|
МЕТАМОРФИЗМ, ОБУСЛОВЛЕННЫЙ ГЛУБИННЫМИ ИНТРУЗИЯМИ МАГМЫ
Ревердатто В.В.
Институт
геологии и минералогии СО РАН, Новосибирск, Россия,
rever@uiggm.nsc.ru
С
позиций геодинамики в настоящее время представляется возможным
различать следующие основные разновидности (типы) метаморфизма: 1)
метаморфизм, вызванный привносом дополнительного тепла в земную кору
путем магматических интрузий или потоков глубинного флюида; в
результате термический градиент существенно превышает среднеземную
величину; 2) метаморфизм, обусловленный расширением/растяжением
литосферы, накоплением во впадинах осадков, их погружением и
нагреванием; термический градиент при этом был близок к среднеземной
величине ~25ºС/км; 3) коллизионный метаморфизм, связанный с
горизонтальными движениями, которые инициируют конвергенцию,
деформацию и субдукцию литосферных плит, надвиги и поддвиги в земной
коре; фиксируемый в породах термический градиент был ниже
среднеземной величины – 7-20ºС/км, что связано с
относительной кратковременностью событий и недостижением равновесия
между блоками пород.
В
данном сообщении рассматривается тип метаморфизма, который
вызывается привносом дополнительного тепла в земную кору. К этому
типу относятся контактовый метаморфизм и зональный метаморфизм
умеренных давлений; последний известен также как «метаморфизм
низких давлений и высоких температур». Они имеют одинаковую
физическую природу, будучи генетически и пространственно связанными
с интрузивным магматизмом, но различаются по РТ-условиям образования
и сочетаниям метаморфических фаций; при тех же самых размерах
магматических интрузивных тел и прочих равных условиях они могут
иметь разную ширину метаморфической зональности, разную длительность
формирования и т.п. Принимается, что при контактовом метаморфизме
начальная температура вмещающих пород (исходя из среднеземной
величины геотермического градиента ~25ºС/км) обычно не
достигает 100-120ºС. Геотермический градиент может достигать
при контактовом метаморфизме более 100ºC/км; причем термический
градиент − нелинейный: его крутизна возрастает при приближении
к контакту. Граница между контактовым и зональным метаморфизмом
умеренных давлений неопределенна, однако принимается, что
контактовый метаморфизм ограничен глубиной ~5 км и давлением ~1.5
кбар. На такой глубине контактовые ореолы в неметаморфизованных
породах выражены весьма отчетливо, что является характерным
признаком метаморфизма низких давлений. Зональный метаморфизм
умеренных давлений происходит на глубинах более 5 км, где
начальная
температура вмещающих пород больше 100ºС. Поэтому при прочих
равных условиях вблизи глубинных магматических интрузивных тел
достигаются температуры более высокие, чем при контактовом
метаморфизме, длительность прогрева вмещающих пород увеличивается, а
ширина зон термических преобразований становится больше. Последнее
обстоятельство обусловливает также менее крутой термический
градиент, чем при контактовом метаморфизме. Возникает вопрос: какова
максимальная глубина и литостатическое давление, где еще возможен
зональный метаморфизм, исходя из температуры интрузивной магмы и
начальной температуры вмещающих пород? Поскольку температура
зонального метаморфизма умеренных давлений, как правило, не
превышает ~900ºС (о чем свидетельствует устойчивость
минеральной ассоциации пород гранулитовой фации во внутренних частях
зональности), максимальная его глубина в земной коре должна быть
ограничена 25-28 км. Это следует из оценок температуры интрузивных
контактов с учетом начальной температуры вмещающих пород –
600-700ºС
(при
начальном геотермическом градиенте 25ºС/км) и температуры
основной магмы ~1100ºС. При тех же условиях и начальном
геотермическом градиенте 30ºС/км максимальная глубина
зонального метаморфизма должна быть ограничена 20-23 км. Вместе с
тем, глубина, где температура на интрузивном контакте мало
отличается от температуры вмещающих пород, является предельной для
метаморфизма, который обусловлен внедрением гранитной магмы. При
начальном геотермическом градиенте 25ºС/км эта глубина для
интрузивов гранитной магмы составляет 26-28 км. Внешняя граница
метаморфической зональности, фиксируемая по минеральным
превращениям, на таких больших глубинах (в средней части земной
коры) становится неопределенной. Исходя из вышесказанного, глубину в
25-28 км предполагается принять в качестве предельной для зонального
метаморфизма умеренных давлений. На такой глубине максимальное
литостатическое давление ограничивается 7-8 кбарами. В этих
условиях, благодаря регионально повышенному уровню температур,
частично плавятся кислые породе и формируются мигматиты, однако
очевидно, что в основных породах проявляется и метаморфизм,
вызываемый интрузиями магмы. Это подтверждается характерными
примерами, где такой метаморфизм реализовывался при 5-7 кбар (De
Yoreo et al., 1989; Hermes, Murray, 1988; Schumacher et al., 1989;
Zen et al., 1968) или при 8 кбар (Elan, 1985; Ross, 1985; Sams,
Saleeby, 1988). Давление до 7-8 кбар и глубина до 25-28 км являются,
помимо прочего, причиной того, что для зонального метаморфизма
умеренных давлений (РТ-условия амфиболитовой фации) вряд ли следует
использовать название «метаморфизм низких давлений и высоких
температур».
Метаморфизм пород,
слагающих древние щиты, имеет ряд особенностей. При гранулитовом
метаморфизме обычно достигались почти однородные высокие давления и
температуры на больших площадях. Диапазон давлений укладывался в
7-15 кбар, а температур – в 700-1000ºС. Множество стадий
метаморфизма трудно дифференцировать, но в целом генеральный
термический градиент на прогрессивных этапах, по-видимому, был
достаточно близок к среднеземной величине. В рамках одностадийного
метаморфизма при литостатическом контроле давления может быть
предложен механизм, учитывающий кондуктивный теплоперенос в
двухслойной литосфере с длительным прогревом толщи пород постоянным
тепловым источником – конвектирующей мантийной магмой.
Модельные расчеты показывают, что для континентальной коры мощностью
40-60 км при постоянной температуре на нижней границе в 1000-1100ºС
стационарное распределение температур устанавливается в течение
30-40 млн. лет. За первые миллионы лет изменения температуры
происходят только в нижней части коры. Затем изменения охватывают и
среднюю часть коры, особенно в течение периода между 3 и 30 млн.
лет. На глубине более 20 км становится возможным плавление кислых
пород. Другие объяснения Р-Т условий образования гранулитов древних
щитов должны учитывать теплопередачу вблизи крупных базитовых /
ультрабазитовых плутонов наряду с деформацией земной коры.
Магматические
интрузии являются важнейшим механизмом привноса дополнительного
тепла в породы земной коры на умеренных и больших глубинах.
Геологические данные и анализ моделей свидетельствуют о том, что
теплоперенос, связанный с фильтрацией флюида, играл резко
подчиненную роль.
Данная работа
выполнялась при финансовой поддержке РФФИ (грант 08-05-00166) и
гранта Президента РФ для ведущих научных школ НШ-258.2008.5.
|