21.03.2021

Степень сохранности первичного химического состава докембрийских пород при развитии метаморфических процессов


Процесс метаморфизма — это, в первую очередь, процесс потери исходными отложениями летучих компонентов. Отсюда следует, что состав флюидов будет изменяться в зависимости от индивидуальных физико-химических особенностей отдельных пластов в данной толще пород. Для проверки этого предположения нами на специальной высокотемпературной хроматографической установке был произведен анализ газово-жидких включений в докембрийских породах Кокчетавской глыбы и Прибайкалья: в сферу изучения были вовлечены породы зеленосланцевой, амфиболитовой, гранулитовой фаций, а также эклогиты.

Более чем в 200 пробах определялись H2, CO2, CO, CH4, C2H6 и H2O, эти же образцы были проанализированы количественным методом на редкие элементы Ta, Nb, Sn, К, Na, Rb, Cs, Pb, Cu.

В составе газово-жидких включений по мере усиления метаморфизма происходит закономерное уменьшение H2O, т. е. в гранулитовой фации эта величина на два порядка меньше, чем в амфиболитовой и зеленосланцевой (рис. 1). Столь же отчетливо отмечается увеличение во флюиде CH4, H2 и CO. Одновременно с ростом метаморфизма в породах существенно снижается количество CO2, на смену которому приходит CO. Все это указывает на уменьшение химического потенциала кислорода, и при переходе от зеленосланцевой и амфиболитовой фаций к гранулитовой происходит смена окислительного режима флюидов на восстановительный.
Степень сохранности первичного химического состава докембрийских пород при развитии метаморфических процессов

С увеличением температуры в составе флюидов газово-жидких включений происходят качественные изменения состава, выражающиеся в уменьшении количества H2O, CO2 и росте CO, CH4 и С2Н6, иными словами, флюиды приобретают восстановительный характер. Например, 10 образцов кальцита, апатита, скаполита, диопсида и калиевого полевого шпата из докембрийских метаморфических пород Прибайкалья нагревались последовательно при 320—450°, а затем дубликаты этих проб при 600—700°; в обоих случаях определялись CO2, CO, CH4 и C2H6. Как следует из полученных данных (рис. 2), в первом случае газовая фаза почти на 100% представлена CO2, а во втором в преобладающей массе CO, CH4 и в меньшей мере C2H6, т. е. независимо от состава минерала-хозяина с ростом температуры происходит изменение состава флюида, которое заключается в том, что за счет CO2 растет количество CO, CH4 и C2H6 и, как показано выше (см. рис. 1), увеличивается H2 и снижается H2O.

Из полученных данных очевидно, что уже в амфиболитовой фации флюиды начинают приобретать восстановительный характер, а в гранулитовой и тем более в эклогитовой являются восстановительными с преобладанием CO и углеводородов. Отсюда следует, что при переходе от амфиболитовой к гранулитовой фации изменяется не только минеральный состав породы, но и самым существенным образом происходит смена флюидного режима с окислительного на восстановительный. Или как было указано ранее В.А. Нарсеевым и Ф.А. Летниковым имеет место смена гидроксил-кислородного режима на углеводородный, со всеми вытекающими отсюда последствиями, а именно: резкое снижение, до полного исчезновения, гидратсодержащих минералов, увеличение закисных форм элементов переменной валентности, сужение фронта метасоматических процессов и палингенных явлений.

Из полученных данных следует, что уже на границе амфиболитовой и гранулитовой фаций, а тем более в гранулитовой, формируются существенно углеводородные флюиды, судьба которых может быть различной. Мигрируя по вектору градиентов и подвергаясь окислению в условиях амфиболитовой фации, углеводородные флюиды могут дать скопления или рассеянную вкрапленность графита, который часто фиксируется в этой фации. В этом случае приуроченность графита к определенной зоне повышенной проницаемости может косвенно указывать на глубину ее заложения и на углеводородный характер мигрирующих по ней флюидов. Если же восстановительный режим флюидопроводника сохранится до низкотемпературных условий, то углеводородные флюиды могут, вероятно, явиться основой формирования нефтяных и газовых скоплений. Как нами было показано ранее, углеводородные растворы, по сравнению с другими, характеризуются во много раз меньшей транспортабельной способностью по отношению к рудным компонентам и в этом отношении роль растворов, сформировавшихся в амфиболитовой фации и обладавших окислительным режимом, является ведущей, т. е. при прочих равных условиях рудообразующая роль углеводородных флюидов, вероятно, сравнительно мала.

Анализ материала по метаморфическим толщам Прибайкалья и Кокчетавской глыбы указывает на большое буферирующее влияние пород на состав поровых растворов, заключенных в них, т. е. каждый пласт ведет себя как система с определенными окислительно-восстановительными свойствами при заданных P и Г. Это же качество сохраняется и при миграции растворов через толщи метаморфизуемых пород. На рис. 3 изображены результаты определения в породах берлыкской свиты, выделенной О.М. Розеном на Кокчетавской глыбе, газов и редких элементов. Судя по полученным данным, состав флюидов в соседних пластах амфиболитов, гнейсов и сланцев существенно различен, но при этом весьма характерна тенденция к выравниванию составов в пластах близкого вещественного состава в пределах одной толщи пород, относимой к определенной фации метаморфизма. Или, как следует из нашего примера, в двух пластах амфиболитов, разделенных гнейсами, содержания H2O, CO, CH4, одинаковы, a H2 довольно близки. Для гнейсов эта зависимость выдерживается не так строго, поскольку для них характерны большие вариации составов.

Если же обратиться к редким элементам, то для них такая закономерность не наблюдается, это говорит о том, что в отличие от флюидов редкие элементы характеризуются во много раз меньшей миграционной способностью по мере усиления метаморфических процессов.

Метаморфизм докембрийских толщ приводит к выносу из породы одних элементов и накоплению других. В общем виде степень проявления этой тенденции определяется P—T-условиями процесса, с одной стороны, и с другой — энергией связи данного элемента в минералах породы, определяемой величиной химического сродства (Az), ибо чем больше значение Аz образования данного соединения, тем прочнее связь между катионом и анионом.

Кроме того, устойчивость любого соединения будет лимитироваться флюидным режимом породы, определяемым, в частности, парциальными давлениями CO, CO2, H2, H2O и т. д. Анализ соответствующих экспериментальных данных в интервале 100—800°С, Pобщ. 1—8 кбар, РH2O 1—3 кбар, а также соответствующих термодинамических расчетов на этой основе позволяет наметить следующие этапы эволюции докембрийских осадков в ходе их метаморфизма.

1. В фации зеленых сланцев по мере перехода к эпидот-амфиболитовой (интервал 150—350° С) происходит вынос воды, хлора, брома, иода, частично селена и в меньшей мере теллура и серы. Переходит в подвижное состояние ртуть, мышьяк, частично сурьма, серебро и золото. Общая сорбционная емкость породы снижается. На этой стадии из разреза выпадают целые серии галогенных отложений.

2. В эпидот-амфиболитовой фации (350—500° С) продолжается вынос воды и всех вышеперечисленных элементов, к которым присоединяется рубидий, цезий, медь, висмут.

3. Амфиболитовая фация метаморфизма (500—750° С) характеризуется контрастностью в отношении разделения элементов на две группы; здесь процессы выноса проявляются довольно резко и уже ощутимо накопление редких земель, циркония, тантала, ниобия и вынос (кроме перечисленных) меди, кобальта и частично никеля. Алюмосиликатный и карбонатный каркас метаморфизуемых толщ остается практически неизменным.

4. Гранулитовой фации метаморфизма (700—800° С) свойственна тенденция к весьма глубокому преобразованию пород и именно здесь начинает претерпевать существенное преобразование алюмосиликатный каркас породы. Переход от каркасных и слоистых силикатов к островным и цепочечным, при резком дефиците H2O, приводит к отчетливому выносу кремнезема, калия, натрия, рубидия, цезия, и накоплению магния, кальция и проблематично алюминия. Из этой зоны имеет место вынос большей части халькофильных элементов, а также олова, свинца, цинка, марганца и молибдена.

Таким образом, наиболее резкое изменение первичного состава метаморфизуемых пород происходит в гранулитовой фации. Для реализации этого процесса большое значение будет иметь форма нахождения данного элемента в породе, а также количество флюида.

В этом плане особое значение приобретают зоны повышенной флюидопроводности, где стационарные потоки растворов способствуют перераспределению огромных масс петрогенных и рудных компонентов в полях градиентов химических потенциалов температур и давлений, что играет определяющую роль в формировании глубинных трансмагматических потоков и обусловленных ими метасоматических и палингенных явлений, с которыми нередко связаны рудные месторождения.





Яндекс.Метрика