21.03.2021

Проблема сохранности первичного химического состава пород при региональном метаморфизме


Проблема сохранности вещества при региональном метаморфизме в последние десять лет приобрела особо важное значение. Это объясняется тем, что именно в эти годы в геологии начали развиваться такие направления как формационный анализ докембрийских метаморфических образований, геохронологические исследования минералов и пород в целом, метаморфогенное рудообразование. При решении целого ряда вопросов важно знать, с какой системой мы имеем дело — с открытой или закрытой.

При решении проблемы сохранности вещества при метаморфизме необходимо в первую очередь четко сформулировать следующие положения: а) для какого масштаба явлений систему можно считать открытой или закрытой; б) в каких термодинамических и геологических условиях возможно существование определяемой системы и в) в каких количествах выражаются ошибки, связанные с методикой геологического опробования или аналитических методов.

Многолетние исследования влияния метаморфизма на вещественный состав пород привели к возникновению двух точек зрения: об изохимическом и аллохимическом характере метаморфизма.

Сторонники первого направления полагают, что в меняющихся термодинамических условиях систему следует считать открытой лишь для летучих и воды. Изменения содержания петрогенных элементов не происходит или происходит столь незначительно, что современными методами часто не улавливается. При этом предполагается, что минеральные фазы, слагающие породы, являются открытыми системами. Перемещение вещества возможно, но лишь в пределах взаимодействия фаз.

Изменения химического состава пород, по мнению сторонников изохимического характера метаморфизма, не происходит вплоть до высокотемпературной амфиболитовой фации. Это было установлено на примере пелитовых пород Д. Шоу и др., псамито-пелитовых пород — Б. Масоном, а аркозовых кварцитов — Шварцем. В то же время при переходе к гранулитовой фации многочисленными исследователями было установлено изменение в содержании как петрогенных, так и малых элементов. Эти исследования проведены для разных по химическому составу пород.

Сторонники второго направления, допуская значительные изменения в химическом составе пород, предполагают и перемещение вещества на значительные расстояния. Так, Д.А. Великославинский считает, что такая мощная по своему объему толща, как мамская, изменяет свой состав в целом, начиная от зеленосланцевой фации до амфиболитовой в следующих пределах: SiО2 15—28%; Al2O3 13—28% и FeO+MgO 72—42% (общее содержание этих окислов Д.А. великославинским принято за 100%), что невозможно без значительного перемещения вещества на площади.

Исследователи, отстаивающие взгляд на аллохимический характер метаморфизма, полагают, что изменения в составе пород происходят начиная с фации зеленых сланцев, и чем выше степень метаморфизма, тем существеннее изменения в составе.

Противоречия, имеющие место в определении характера влияния метаморфизма на изменения вещественного состава пород, обусловлены, вероятно, недостаточным учетом объема системы. Если не учитывать объем системы, то можно придти к противоречивым выводам относительно петрохимических изменений в процессе ультраметаморфизма некоторых районов. Например, исследования, проведенные в Северном Приладожье показали, что, если рассматривать химический состав формации в целом, то можно сделать вывод, что процесс выплавления гранитного материала с образованием послойных мигматитов идет в условиях, близких к изохимическим. При этом естественно, что состав как выплавленного гранита, так и рестита будет отличаться от состава слоя, в котором протекало выплавление. Масштабы внутренних перемещений вещества определяются интенсивностью процесса ультраметаморфизма. В начале этого процесса система будет закрытой на уровне слоя, при более интенсивном процессе она будет закрытой на уровне формации.

В табл. 1 приведены химические составы пород ладожской формации и различных зон метаморфизма, не затронутых процессами ультраметаморфизма и подвергшихся этим изменениям. Данные получены на основе составления средних проб по площадям и показывают тождественность химического состава пород в этих зонах. Отсюда следует, что в зонально-метаморфических породах ладожской формации процессы метаморфизма, включая ультраметаморфизм, проходили без привноса материала, в объеме формации в целом.

Вторая причина, приводящая к противоречиям в оценке влияния метаморфизма на состав пород — это многообразие проявлений геологических процессов. Авторами изучалось влияние метаморфизма на петрохимию и геохимию пород в условиях прогрессивного метаморфизма (низких и высоких давлений) и в областях широкого проявления полиметаморфических процессов. Сохранность химического состава пород при прогрессивном региональном метаморфизме исследовалась в монометаморфических зональных комплексах Северо-Байкальского и Патомского нагорий (умеренные давления), а также Приладожья (низкие давления).

В Приладожье было изучено влияние метаморфизма на химический состав формации в целом и, кроме того, пелитов, слагающих основную массу пород формации. Сравнивались данные химических анализов средних проб, полученных по площади с учетом объема каждой разновидности пород в разрезе. Изменения содержания основных породообразующих окислов здесь не наблюдалось.

В тех же пробах были проанализированы Rb и Sr (количественный анализ) (табл. 2, 3). Содержание Rb во всех зонах, включая и зону ультраметаморфизма, постоянное, в то время, как содержание Sr в зоне ультраметаморфизма увеличивается, также как и Ca. По частным пробам (полуколичественный спектральный анализ, выполненный в одной лаборатории одним и тем же аналитиком) изменения в содержании установлены для Ga, Ba, Sr, Yb.

В Северо-Байкальском нагорье изучались только пелиты, входящие в состав ритмично-слоистой толщи и составляющие в ней верхние элементы ритма. Их изучение было произведено в разных зонах метаморфизма на основании данных средних проб. Средние пробы были получены из групп образцов, отобранных на площади развития пелитов. Химические анализы этих проб приведены в табл. 4. Закономерное изменение химических составов пелитов Северо-Байкальского нагорья от зоны к зоне не наблюдается.

Кроме этого, по результатам химических анализов частных проб были составлены карты тренд-поверхностей распределения породообразующих окислов на площади зонального метаморфизма. По этим данным намечается слабая тенденция в изменении ТiO2 и К2О. В количественном отношении увеличение ТiO2 находится на грани ошибки опыта. Содержание К2О увеличивается также незначительно. Вопрос о связи увеличения содержания этого окисла с влиянием метаморфизма или с его первичным распределением пока не может быть решен.

Как на основе анализов средних проб, так и карт тренд-поверхностей для пелитов Северо-Байкальского нагорья можно сделать вывод, что метаморфизм в этом районе, так же как и в Приладожье, протекал в условиях, близких к изохимическим.

Для этого же района в средних пробах изучалось распределение содержаний Rb, Sr (табл. 5) и элементов группы железа (количественный спектральный анализ) Pb, Sn, Ga, Ni, Cu, Zr, Ba, Sr, Co, Cr (полуколичественный метод). Тенденцию к изменению имеют Pb, Ni, Sr, Co, V, Cr.

В Патомском нагорье влияние метаморфизма на химический состав пород изучалось в трех районах развития зонально-метаморфических комплексов. Исследовались породы различного химического и литологического составов: терригенные (пелиты и алевриты), карбонатные, метаморфизованные коры выветривания и метадиабазы. Здесь, как и в вышеописанных районах, анализ проводился по данным средних проб, но отобранных не по площади, а по отдельным пересечениям свит или горизонтов от кровли для каждой зоны метаморфизма.

В метадиабазах и карбонатных породах статистически значимых различий средних по зонам содержаний петрогенных элементов не установлено (табл. 6). В песчано-глинистых породах происходит закономерное значимое увеличение содержаний EFe2O3 и Mg с возрастанием степени метаморфизма. По сравнению с породами серицит-хлоритовой субфации увеличение содержания этих элементов составляет всего лишь 15—18 %.

Среди редких элементов (по данным количественного спектрального анализа) аналогично Fe и Mg в песчано-глинистых породах ведут себя Ni и Co, но увеличение их содержаний более существенно (35—48%) и, особенно, Cu (в 2 раза). Золото выносится из пород амфиболитовой фации и фиксируется в эпидот-амфиболитовой или зеленосланцевой фации. В метадиабазах и карбонатных породах все редкие элементы инертны.

Материалы по поведению малых элементов в условиях метаморфизма всех изученных нами районов дают основание высказать следующие предположения: малые элементы при метаморфизме ведут себя дифференцированно; количественное изменение содержаний некоторых элементов происходит в узких термодинамических условиях. Именно поэтому, возможно, что тенденции в их поведении непостоянны, т. е. устанавливается значимость различий между одними зонами и отсутствие таких различий между другими.

Характер влияния высокотемпературного регионального диафтореза на состав пород изучен на примере кольской серии Балтийского щита и шарыжалгайской серии Прибайкалья и Патомского нагорья. В первых двух районах по гранулитовой фации развиваются диафториты амфиболитовой фации с широко проявленными процессами гранитизации. Для их изучения применена методика средних проб, причем для кольской серии опробование пород проводилось на площади, а для шарыжалгайской серии Прибайкалья детально опробовались разрезы.

Сравнение составов средних проб, отобранных на площадях, затронутых и не затронутых диафторезом, показало увеличение содержаний кремния, калия и рубидия и уменьшение фемических элементов. Эти изменения происходят как за счет расширения областей, затронутых гранитизацией, так и за счет изменения состава диафторированных метаморфических пород. Влияние диафтореза на поведение малых элементов было изучено только для Rb и Sr. При этом процессе происходит увеличение их содержания (табл. 7, 8).


Итак, анализ данных о влиянии метаморфизма на химический состав пород свидетельствует, что в подавляющем большинстве случаев прогрессивный региональный метаморфизм протекает в условиях, близких к изохимическим. В исключительных случаях возможны весьма незначительные изменения состава пород, связанные с особым первичным количеством летучих. Регрессивный высокотемпературный диафторез в изученных нами районах протекает с привносом вещества.





Яндекс.Метрика