Лекция 5. Метабазиты: метаморфизм высокого давления.

Метаморфическая петрология
Лекция 5
А.Л. Перчук
МЕТАБАЗИТЫ:
высокоградный метаморфизм (продолжение);
метаморфизм высокого давления
Модель 1. Гранулиты находятся в основании
континентальной коры
Платформа,
щит
Ороген
Верхняя кора
Средняя
Нижняя
Rudniсk & Fontain 1995
Верхняя кора
Осадочный чехол, гранитзеленокаменные области
(метаосадки и вулканиты).
Средняя кора
Породы среднего состава,
метаморфизованные в условиях
амфиболитовой фации
(тоналитовые гнейсы,
амфиболиты). Повышенное
содержание U, Th и K.
Нижняя кора
Литологически неоднородные
породы гранулитовой фации
(тоналиты, анортозиты, метабазиты).
Средний состав соответствует
примитивному базальту,
выплавленному из мантии.
Модель 2. Гранулиты находятся между гранитзеленокаменными областями древних кратонов.
L.Perchuk & Gerya 2011
МОДЕЛЬ ОБРАЗОВАНИЯ UHT ГРАНУЛИТОВ В ОСНОВАНИИ
КОНТИНЕНТАЛЬНОЙ КОРЫ СЕВЕРО-КИТАЙСКОГО КРАТОНА
Santosh et al 2011
Модель 3. Гранулиты приурочены к
магматическим очагам в зонах субдукции
Winter (2010) с дополнениями
UHT метаморфизм также связывают в зонами задугового спрединга
(Brown, 2006).
Распространенность метаморфизма гранулитовой фации
ПРОДУКТЫ КОНТАКТОВОГО
МЕТАМОРФИЗМА
Роговики - мелко- или скрытозернистые контактово-
метаморфические породы.
Происхождение названия:
• по характерному излому и внешнему облику,
напоминающему роговое вещество (?);
• роговеть - затвердеть (толковый словарь С.И. Ожегова).
Роговики метабазитового состава
- плотные темные (до черных) породы,
образующиеся в контактовых ореолах
интрузивов.
Состав:
Состав плагиоклаз + темноцветные
минералы (эпидот, амфиболы, пироксены).
Причина образования роговиков: тепло
магматического очага + флюиды (из очага
и/или из вмещающих пород).
www.texasbeyondhistory.net/transwww.texasbeyondhistory.net/transp/nature/images/hornfels6.html
гранитный
интрузив
зеленые сланцы
Фации метаморфизма роговиков метабазитов:
• альбит-эпидотовые роговики (парагенезис и Т
зеленосланцевой фации).
• амфиболовые роговики (парагенезис и Т амфиболитовой
фации);
• пироксеновые роговики (парагенезис и Т гранулитовой
фации).
www.earth.ox.ac.uk
Пироксеновый роговик по базальту. Мин.
состав: Pl+Срх+Орx+рудный минерал.
Поле зрения 2.5 мм.
AbAb-Ep
роговики
амфиболовые пироксеновые
роговики
роговики
Метаморфическая зональность в роговиках в
контактовом ареоле плутона Онава, Майн,
США (Philbrick, 1936)
ит
р
о
и
од
н
гра
вмещающие сланцы
http://www.tulane.edu/~sanelson/eens212/contactmeta.htm
Почему роговики (и соответствующие фации) как
правило малоглубинные и образуются при локальном
метаморфизме?
 Краткосрочное термальное (флюидное)
воздействие происходит при внедрении в холодные
приповерхностные толщи.
 Абиссальные плутоны, наоборот, остывают
медленно, их термальное воздействие на
вмещающие (горячие) толщи более длительное и
масштабное, чем в случае гипабиссальных плутонов.
В термальных ареалах абиссальных плутонов
образуются зональные метаморфические комплексы
(примеры вам известны), сложенные породами
более крупнозернистыми, чем роговики.
Выходы роговиков Тургоякского плутона,
Ю. Урал
я
и
ен
л
в
а
д
о
г
о
ок
с
вы
и
и
ц
а
Ф
з
ма
ал фит
а
гр
20
пренитзеленых
пумпелиитовая
сланцев
цеоликианит т
зи
товая
андалу
200
с базаль
та
коэсит
кварц
арц
+к в
еит 20
жад бит ит
аль киан нит
а
л им
с ил
глаукофановых
сланцев
10
0
в одн
ый со
л иду
о
С/
км
эклогитовая
5
Давление, кбар
30
амфиболитовая
гранулитовая
600
800
400
о
Температура, С
1000
Фация глаукофановых (голубых)
сланцев
P-T условия: 150-500oC и 5-25 кб
Породообразующие минералы метабазитов:
Gln, Lws (или Ep), Phn, Chl, Qtz
Специальные термины
Глаукофановый сланец –
сланцеватая
метаморфическая порода,
содержащая более 5
объемных % глаукофана.
Голубой сланец глаукофановый сланец с
оттенками синего цвета.
Глаукофановый сланец,
Максютовский комплекс, Урал
Глаукофановый
сланец.
Максютовский
комплекс, Урал
При 1 николе
Парагенезис: Gl+Phn+Qz
Николи х
Глаукофановый сланец с фенгитом. Фото Э.М. Спиридонова
Лавсонит (Lws)
CaAl2Si2O7 (OH)2Н2О
Назван в честь профессора калифорнийского университета A.К.
Лавсона (1861-1952). Водный, кальциевый алюмосиликат. Сингония
ромбическая. Диортосиликат. Образует призматические белые,
голубоватые, розоватые кристаллы. Широко развито двойникование.
Это типичный минерал глаукофановых сланцев и низкотемпературных
эклогитов. Массовое содержание воды 11 %.
Lws
Эклогит с лавсонитом (белый) и глаукофаном
(темно-синий) www.ugr.es
www.science.smith.edu
Структура лавсонита CaAl2Si2O7 (OH)2Н2О
В структуре лавсонита находятся параллельные оси b
цепи октаэдрических групп окислов и гидроокислов,
располагающихся вокруг алюминия. Боковая связь между
отдельными цепями в элементарной ячейке осуществляется
группами Si2O7, вытянутыми параллельно оси с и имеющими
общие вершины с группами Al(O,OH)6. Атомы Са и молекулы
Н2О занимают полости в этом каркасе.
Al
H
O
Si
Ca
H
с
b
H
http://webmineral.com/
Из каких фаций можно перейти в глаукофансланцевую?
A
каолинит
+Qtz
+Ab
Минеральные парагенезисы
при метаморфизме ФГС
A
Prl
+Qtz
+Ab
ломонтит
пумпеллиит
эпидот
хлорит
пренит
хлорит
F
C
кальцит
Пренит-пумпеллиитовая
фация
лавсонит
CaAl2Si2O7 (OH)2Н2О
парагонит A
фенгит
лавсонит
эпидот
F
C
тремолит- тальк
актинолит
кальцит
Фация зеленых
сланцев
± Qtz, Ab
хлорит
C
арагонит
F
отфацит
глаукофан
Минеральные парагенезисы
при метаморфизме ФГС
парагонит A
фенгит
лавсонит
эпидот
хлорит
C
арагонит
F
отфацит
глаукофан
Парагенезисы с
лавсонитом и эпидотом
являются
альтернативными, т.к.
парагонит
фенгит
A
ро с
тТ
± Qtz, Ab
лавсонит
эпидот
хлорит
Lws+Gl=
Ep+Chl+Ab+Qtz+H2O
C
арагонит
F
отфацит
глаукофан
ГЛАУКОФАН
Na2Mg3Al2 [Si8О22](OH)2
может образовываться при
изохимическом и
аллохимическом метаморфизме
высокого давления.
Glaucophane île de Groix, Morbihan. Collection
musée ferme de l'orme geowiki.fr
При изохимическом процессе валовый химический
состав глаукофанового сланца может быть идентичен
зеленому сланцу или амфиболиту (изохимический
процесс), при аллохимическом метаморфизме порода
будет иметь повышенные содержания Na и пониженное
Са.
Валовый состав глаукофановых сланцев
Неизмененные Gl сланцы и их геохим. аналоги
Измененные глаукофановые сланцы
Н2О
Привнос Na (Si, Fetot); вынос Са & Al
С чем связано изменение состава сланцев?
Независимо от характера процесса для
образования глаукофана необходимо
повышенное давление!
After Ernst (1983)
HIGH
Аккумуляция Ca и Al в жильном эпидоте, развивающемся в
глаукофановом сланце
Gl сланец
l
A
,
a
C
Ep жила
Максютовский комплекс, Ю. Урал
C a, A l
Распространенность глаукофановых сланцев (ГС)
(по данным Maruyama et al., 1996)
Протерозойские кратоны
Архейские кратоны
Глаукофансланцевые пояса
ГС образуют пояса в фанерозойских орогенах.
Схематическое положение пород фации
глаукофановых сланцев в зонах субдукции
 В других обстановках эти породы не образуются.
Winter (2010) с дополнениями
Глаукофановые сланцы - индикатор современного стиля субдукции.
40
з
ма
ал фи т
а
гр
о
олид
в одн
ый с
пренитпумпелиитовая
0
арц
+кв
еит 20
жад бит ит
ь
н
л
т
а
киа ман и
ли
си л
глаукофановых
сланцев
10
цеолитовая
200
зеленых
сланцев
кианит т
зи
андалу
Эклогитовая фация
у с ба
С/
км
20
коэсит
кварц
за льт а
эклогитовая
эклогитовая
5
Давление, кбар
30
амфиболитовая
гранулитовая
рогови ки
400
600
800
о
Температура, С
Р-Т условия: Тmin>450-500oC,
Рmin>12 кб
1000
Гранат: Alm-Prp-Grs ряд твердого
раствора [Fe3Al2Si3O12 - Mg3Al2Si3O12Ca3Al2Si3O12]
Клинопироксен: омфацит
(диопсид-геденбергит-жадеитовый
твердый раствор, Jd>20%)
Эклогит из частного обнажения, Норвегия [CaMgSi2O6 - CaFeSi2O6 - NaAlSi2O6]
Породообразующие минералы метабазитов: гранат,
омфацит, кварц ±
кианит, эпидот, фенгит (мусковит-селадонитовый тв.
раствор), амфиболы (барруазит, винчит, глаукофан) и др.
Эклогитовая фация
Эклогит
Специфический термин
Grt
Omp
Ms
Эклогит –
бесплагиоклазовая порода,
состоящая более чем на
75 % из омфацита и граната
в породообразующих
количествах.
Yardley, MacKenzie and Guiford "Atlas of metamorphic rocks.."
"Канонический образ" эклогита –
бесплагиоклазовая порода, содержащая
гранат и омфацит.
Почему исчезает плагиоклаз?
Повышение давления приводит к разложению
плагиоклаза (Ab-An тв. р-ра) с образованием
омфацита (Jd>20)
Ab = Jd + SiO2
в Pl
в Cpx
и граната
3An
в Pl
= Grs + Ку + SiO2,
в гранате
An + Di = 2/3Grs + 1/3Prp + SiO2 ,
в Pl
в CPx
в гранате
An + 2En = 1/3Grs + 2/3Prp + SiO2
в Pl
в OPx
в гранате
Эклогиты развиваются по следующим породам:

глаукофановым сланцам

амфиболитам

гранулитам

габброидам
40
з
ма
ал фит
а
гр
о
со л и
ду с б
С/
км
арц
+кв
еит 20
д
а
ж
ит
т
альб киани н ит
а
м
и
л
си л
в одн
ый
20
глаукофановых
сланцев
10
пренитпумпелиитовая
0
цеолитовая
200
зеленых
сланцев
т
к иани т
уз и
анд ал
коэсит
кварц
а за льт а
эклогитовая
эклогитовая
5
Давление, кбар
30
амфиболитовая
гранулитовая
рогови ки
400
600
800
о
Температура, С
1000
ЭКЛОГИТИЗАЦИЯ ГЛАУКОФАНОВОГО СЛАНЦА
глаукофановый
сланец
эклогит
эклоги
т
5 мм
Эклогитовые жилы в глаукофановом сланце – результат
дегидратации под воздействием флюида на фоне роста
температуры и давления. Тянь-Шань, С-З Китай (John et al.,
2008).
ЭКЛОГИТИЗАЦИЯ АМФИБОЛИТА
Omp+Qz+Am
включения:
Зональный гранат из эклогита с
минеральными включениями
амфиболитового этапа, Кокчетавский
массив. Изображение в отраженных электронах.
электронах.
М ОЛЬНАЯ ДОЛЯ
Am, Qtz , Czo
Alm
0.6
Grt2
эклогиGrt1
товый
амфиболитовый
Plg , Cc, Czo
ядро (Grt1)
0.4
кайма (Grt2)
Grs
0.2
Prp
Sps
0.0
0
500
1000
РАССТОЯНИЕ, М КМ
1500
Реакция: Am + Ep 
Omp + Grt2 +H2O
Эклогитизация метагаббронорита
(в дайке!):
гнейсы
• гранат (светлые каймы) растет на контакте
плагиоклазового домена (темный) с
дайка
метагаббро- пироксеновыми;
• омфацит растет в Рl домене и по периферии
норита
пироксенового.
Opx
Omp
Cpx
Срх и Орх магматические
минералы
Гридино, Карелия
Cpx
Gr
Omp
Omp+Pl+Cd+ Spl
Omp
Opx
200 m
Парагенезисы эклогитовой фации метаморфизма на
ACF диаграмме
парагонит
фенгит
A
A
Sil (And)
± Qtz, Ab
лавсонит
эпидот
плагиоклаз
эпидот
хлорит
C
арагонит
F
отфацит
глаукофан
Фация глаукофановых
сланцев
Ky
гранат
C
A
амфибол
кальцит
Амфиболитовая
фация
Phn
+Qtz
эпидот
Grs
C
Сс
Prp-Alm
Omp
F
Opx
F
куммингтонит
антофилит
Классификация эклогитов
Наиболее известной является классификация
Б.Колмэна (Coleman et al., 1965). В ней удачно
отражены генетические, минералогические и
петрологические особенности эклогитов.
Группа A*. Включения в кимберлитах и
Эклогиты мантии
щелочных базальтах.
Группа B. Линзовидные и пластовые тела в
гнейсах, мигматитах и амфиболитах.
Коллизионные эклогиты
Группа C. Будины и слои в глаукофановых и
Субдукционные эклогиты
слюдяных сланцах.
Группа А – мантийные эклогиты*
Встречаются в перидотитовых массивах, а также в ряде ксенолитов из
кимберлитов. Характерна высокая температура образования (>800oC).
Наряду с гранатом и омфацитом могут также присутствовать кварц,
коэсит, рутил, амфибол, фенгит, биотит, кианит, алмаз. Эклогиты этой
группы нередко "биминеральные", состоят из граната и омфацита.
Гранаты высокомагнезиальные, омфациты наименьшее содержание
жадеитового минала по сравленинию с другими групппами.
Примеры:
Примеры кимберлитовые трубки Якутии, ЮАР, Канады и др., а также в
перидотитовых массивов Альп, Норвегии, Китая и др.
Генезис: метаморфический, магматический.
* В ксенолитах содержаться эклогиты других групп!
Эклогиты группы B (коллизионные)
Широко представлены в гнейсовых комплексах складчатых
поясов многих регионов мира. Это коровые
метаморфические породы, образованные при умеренных
температурах в широком диапазоне давлений. Гранаты
нередко обладают ростовой зональностью и содержат
минеральные включения, относящиеся к более раннему
парагенезису.
Примеры: Западная Норвегия, Передовой хребет Большого
Кавказа, Полярный Урал, Западное Беломорье.
Генезис: метаморфизм пород основного состава в зонах
коллизии.
гнейс
эклогит
эклогит
гнейс
Салье, Норвегия
Гридино, Россия
Эклогиты группы C (cубдукционные)
Ассоциируют с глаукофановыми сланцами, имеют относительно
низкие температуры образования. В отличие от эклогитов группы B,
в них могут присутствовать лавсонит и глаукофан. Гранат более
железистый, чем в других группах, характерна прогрессивная
зональность и минеральные вкючения (рост на прогрессивной
стадии).
Примеры: Францисканский комплекс в Калифорнии, Самбагава в
Японии, Максютовский в России (Ю. Урал).
Генезис: высокобарный метаморфизм в зонах субдукции.
Grt
сл
ан
эк
ец
ло
т
ги
Максютовский комплекс, Ю. Урал
Турция, лавсонитовый эклогит
(Davies, Whitney, 2006)
УЛЬТРАВЫСОКОБАРНЫЙ МЕТАМОРФИЗМ
(UHP, ultra-high pressure) устанавливается по РТ условиям
стабильности
коэсита.
 UHP метаморфизм
рассматривается как
признак современного стиля
субдукции.
Ультравысокобарный
метаморфизм
аз
алм ит
граф
коэсит
кварц
Коэсит (SiO2)
Высокобарическая модификация кремнезёма
(SiO2). Впервые синтезирован в 1953 г. американским
химиком Лорингом Коэсом. А в 1960 г. Ю.Шумейкер
обнаружил коэсит в кварцсодержащих породах
метеоритного кратера в Аризоне. Наряду с метеоритными
кратерами коэсит установлен в метаморфических
комплексах высокого давления и в мантийных
ксенолитах из кимберлитов.
Цвет белый или прозрачный, бесцветный,
плотность 2,95—3 г/см³, твёрдость 7,5—8 по шкале
Мооса.
Структуру коэсита определяют 4
кремнекислородных тетраэдра,
образующих кольца Si4O8, которые
вытягиваются в цепь. Сингония
моноклинная (пространственная группа
C2/c).
www.uwgb.edu/dutchs/Petrology/
Коэсит в комплексах высокого давления встречается
лишь во включениях в высокопрочных минералах
(гранат, клинопироксен, циркон). В матриксе минерал
"мгновенно" превращается в кварц, т.к. скорость перехода
коэсит  кварц при Т=700-900оС крайне высока: для
полного превращение зерен размером 5 m – часы, 50 m
- дни.
В природных образцах
включения коэсита часто
окружены палисадным
кварцем и радиальными
трещинами. На
фотографии показано
такое включение в гранате
из пиропового кварцита,
Дора-Майра, З. Альпы.
фотография H-P Schertl
50 m
.
Николи х
Еще одним индикатором
сверхвысокого давления является алмаз.
В настоящее время известно уже девять
алмазоносных метаморфических
комплексов.









Максютовский комплекс, Россия
Кокчетавский массив, Казахстан
Даби-Сулу, Китай
Рудные Горы, Германия
Западный Гнейсовый район,
Норвегия
Родопы, Греция
Богемский массив, Чехия
Линдас, Швеция
Лаго ди Сигнана, Италия
алмазы
КарбонатноКарбонатно-силикатный гранофельс,
гранофельс, месторождение
КумдыКоль,
,
Кокчетавский
массив (Yoshioka et al.,
Кумды Коль
2001)
2001)
Распространение и возраст ультравысокобарных
(UHP) метаморфических комплексов
Gilotti, 2013
Наряду с коэситом и
алмазом существуют
другие индикаторы
ультравысокобарных
условий при
метаморфизме. Об этом
можно будет узнать из
курса "Петрология зон
субдукции" в
магистратуре.