21.03.2021
Многие существующие методы петрохимического изучения метаморфических и сопоставляемых с ними осадочных пород основаны на гипотезе об изохимическом характере метаморфизма. Исходя из этого, рассчитывался вероятный исходный состав метаморфизованных карбонатных пород архейского и протерозойского возраста Алданского и восточной части Балтийского щитов. Оказалось, что исходными породами могли быть карбонатные и глинисто-карбонатные отложения, содержащие до 30% глинистого компонента и до 50% свободного кремнезема и в этом они вполне сопоставимы с фанерозойскими образованиями. Состав карбонатной части колеблется от кальцитового до доломитового, причем тенденции возрастания доломитовой составляющей с удревнением возраста пород не наблюдается. Было установлено, что даже в наиболее древних отложениях (иенгрская серия алданского комплекса, ранний архей) встречаются чисто кальцитовые разности пород.
Нанесение химических составов метаморфизованных карбонатных пород на диаграммы А.Н. Неелова и А.А. Предовского позволяет установить, что эти породы по составу близки к мергелям, карбонатным глинам, известнякам, доломитам, иногда доломитовым известнякам осадочного, либо смешанного — осадочного и вулканогенноосадочного происхождения.
При восстановлении исходного состава докембрийских карбонатных пород возникают значительные трудности из-за неполноты данных по химическому составу фанерозойских карбонатных и карбонатно-силикатных отложений, в связи с чем некоторые докембрийские породы, на первый взгляд, не имеют химических аналогов среди осадочных. Так, например, метаморфизованные карбонатные породы в пределах рассматриваемых регионов часто содержат прослои разной мощности и линзы, сложенные мономинеральной диопсидовой породой. Генезис подобных пород обычно не рассматривался как первично осадочный в связи с тем, что не были известны сколько-нибудь широко распространенные осадки подобного состава, т. е. преимущественно силикаты кальция и магния. Наибольшей популярностью пользуется предложенная Д.С. Коржинским гипотеза о развитии их метасоматическим путем по доломитам с привносом кремнезема и выносом углекислоты. Многие диопсид-флогопит-форстеритсодержащие кальцифиры также рассматриваются как «скарноиды».
В процессе обработки химических анализов кальцифиров, основных кристаллических сланцев, эклогитов из различных докембрийских регионов было установлено, что даже при учете максимально возможной потери углекислоты при метаморфизме в этих породах часто наблюдается избыток кальция и магния по отношению к углекислоте, поэтому остается предполагать в исходной породе присутствие кальция и магния не только в карбонатной, но и в силикатной форме. Наиболее наглядно этот эффект проявляется при пересчете диопсидовых пород. Петрологическое изучение этих пород не обнаружило признаков их метасоматической переработки. Появилось предположение о том, что эффект избытка кальция и магния может быть унаследован от первичных осадочных пород. Силикаты кальция и магния (такие как сепиолит, палыгорскит и др.) в осадочных породах являются достаточно редкими, однако, среди неметаморфизованных и слабо метаморфизованных осадочных пород удалось выявить достаточное распространение осадков с соотношением (Ca, Mg)О : CO2, намного превышающим таковые в карбонате, т. е. состоящих существенно из силикатов Ca и Mg. Подобные осадки обнаружены среди красноцветных глин Прикамья, в красноцветных отложениях татарского яруса, в глинистых сланцах сидеритоносных отложений Кокчетавского массива.
По-видимому, особенность состава осадочных пород, выявленная случайно в процессе изучения метаморфических пород, не является экзотической, а объясняется лишь слабой изученностью широко распространенных кальций-магнийсодержащих некарбонатных пород фанерозоя, наиболее близких химических аналогов кальцифиров, основных кристаллических сланцев, диопсидитов и эклогитов.
Путь подобного прямого сравнения химических составов метаморфических и осадочных пород, пересчеты первых на осадочные минералы правомочен только в том случае, если метаморфические превращения протекают изохимически. Результаты изучения химического состава пород в зонах нарастающего метаморфизма не дают однозначного решения вопроса об изохимическом, либо неизохимическом характере метаморфических реакций. Из прямого сопоставления средних химических составов метаморфических и осадочных пород выявляются два несоответствия: известно, что осадочные породы имеют состав, сильно меняющийся по стратиграфической горизонтали и вертикали. Состав метаморфических пород очень стабилен и чем выше уровень метаморфизма, тем состав стабильнее. Так, основные кристаллические сланцы, преобладающие среди пород Алданского щита, содержат постоянно около 50% SiO2; 15—18% Al2O3; 2% Na2O; 0,5% К2О. Известно, что в осадочных породах соотношение щелочей иное —около 0,5% Na2O и 2—4% K2O.
Назрела необходимость решения вопроса о ходе метаморфических превращений. Теоретически осадочные породы представляют собой разнообразные смеси химических соединений и при метаморфических превращениях подчиняются основным законам термодинамики. Они переходят в метаморфические породы, состоящие, как правило, из ограниченного числа минералов, составляющих ассоциации, зависящие от физико-химических условий метаморфизма. Известно, что любой химический процесс определяется изобарно-изотермическим потенциалом AZ. Через величины AZ реакций имеется возможность оценить вероятность химических превращений количественно через цифровые величины, выбрав из ограниченного числа возможных, наиболее энергетически выгодный вариант. Метаморфические реакции с этих позиций нами рассматриваются впервые.
Были проведены (совместно с О.М. Розеном) первые расчеты AZ реакций перехода трех типов осадочных пород — глинистого известняка, глины и боксита — в метаморфические породы фации зеленых сланцев. Расчеты велись в параметрах Робщ=1,2 и 3 кбар и 7 = 200°, 300°, 400°С. Оказалось, что изменение температур и давлений влияет на общие результаты лишь количественно, а не качественно, и о ходе процесса при различных сочетаниях параметров можно судить по данным расчета для любых из указанных параметров. При расчетах использовались термодинамические константы из работы И.К. Карпова, А.И. Киселева, Ф.А. Летникова. В связи с отсутствием величин мольных объемов для Na-монтмориллонита и К-иллита за меру приращения функции Zт по сравнению с Zстанд брались приращения таковых для К-монтмориллонита и мусковита.
Для каждой из разновидностей осадочных пород подсчитывались три варианта метаморфических реакций (табл. 44).
Из сопоставления величины AZ реакций следует, что глинистый известняк и глины рассматриваемого состава метаморфизуются при заданных параметрах (Pобщ = 1 кбар, Т = 300°) изохимически, с потерей лишь H2O и CO2.
Ввиду ряда допущений, связанных с отсутствием некоторых термодинамических параметров для осадочных минералов, расчеты носят приближенный характер и позволяют выявить лишь основные тенденции процессов.
В дальнейшем нами предполагается провести физико-химическое моделирование для всех основных типов осадочных пород при переменных параметрах Т, Робщ, PСО2, PН2O и т. д.
Восстановление исходного состава метаморфизованных карбонатных пород докембрия на основе петрохимических данных
Многие существующие методы петрохимического изучения метаморфических и сопоставляемых с ними осадочных пород основаны на гипотезе об изохимическом характере метаморфизма. Исходя из этого, рассчитывался вероятный исходный состав метаморфизованных карбонатных пород архейского и протерозойского возраста Алданского и восточной части Балтийского щитов. Оказалось, что исходными породами могли быть карбонатные и глинисто-карбонатные отложения, содержащие до 30% глинистого компонента и до 50% свободного кремнезема и в этом они вполне сопоставимы с фанерозойскими образованиями. Состав карбонатной части колеблется от кальцитового до доломитового, причем тенденции возрастания доломитовой составляющей с удревнением возраста пород не наблюдается. Было установлено, что даже в наиболее древних отложениях (иенгрская серия алданского комплекса, ранний архей) встречаются чисто кальцитовые разности пород.
Нанесение химических составов метаморфизованных карбонатных пород на диаграммы А.Н. Неелова и А.А. Предовского позволяет установить, что эти породы по составу близки к мергелям, карбонатным глинам, известнякам, доломитам, иногда доломитовым известнякам осадочного, либо смешанного — осадочного и вулканогенноосадочного происхождения.
При восстановлении исходного состава докембрийских карбонатных пород возникают значительные трудности из-за неполноты данных по химическому составу фанерозойских карбонатных и карбонатно-силикатных отложений, в связи с чем некоторые докембрийские породы, на первый взгляд, не имеют химических аналогов среди осадочных. Так, например, метаморфизованные карбонатные породы в пределах рассматриваемых регионов часто содержат прослои разной мощности и линзы, сложенные мономинеральной диопсидовой породой. Генезис подобных пород обычно не рассматривался как первично осадочный в связи с тем, что не были известны сколько-нибудь широко распространенные осадки подобного состава, т. е. преимущественно силикаты кальция и магния. Наибольшей популярностью пользуется предложенная Д.С. Коржинским гипотеза о развитии их метасоматическим путем по доломитам с привносом кремнезема и выносом углекислоты. Многие диопсид-флогопит-форстеритсодержащие кальцифиры также рассматриваются как «скарноиды».
В процессе обработки химических анализов кальцифиров, основных кристаллических сланцев, эклогитов из различных докембрийских регионов было установлено, что даже при учете максимально возможной потери углекислоты при метаморфизме в этих породах часто наблюдается избыток кальция и магния по отношению к углекислоте, поэтому остается предполагать в исходной породе присутствие кальция и магния не только в карбонатной, но и в силикатной форме. Наиболее наглядно этот эффект проявляется при пересчете диопсидовых пород. Петрологическое изучение этих пород не обнаружило признаков их метасоматической переработки. Появилось предположение о том, что эффект избытка кальция и магния может быть унаследован от первичных осадочных пород. Силикаты кальция и магния (такие как сепиолит, палыгорскит и др.) в осадочных породах являются достаточно редкими, однако, среди неметаморфизованных и слабо метаморфизованных осадочных пород удалось выявить достаточное распространение осадков с соотношением (Ca, Mg)О : CO2, намного превышающим таковые в карбонате, т. е. состоящих существенно из силикатов Ca и Mg. Подобные осадки обнаружены среди красноцветных глин Прикамья, в красноцветных отложениях татарского яруса, в глинистых сланцах сидеритоносных отложений Кокчетавского массива.
По-видимому, особенность состава осадочных пород, выявленная случайно в процессе изучения метаморфических пород, не является экзотической, а объясняется лишь слабой изученностью широко распространенных кальций-магнийсодержащих некарбонатных пород фанерозоя, наиболее близких химических аналогов кальцифиров, основных кристаллических сланцев, диопсидитов и эклогитов.
Путь подобного прямого сравнения химических составов метаморфических и осадочных пород, пересчеты первых на осадочные минералы правомочен только в том случае, если метаморфические превращения протекают изохимически. Результаты изучения химического состава пород в зонах нарастающего метаморфизма не дают однозначного решения вопроса об изохимическом, либо неизохимическом характере метаморфических реакций. Из прямого сопоставления средних химических составов метаморфических и осадочных пород выявляются два несоответствия: известно, что осадочные породы имеют состав, сильно меняющийся по стратиграфической горизонтали и вертикали. Состав метаморфических пород очень стабилен и чем выше уровень метаморфизма, тем состав стабильнее. Так, основные кристаллические сланцы, преобладающие среди пород Алданского щита, содержат постоянно около 50% SiO2; 15—18% Al2O3; 2% Na2O; 0,5% К2О. Известно, что в осадочных породах соотношение щелочей иное —около 0,5% Na2O и 2—4% K2O.
Назрела необходимость решения вопроса о ходе метаморфических превращений. Теоретически осадочные породы представляют собой разнообразные смеси химических соединений и при метаморфических превращениях подчиняются основным законам термодинамики. Они переходят в метаморфические породы, состоящие, как правило, из ограниченного числа минералов, составляющих ассоциации, зависящие от физико-химических условий метаморфизма. Известно, что любой химический процесс определяется изобарно-изотермическим потенциалом AZ. Через величины AZ реакций имеется возможность оценить вероятность химических превращений количественно через цифровые величины, выбрав из ограниченного числа возможных, наиболее энергетически выгодный вариант. Метаморфические реакции с этих позиций нами рассматриваются впервые.
Были проведены (совместно с О.М. Розеном) первые расчеты AZ реакций перехода трех типов осадочных пород — глинистого известняка, глины и боксита — в метаморфические породы фации зеленых сланцев. Расчеты велись в параметрах Робщ=1,2 и 3 кбар и 7 = 200°, 300°, 400°С. Оказалось, что изменение температур и давлений влияет на общие результаты лишь количественно, а не качественно, и о ходе процесса при различных сочетаниях параметров можно судить по данным расчета для любых из указанных параметров. При расчетах использовались термодинамические константы из работы И.К. Карпова, А.И. Киселева, Ф.А. Летникова. В связи с отсутствием величин мольных объемов для Na-монтмориллонита и К-иллита за меру приращения функции Zт по сравнению с Zстанд брались приращения таковых для К-монтмориллонита и мусковита.
Для каждой из разновидностей осадочных пород подсчитывались три варианта метаморфических реакций (табл. 44).
Из сопоставления величины AZ реакций следует, что глинистый известняк и глины рассматриваемого состава метаморфизуются при заданных параметрах (Pобщ = 1 кбар, Т = 300°) изохимически, с потерей лишь H2O и CO2.
Ввиду ряда допущений, связанных с отсутствием некоторых термодинамических параметров для осадочных минералов, расчеты носят приближенный характер и позволяют выявить лишь основные тенденции процессов.
В дальнейшем нами предполагается провести физико-химическое моделирование для всех основных типов осадочных пород при переменных параметрах Т, Робщ, PСО2, PН2O и т. д.
- Особенности диагностики первично пелитоморфных вулканогенно-осадочных отложений
- Эклогиты и связанные с ними амфиболиты Кокчетавского докембрийского массива: геохимические особенности и генезис
- Использование валового состава метморфических горных пород для выяснения их первичной природы
- Применение литохимических пересчетов для реконструкции исходного состава и обстановки осадконакопления глубокометаморфизованных осадочных пород
- Геохимические особенности метаморфизованных карбонатно-глинистых пород в связи с условиями их седиментации (на примере параамфиболитов)
- Изотопный состав серы как показатель условий осадконакопления в докембрии
- Лейк (округ, Огайо)
- Геохимические показатели условий осадконакопления карбонатных отложений докембрия в восточной части Балтийского щита
- Геохимическая классификация алевритовых и псаммитовых силикатных осадочных пород и их метаморфизованных аналогов
- Осадочные эквиваленты метаморфических пород основного состава
