30.12.2020

Фациальные условия формирования метасомо-магматической системы


Щелочно-ультраосновные комплексы петрографически весьма разнообразны, что обусловлено спецификой пространственного разделения — совмещения входящих в их состав пород, а возможно, и неоднотипностью мантийного магмогенеза. Своеобразие каждого массива является также функцией баротемпературного и флюидного режима его становления. Учет этих факторов — актуальная задача, часть крупной петрологической проблемы — создания для различных серий горных пород фациальных схем, подобных известной петрогенетической сетке Н. Боуэна. Для открытых или частично открытых природных систем задача особенно сложная из-за многообразия факторов, определяющих их равновесное состояние. Тем не менее в ряде случаев она успешно решается. Заложены основы фациального анализа и щелочно-ультраосновных образовании. Специальная попытка такого рода в отношении карбонатитов предпринята, в частности В.С. Самойловым.

Рассмотрим фациальную схему, в основе которой лежат изложенные представления о щелочно-ультраосновных комплексах как специфических метасомо-магматических системах, возникающих при тесной взаимосвязи магматизма и метасоматизма и фактически одинаковом режиме интенсивных параметров во всех их частях.

Для этого целесообразно воспользоваться приемом совмещения моновариантных кривых с мелилитом (см. рис. 37) с кривой его устойчивости в координатах t—рСО2 (рис. 38). Такое совмещение достаточно нестрого, поскольку природные мелилиты отличаются от использованного взксперименте акерманита. Однако, судя по предварительным расчетам, кривая типа Me = Не + Пи + Ка близка кривой Ак = Пи + К.а, На совмещенную диаграмму нанесем также линии солидуса магматических мелилитовых и нефелин-пироксеновых пород. Исходные данные могут быть получены из соответствующих экспериментов и исследований расплавных включений в указанных породах.

Наиболее низкая температура магматического процесса характеризует кристаллизацию ийолит-уртитов. Однако магматический расплав исчерпывается нередко уже в ходе кристаллизации ийолит-мельтейгитов, а иногда и ранее. Последующее образование нефелина (нефелинизация) происходит при участии гидротермального раствора. Поэтому на диаграмме (см. рис. 38) показаны примерные линии солидуса как для ийолитов, так и для уртитов. Судя по экспериментальным данным, они как и линия солидуса мелилитовой породы, имеют слабый наклон и оси давления. Пересечение кривых солидуса и кривой устойчивости мелилита на диаграмме (см. рис. 38) позволяет выделить три области, различающиеся по величине парциального давления углекислоты.

Область I характеризуется весьма высоким парциальным давлением углекислоты. Ориентировочно оно превышает 0,8 кбар. Такое давление обусловлено не только глубиной становления массивов, но и дополнительными факторами. Отметим, в частности, свойственное щелочно-ультраосновным массивам мощное интрузивное давление, давление флюидной фазы в условиях слабой проницаемости вмещающих пород и т. п. Основная минералогический особенность этой pt-области определяется тем (см. рис. 38), что кривая устойчивости мелилита находится в ней выше линии солидуса мелилитовых пород. Поэтому мелилит не характерен ни для магматических, ни для метасоматических пород. В таких условиях, вероятно, сформировался массив Маган (Маймеча-Котуйская провинция), а также массивы Саянской провинции. Еще одна особенность рассматриваемой рt-области — высокий химический потенциал натрия, что совместно с давлением создает малоблагоприятные условия для образования метасоматического граната. Ассоциация нефелин+эгирин-диопсид+титаномагнетит, которая обычно замещается гранатом, в какой-то части указанной области остается устойчивой, и безмелилитовая фациальная область разделяется на две субфациальные — гранатовую и безгранатовую. Упомянутый выше массив Маган формировался в условиях, когда гранитизация не имела места, в массивах же Саянской провинции встречается шорломит. Теоретически также возможно выделение бесфлогопитовой субфации (высокотемпературная область максимально возможного химического потенциала натрия). Затруднительно указать достоверные примеры ее реализации в природе, хотя указания на отсутствие флогопита среди метасоматитов магматической стадии нередко встречаются.

Область II характеризуется умеренными значениями парциального давления углекислоты (от 0,3 до 0,8 кбар), обеспечивающими возможность возникновения полного набора магматитов и метасоматитов. Так, наряду с нефелин-пироксеновыми, широко развиты магматические мелилитовые породы. Мелилит встречается и в метасоматических колонках, возникающих при воздействии щелочно-ультраосновных расплавов на более ранние ультрамафиты. В последующих метасоматических преобразованиях мелилит может участвовать как фаза исходной породы.

Понижение в пределах указанной области химического потенциала натрия и соответственно повышение калия ведут к вытеснению парагенезиса нефелин + пироксен парагенезисом гранат + флогопит, типичным для так называемых «скарнов».

В массивах Карело-Кольской провинции одним из основных минералов «скарновых» ассоциаций является также роговая обманка (гастингсит). В то же время в массивах Маймеча-Котуйской провинции амфиболы для подобного рода изменений менее характерны. Переход от ассоциации гранат + флогопит к ассоциации гранат + флогопит + амфибол требует еще большего усиления роли калия по сравнению с натрием в метасома-тическом процессе. Близкий общий характер изменения парагенезисов описал Л.Л. Перчук для метасоматитов, связанных с формацией нефелиновых сиенитов. Он также указал, что переход от минерала к минералу в ряду пироксен—гранат— гастингсит обусловлен понижением химического потенциала натрия по сравнению с таковым калия в растворах. Таким образом, в пределах рассматриваемой фациальной области выделяются поля (субфации) с различными активностями вполне подвижных щелочей. Геологическим примером такой субфациальной изменчивости может служить следующий ряд (см. рис. 38): субфация Нa (массив Кугда), субфация 116 (массив Одихинча, Тулинский массив), субфация IIв (массив Ков-дор). Переход в ряду от массива к массиву характеризует увеличение относительной роли скарновых парагенезисов, вообще, и амфибола, в частности.

Область III отличается малыми значениями парциального давления углекислоты (менее 0,3 кбар). Принципиальная особенность этой области заключается в том, что кривая устойчивости мелилита расположена здесь ниже линии солидуса нефелин-пироксеновых пород. Соответственно в этой области теоретически возможно метасоматическое развитие мелилита по нефелин-пироксеновым породам. Заметим, однако, что температурный интервал для такого процесса невелик. Область в целом отличает и невысокий уровень активности натрия. Соответственно широкое развитие могут иметь разнообразные скарновые парагенезисы, образующиеся по мелилитовым и нефелин-пироксеновым породам. Особенно низкая активность углекислоты создает возможность появления таких редких ассоциаций, как кальцит + мелилит, кальцит + монтичеллит (массивы Турьего мыса в Карело-Кольском регионе).

Стадиальная смена метасоматических парагенезисов в щелочно-ультраосновных массивах, обусловленная последовательным снижением температуры их становления, уже отмечалась. Температурными реперами, позволяющими разделять стадии такого направленного развития, могут быть нанесенные на диаграмму (см. рис. 38) температурные кривые некоторых магматических пород. Так, очевидно, линия солидуса ийолит-мельтейгита (или ийолит-уртита) примерно соответствует нижней температурной границе стадии нефелинизации. Верхняя граница этой стадии соответствует температурам ликвидуса ийолит-мельтейгитов и мелилитовых пород. По существующим оценкам они составляют 1050—1100 и 1100—1200°С. Формирование метасоматических колонок с флогопитом может лимитироваться устойчивостью флогопита (до 1000°C). По данным В. С. Самойлова, использовавшего геотермометр пироксен—биотит, флогопит-пироксеновые породы стадии нефелинизации возникли в интервале температур 760—850 °С.

Нижняя граница стадии нефелинизации (750—850°С) является одновременно верхней границей промежуточной стадии. Переход же к процессам карбонатизации и канкринитизации, фиксируемый по появлению в парагенных ассоциациях кальцита и канкринита (вместо нефелина), отделяет ее от стадии карбонатизации.

Экспериментальные работы А. Костера, П. Уайли и A. Kocтера показывали, что канкринит в равновесии с карбонатитовым расплавом появляется вместо нефелина при температурах ниже 720—730 °C. Таким образом, для промежуточной стадии намечается весьма узкий температурный интервал, что еще раз указывает на переходный характер возникающих в ее ходе парагенезисов. Отметим, что в условиях высокой активности натрия и высокого давления углекислоты интервал может быть несколько расширен. Это связано с насыщением карбонатитового расплава содой и снижением температуры его кристаллизации. Косвенно это подтверждает указание В.С. Самойлова о том, что в массивах Саянской провинции температура формирования карбонатитов ниже, чем в массивах Маймеча-Котуйской и Карело-Кольской провинций. Однако разница невелика и приводимые цифры нуждаются в дополнительном подтверждении. По нашим представлениям, метасоматиты стадии карбонатизации формируются в связи с кристаллизацией карбонатитового расплава. Однако определяемые температуры их становления могут быть и ниже экспериментально определенной температуры солидуса модельного карбонатитового расплава 640°. Это возможно связано с перерождением расплава в карботермальный раствор. Последующие относительно низкотемпературные метасоматические явления, протекающие после прекращения магматической деятельности, выходят за рамки настоящей книги. Характеристика температурных условий их проявления дана В.С. Самойловым.

Предложенная фациальная схема является, скорее, качественной, хотя и включает ряд количественных параметров. Однако они требуют дополнительного уточнения. Отметим также, что в основе схемы положен ряд гипотетических представлений. Важнейшие из них следующие:

1. Постулируется связный характер внедрения и становления всех пород, входящих в состав щелочно-ультраосновных массивов, за исключением ранних ультрамафитов (оливиниты, дуниты, рудные пироксениты).

2. Допускается возможность формирования массивов при давлениях, превышающих давление нагрузки (глубина становления массивов обычно невелика).

3. Для безмелилитовой области допускается реализация реакции карбонатизации. Однако фактически, вероятнее всего, имеет место явление несмесимости силикатного и карбонатного расплавов, стабилизируемое относительно высоким давлением и не допускающее обогащения силикатной жидкости кальцием. Заметим также, что существование карбонатной жидкости особенно при умеренных температурах возможно лишь при малых рСО2. Возникающее противоречие снимается предположением, что высокая активность натрия обусловливает реакцию такого рода:

Na2O + CO2 = Na2CO3 (расплав).


Приводимые в тексте геологические примеры удовлетворительно согласуются с предложенной схемой. Естественно, однако, что природные ассоциации возникают при большем наборе фациальных факторов, чем это учтено предложенной схемой. Важное значение, например, может иметь режим кислорода и некоторых других элементов (фтор, хлор и т. д.). Особенности субэффузивных жерловых карбонатитовых комплексов также требуют учета дополнительных факторов, возможно динамики восхождения магм. Заметим также, что смена фациальных обстановок определяется внешними по отношению к становлению массива причинами. Соответственно возможны заметные колебания и давления, и характера флюидного режима, и, как следствие, не всегда зависимый от режима остывания массива переход от одной фациальной обстановки к другой.





Яндекс.Метрика