3. Классификация метаморфических горных пород

зультаты экспериментов, любой минерал, взятый изолированно, ус­тойчив при более высоких Р- Т параметрах по сравнению с полими­неральными парагенезисами, в которые входит данный минерал. Другими словами, область устойчивости того или иного минерала сильно зависит от присутствия других твердых и флюидных фаз, принимающих участие в метаморфических реакциях.

Например, равновесие:

мусковит + кварц ↔ ортоклаз + силлиманит + Н₂О

достигается при более низкой температуре, чем равновесие:

мусковит ↔ ортоклаз + корунд + Н₂О.

Поэтому в кварцсодержащих породах калиевый полевой шпат появляется при более низкой температуре, чем в бескварцевых по­родах, и калишпатовая изограда на участках, сложенных теми и дру­гими породами, соответствует разным температурам.

При прогрессивном нагревании пород метаморфические реак­ции чаще всего сводятся к дегидратации и декарбонатизации. Тем­пература этих реакций зависит от способа удаления Н₂О или СО₂ (см. раздел 1.1). Если флюидная фаза сохраняется в области мета­морфизма и Р_Н20(С02) = Р_лит, то температура устойчивости гидро-ксилсодержащйх минералов и карбонатов достигает максимума (см. рис. 1.2). Если же флюид мигрирует в область меньшего давле­ния и Р_Н20(С02) = const < Р_лит, то температура устойчивости тех же минералов понижается. Таким образом, температура изоград силь­но зависит от флюидного режима метаморфизма.

Многие минералы, принимающие участие в метаморфических реакциях, являются твердыми растворами переменного состава, которые в зависимости от соотношений компонентов устойчивы при разных Р-Т-Х условиях. В частности, минеральные равнове­сия во многом определяются относительными количествами Fe и Mg в цветных минералах, большей или меньшей примесью Ti в них, а устойчивость слюд и амфиболов зависит от пропорций между анионами ОН^- и F^-. Вследствие этого изограда трансформи­руется в достаточно широкий интервал температур.

Кроме Р— Т-Х условий истинного термодинамического равно­весия существуют обширные области температур и давлений, в ко­торых минералы сохраняют метастабильную устойчивость. В каче­стве примера рассмотрим равновесия между полиморфными модификациями Al₂Si0₅: андалузита, силлиманита и кианита (рис. 3.2). Эти равновесия могут служить хорошим инструментом для определения условий метаморфизма высокоглиноземистых

58J

Часть IV. Петрография и петрология метаморфических горных пород

Рис. 3.2. Равновесия между полиморфными модификациями в системе Al₂SiO₅

глинистых пород, по­скольку все три мине­рала встречаются в них достаточно часто. Од­нако при эксперимен­тальном определении Р— Т условий инвари­антного равновесия кианита, силлиманита и андалузита получе­ны ошеломляюще раз­ные результаты. В опытах, выполнен­ных разными исследо­вателями, температура тройной точки варьи­рует от 300 до 650°, а давление от 200 до

1200 МПа. Эти расхождения обусловлены метастабильной устойчи­востью отдельных фаз при разных температурах и давлениях, нали­чием небольших примесей железа и тонкими различиями в строе­нии кристаллической решетки минеральных фаз. Наиболее точные значения Т и Р инвариантного равновесия отвечают 501°С и376Мпа.

Кроме того, как было показано Р.Х.Верноном [1980], в при­родных условиях реакции между полиморфными модификациями Al₂Si0₅ протекают не путем псевдоморфного замещения одного минерала другим, а через серию промежуточных циклических ре­акций с участием других фаз, например:

3 кианит + 3 кварц + 2К+ + ЗН₂О ↔ 2 мусковит + 2Н+;

раствор раствор

2. мусковит + 2Н+ ↔ 3 силлиманит + 3 кварц + 2К⁺ + ЗН₂О;

3. кианит ↔3 силлиманит.

Возможны и более сложные циклические реакции с участием биотита, альбита, а также ионов Mg, Fe, Na, растворенных в водном флюиде. Р-Т условия протекания этих реакций существенно отли­чаются от фазовых соотношений в системе Al₂Si0₅.

Важное значение имеет кинетика метаморфических реакций. Скорость, механизм и температура протекания реакций зависят от способа взаимодействия твердых фаз между собой, твердых фаз

582