Метаморфизм сверхвысоких давлений (Ultrahigh-pressure metamorphism — UHPM) — специфический вид регионального метаморфизма пород континентальной коры, при котором давления достигают 27 — 60 кбар, (то есть соответствуют глубинам 90 — 180км, что в 3 — 4 раза превышает мощность континентальной коры), а температура составляет 550—900 °С.
Индекс-минералами UHPM являются коэсит и метаморфический алмаз. Граница между метаморфизмом высоких и сверхвысоких давлений проводиться по линии реакции полиморфного перехода кварца в коэсит.
Метаморфические комплексы, включающие породы сверхвысоких давлений представляют собой террейны, эксгумированные с указанных глубин. Они образуются в результате субдукционно-коллизионных процессов, и встречаются в складчатых областях. В настоящее время известно около 20 таких комплексов.
Значение UHP метаморфизма
В последние 20 лет метаморфические комплексы сверхвысоких давлений привлекают внимание не сопоставимое с их распространенностью. Можно указать несколько причин такой их высокой популярности:
- UHP комплексы образуются на больших глубинах в зонах субдукции. Их изучение позволяет узнать, что происходит в этих важных структурах на больших глубинах, не доступных непосредственному изучению и обычно исчезающих в глубинах Земли.
- Породы высоких давлений выводятся на поверхность в результате странного процесса очень быстрого подняти больших блоков к поверхности, названого эксгумацией. Как происходила эксгупация? Что её вызывает и почему она происходит только эпизодичемски?
- Найденные на сегодня метаморфические комплексы сверхвысоких давлений образовывались в относительно коротком промежутке истории Земли, и их появление коррелирует с другими важными событиями геологической истории. Какова связь между этими метаморфическими комплексами и на первый взгляд никак не связанными с ними процессами.
- В мантии широко распространены породы ультраосновного и основного состава. Фазовые превращения в таких системах довольно хорошо изучены. В комплексах сверхвысоких давлений распространены породы кислого и среднего состава, карбонатные породы и вовсе экзотические образования (белые сланцы). Изучение UHP позволило узнать, что происходит в таких петрологических системах при высоких давлениях, определить новые типы метаморфических реакций и
Петрология и минералогия UHP метаморфических пород
По распространенным текстурам UHP породы не отличаются от метаморфических пород умеренных давлений (поэтому данный тип метаморфизма был выявлен лишь два десятилетия назад), на высокобарический характер метаморфизма указывают лишь эклогиты, будины которых неизменно встречающиеся в UHPM комплексах. Однако при детальном, микорскопическом изучении удается выявить ряд минералогических особенностей, позволяющих обосновать сверхвысокие давления метаморфизма.
Эти особенности могут быть объединены в три группы.
- Наличие минералов-индикаторов сверхвысоких давлений метаморфизма
- Структуры распада минеральных фаз, устойчивых при сверхвысоких давлениях
- Необычный химизм породообразующих и акцессорных минералов
Рассмотрим эти признаки подробнее.
Минералы-индикаторы сверхвысоких давлений
Основными минералами UHPетаморфизма являются коэсит и алмаз.
Кроме того, косвенным признаком UHP метаморфизма может служить широкое распространение таких минералов как тальк, парагонит. Эти минералы образуются и при низких давлениях при соответствующем химическом составе минералообразующей среды, но в UHPM породах их появление связано с реакциями типа
лавсонит +жадеит= цоизит+парагонит+ кварц+вода
Lws+Jd= Czo+Pg+Qzt+Н20
кианит+ жадеит+ вода = парагонит
Ky+ Jd+ Н20= Pg
Для UHP метаморфических пород также характерны ассоциации
тальк + кианит+ гранат
Tlc+Ky+Grt
магнезит + диопсид
Mgs+Di
описанные в породах Кумдыкульского месторождения.
Структуры распада минеральных фаз, образованных при сверхвысоких давлениях
Диопсид из карбонатно-силикатных алмазсодержащих метаморфических пород содержит ламмлели калиевого полевого шпата. При сверхвысоких давлениях калий входит в структуру пироксена, а при последующем снижении давления калийсодержащий пироксен становится неустойчивым и распадается на диопсид и калиевый полевой шпат.
P-T тренд метаморфической эволюции
Для комплексов сверхвысоких давлений характерен следующий путь изменения давлений и температур:
- Погружение комплекса, при этом постепенно йвеличивается и давление и температура.
- Эксгумация - сильно уменьшается давление, а температура постоянна.
- Остывание.
Геологическое строение UHP метаморфических комплексов
Наиболее изученные UHP метаморфические комплексы
UHP метаморфические комплексы рассматриваются как индикаторы геодинамической обстановки континентальной субдукции, имеющей место на ранних стадиях континентальной коллизии.
Согласно существующим представлениям пик UHP метаморфизма датирует ключевой момент в ходе коллизии двух континентов – отрыв океанической литосферы, резкое уменьшение угла погружения одной литосферной плиты под другую, уменьшение скорости конвергенции коллидирующих плит, орогенез. Все эти события знаменуют собой смену режима от «мягкой коллизии» (континентальной субдукции) к "жесткой" коллизии (гиперколлизии, коллизии гималайского типа).
Тектоническая эксгумация UHP метаморфического комплекса происходит на фоне орогенеза, сопровождаемого интенсивной эрозией, скорость которой может составлять 5 мм/год, а также последующего "коллапса" орогена.
Литература
Основные публикации
Smith D.C., Coesite in clinopyroxene in the Caledonides and its implications for geodynamics // Nature, 1984, v.310, p. 641 – 644.
Sobolev N.V., Shatsky V.S. Diamond inclusions in garnets from metamorphic rocks: a new environment for diamond formation // Nature. 1990. v. 343, № 6260, p.742-746.
Chopin C. Coesite and pure pyrope in high-grade blue-schists of western Alps: a first record and some consequences // Contrib. Mineral. Petrol., 1984, v.86, p. 107 – 118.
Розен О.М., Зорин Ю.М., Заячковский А.А. Обнаружение алмаза в связи с эклогитами в докембрии Кокчетавского массива // Докл. АН СССР, 1972, т. 203, № 3, с. 674 – 676.
Розен О.М., Зорин Ю.М., Заячковский А.А. К вопросу об алмазоносности седиментогенных метаморфических комплексов // Литология и осадочная геология докембрия М. 1973. с. 382 – 384.
Чесноков Б.В., Попов В.А. Увеличение объема зерен кварца в эклогитах Южного Урала // Докл. АН СССР, 1965, т.62, с.909 – 910.
Обзоры
Liou J.G., Tsujimori T., Zhang R.Y., Katayama I., Maruyama S. Global UHP Metamorphism and continental subduction/collision: The Himalayan Model // Inter. Geology Review, v. 46, 2004. p. 1 – 27.
Chopin C. Ultrahigh-pressure metamorphism: tracing continental crust into the mantle //Earth and Planetary Science Letters 212 (2003) 1 - 14.
Liou J.G., Maruyama S., Cong B. Introduction to geodynamic for high- and ultrahigh-pressure metamorphism // The Island Arc, 1998. № 7. p.1 – 5.
Ссылки
Статья
Обсуждение