. Апатиты: КНЦ РАН, 1999. 325 с.
ВЕСТНИК Кольского научного центра РАН 4/2015(23)
33
Л.С. Петровская, В.П. Петров, М.Н. Петровский и др.
11. Предовский А.А. Реконструкция условий седиментогенеза и вулканизма раннего докембрия. Л.: Наука, 1980. 152 с. 12. Баянова Т.Б., Чащин В.В. Новые результаты радиологического датирования кислых метавулканитов кислогубской и сейдореченской свит // Материалы Всеросс. палеовулканического симп. Петрозаводск, 2011. С. 16-17. 13. Werner C.D. Saxonian granulites - a contribution to the geochemical diagnosis of original rocks in high metamorphic complexes // Gerlands Beitr. Geophys. 1987. Vol. 96, № 3-4. P. 271-290.
Сведения об авторах
Петровская Лариса Сергеевна - к.г.-м.н., научный сотрудник Геологического института КНЦ РАН; e-mail: petrovskaya@geoksc.apatity.ru
Петров Валентин Петрович - д.г.-м.н., профессор, Кольский научный центр РАН; e-mail: petrov@admksc.apatity.ru
Петровский Михаил Николаевич - к.г.-м.н., старший научный сотрудник Геологического института КНЦ РАН; e-mail: petrovskiy@geoksc.apatity.ru
Базай Айя Валериевна - к.г.-м.н., научный сотрудник Геологического института КНЦ РАН; e-mail: bazai@geoksc.apatity.ru
34
ВЕСТНИК Кольского научного центра РАН 4/2015(23)
