книги из ГПНТБ / Тугаринов А.И. Общая геохимия. Краткий курс учеб. пособие

кет сомнений, что значительное число осадочных скоплений метал­ лов, достигающих в некоторых случаях размеров крупных место­ рождений, обязано своим происхождением именно этому фактору.

В последние годы большое внимание уделяется изучению образо­ ваний органического происхождения, сопровождающих рудные тела. В ряде эндогенных месторождений были обнаружены кериты и ант­ раксолиты в составе рудных залежей, а в одной из них был найден минерал вевеллит СаС20 4-Н 20 (оксалат кальция), сопровождав­ ший заключительную минерализацию, отлагавшийся при 150° С и давлении 600—860 атм и представлявший собой метастабильное образование. Подобные факты свидетельствуют о том, что при дви­ жении гидротермальных растворов, пронизывающих мощные толщи осадочных пород, органические компоненты составляют постоян­ ную долю в переотлагаемом рудоносными термами материале.

Однако работами П. Эскола, Д. С. Коржинского, И. Л. Елисеева и др. было установлено, что, во-первых, условия метаморфизма в земной коре могут меняться в весьма широких пределах — от явлений стресса (растет одно давление) до контактового метамор­ физма вблизи интрузий (растет лишь температура при постоянном и незначительном давлении). При этом обычный региональный мета­ морфизм испытывает широкие вариации в темпах нарастания темпе­ ратур и давлений. Во-вторых, за последние годы было установлено широкое распространение так называемых диафторитов, продуктов

%_ ! Приблизительная гранииа

«регрессивного» метаморфизма, при котором в отличие от прогрес­ сивного метаморфизма снижаются давление и температура, напри­ мер, при всплывании, поднятии отдельных массивов; вместе с этим происходит появление отдельных минеральных ассоциаций, отве­ чающих низкотемпературным условиям образования.

С целью упорядочения представлений о метаморфических из­ менениях пород П. Эскола ввел понятие метаморфической фации — минеральной ассоциации, возникшей в определенных интервалах температур и давлений.

«Породы, образующиеся либо перекристаллизующиеся в пре­ делах определенного поля (T. Р.), ограниченного стабильностью некоторых критических минералов переменного состава, принад­ лежат к единой минеральной фации» (Г. Рамберг, 1944 г.).

Рассмотрим теперь эти минеральные фации метаморфизма для пород различного исходного состава. В качестве первого варианта изберем глинистые породы, отличающиеся сравнительно большим числом компонентов. В этом случае диаграмма фаций, нанесенная в координатах Р и Т , будет выглядеть так, как это показано на рис. 69.

В направлении регионального метаморфизма по мере увеличе­ ния Р и Т фации будут сменять друг друга в следующей последо­ вательности:

При регрессивном метаморфизме (диафторитизации) процесс будет идти в обратном направлении.

Как следует из определения метаморфизма, с этим процессом связано прекращение дифференциации вещества. Перекристаллиза­ ция минерального состава происходит по законам строго закрытой системы без привноса и выноса каких-либо компонентов. Первона­ чально сохранившееся распределение элементов, связанное с осадконакоплением, в значительной степени сохраняется при мета­ морфизме.

§ 2. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МЕТАМОРФИЗМА

Теперь следует найти ответ на вопрос: что помимо наблюдаю­ щихся парагенетических ассоциаций доказывает происходящую смену метаморфических фаций?

На рис. 70 изображена зависимость состава плагиоклаза от фации метаморфизма, в которой он присутствует в парагенезисе с цоизитом. Цоизит не является индикатором фации. Пределы его существования достаточно широки. Но номер плагиоклаза, совме­ стно с которым цоизит присутствует, весьма показателен. Так, например, в точке X цоизит будет сосуществовать с плагиоклазом состава Y, отвечающим эпидот-альбитовой фации. Когда степень метаморфизма достигает точки Z, цоизит исчезает. Но до этой точки состав плагиоклаза будет все время меняться в сторону обогащения кальцием (анортитом) от Y до Z.

На основании’этого'предлагается следующая корреляция:

Распад цоизита с ростом температуры может быть выражен сле­ дующим уравнением:

2Ca2Al3Si30 12 (ОН) = 3CaAI2Si20 8 + CaO + Н20.

Аналогично меняется состав граната от богатого железом альмандина в сланцах низкой степени метаморфизма до магнезиаль­ ного пиропа в эклогите. Это хорошо видно на рис. 71, где нанесены давления, при которых образуются оба граната при температуре 600° С.

Рис. 70. Предполагаемый парагенезис цоезита и плагио­ клазов в различных фациях метаморфизма:

/ — фация зеленых сланцев; II — альбит-эпидот-амфиболовая фация; ІИ — амфиболовая фация.

На рис. 72 изображены поля стабильности трех полиморфных разновидностей Al2Si05 — дистена, андалузита и силлиманита — на диаграмме в координатах Р и Т. Точка, отвечающая существо­ ванию всех трех минералов, примерно соответствует температуре 500° С и давлению 4000 атм. При наиболее низкотемпературных условиях и минимальных давлениях образуется андалузит. Повы­ шение температуры и давления вызывает переход его в силлиманит. Дистен образуется преимущественно при высоких давлениях. Именно этим объясняется частый переход андалузитовых сланцев в силлиманитовые с приближением к интрузиям либо появление дистеновых роговиков в зонах значительного давления (характер­ ные ориентированные кристаллы).

Весьма сходной оказывается картина перехода альбита в жа­ деит и анальцим. Анальцим представляет собой характерный мине­ рал цеолитовой фации и естественно занимает небольшое поле в на­ чале координат. Повышение температуры (выше 350° С) будет озна­ чать переход анальцима в альбит. Увеличение же давления до 15 000 атм приведет к появлению жадеита.

с кремнеземом (кривые А В г и А В 2). Но аналогичное превращение с карбонатом кальция не произойдет, таг; как для этого потребова­ лись при существующих давлениях гранулитовой фации темпера­ туры, превышающие 800° С (кривая А В 3). Именно этим объясняется тот факт, что среди алданских мраморов весьма распространены так называемые кальцифиры, т. е. породы, представленные мраморами, содержащими форстерит MgSi04 и шпинель MgAl20 4. В отдельных

Одной из наиболее отчетливых границ является переход амфи­ болитовой фации в гранулитовую при 600° С и 6000 атм (см. рис. 74). По существу, переход к гранулитовой фации означает полное удаление воды, даже в связанном виде, присутствовавшей до этого в некоторых минералах амфиболитовой фации.

§ 3. АКЦЕССОРНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ПРИ МЕТАМОРФИЗМЕ

Мнения ученых по этому вопросу весьма противоречивы. Так, например, Б. Мейсон, Я- Н. Белевцев и др. полагают, что состав акцессорных элементов пород при метаморфизме практически не ме­ няется до стадии ультраметаморфизма — расплавления. С другой стороны, уже на ранней стадии метаморфных превращений проис­ ходит миграция части малых компонентов горных пород.

ТакJ например, содержание урана в известняках находится

впрямой зависимости от содержания в данной породе Сорг. Но уран фиксировался органическим веществом при осадконакоплении

всвежем виде, т. е. тогда, когда органическое вещество отличалось интенсивной сорбцией и когда в нем присутствовали гуминовые кислоты, способные давать гуматы уранила и т. д. Однако по про­ шествии определенного времени, по мере роста метаморфизма по­ роды, органические вещества разрушались, графитизировались, и уран в конце концов утратил свои былые связи с органикой, став

доступным природным растворам.

При определении понятия «метаморфизм» допускалась подвиж­ ность при метаморфических изменениях лишь двух компонентов — воды и углекислоты. Нетрудно представить, что именно эти два компонента служили весьма активными агентами переноса урана и многих других рассеянных элементов (свинца, меди, цинка и др.). Так, при изучении зеленых сланцев и последующих фаций мета­ морфизма было установлено, что именно на этом начальном рубеже метаморфизма около 70% рассеянного урана переходит в мигра­ ционное состояние, покидая первоначальную толщу пород совместно с углекислотой и водой. Одновременно происходит вынос хлора, брома, йода, частично ртути, мышьяка, серебра и золота. В дальней­ шем в стадию амфиболитовой фации происходит вынос меди, кобаль­ та, никеля; одновременно отмечается незначительное по масштабам, но заметное накопление редких земель, циркония, тантала и ниобия.

При переходе амфиболитовой фации в гранулитовую становятся весьма подвижными олово, свинец, цинк и молибден. Н. П. Ермо­ лаевым было показано, что на этом рубеже происходит удаление по крайней мере 20% урана.

По-видимому, понадобится еще достаточное количество иссле­ дований, чтобы можно было осветить этот вопрос более определенно. Пока следует ограничиться выводом, что при метаморфизме рас­ сеянные элементы в породах (и в первую очередь рудные) претер­ певают сложные перемещения, в ходе которых они становятся по­ тенциально важным источником металлов для рудообразования.

§ 4. АНАТЕКСИС, ПАЛИНГЕНЕЗ

Пределом метаморфизма является расплавление пород. При расплавлении происходит усреднение состава пород, гораздо боль­ шее, чем при метаморфизме.

На рис. 69 наряду с фациями метаморфизма нанесена кривая расплавления гранита, указывающая физические пределы мета­ морфизма.

Г. Рамберг был одним из первых, обративших внимание на то, что расплавление горных пород является процессом сугубо селек­ тивным, при котором в первую очередь начинает расплавляться лейкократовый субстрат. Он указывал на различные условия нахож­

дения в докембрии пород, различающихся своим составом. Так, при переслаивании амфиболитов с лейкократовыми породами последние представляли собой массу, агрессивно интрудировавшую остальные толщи и пересекавшую их в виде прожилков и апофиз, отходящих от первоначальных пластов.

ù't 02

SLOZ

Рис. 75, Сопоставление среднего состава гранитов с лег­ коплавкой областью в системе кремнезем — альбит — К-полевой шпат:

а — система при Я=1000 кГ{см2 водяного пара; б — распростра­ ненность гранитов нормального состава (из данных 500 анали­ зов 90% попадают в центральное черное пятно).

Это явление, названное гранитизацией, было охарактеризова­ но Г. Рамбергом следующим образом: «Гранитизация — категория явлений, которые происходят в зонах глубинного регионального метаморфизма в условиях действия расплавов, возникающих при селективном плавлении».

На рис. 75 объясняется природа такого селективного плавле­ ния; показано, что между метаморфизмом и магматизмом лежит период переплавления, в ходе которого могут образовываться слож­ ные мигматиты. Процесс магматизма, охватывающий в конце кон­ цов все породы целиком, начинается после длительной стадии анатексиса.

Во многих курсах геохимии в главе, посвященной проблеме консолидации магм, часто фигурирует рисунок, представляющий собой тройную диаграмму расплава Si02 — NaAlSi3Og — KAlSiaOs. На этой диаграмме обычно дается точка тройной эвтектики в центре треугольника, отвечающая 700° С — моменту застывания последних порций системы (см. рис. 75).

Однако нетрудно представить себе и обратную картину: если в ходе интенсивного прогревания толщи наступает критический ру­ беж около 700° С и если в составе толщи имеются породы, отвечаю­ щие по составу требуемой эвтектической смеси, то расплавление начнется именно с этой породы.

Такой начальный этап дифференцированного плавления носит название анатексиса. Наступающий вслед за этим процесс всеобще­ го расплавления соответствует стадии ультраметаморфизма. Однако этот процесс уже не имеет ничего общего с процессом метаморфиз­ ма, который мы только что рассмотрели.