Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Метаморфический комплекс Приладожья: петрология, флюидный режим

ВАК РФ 04.00.08, Петрография, вулканология

Автореферат диссертации по теме "Метаморфический комплекс Приладожья: петрология, флюидный режим"

На правах рукописи

1 6 ШР

9" 1 '

УДК 552.16(470.2!)

/

Балтыбаев Шаукет Каимович

Метаморфический комплекс Приладожья: петрология, флюидный режим

Специальность: 04.00.08 -петрология, вулканология.

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Санкт-Петербург 1998

Работа выполнена в Институте геологии и геохронологии докембрии РАН.

Научный руководитель: чл.-корр. РАН, доктор г.-м. наук В.А.Глебовицкий.

Официальные оннонеш ы:

доктор г.-м. наук В.М.Шсмякнн (И1ТДРАН) кандидат г.-м. наук А.13.Козлов (СПб. Горный институт)

Ведущая организация: Санкт-Петербургский Государственный Университет (СГ16.ГУ).

Защита состоится " марта 1998 года на заседании Диссертационного совета

Д003.72.01 при Институте геологии и геохронологии докембрия РАН по адресу: 199034, г.Саикт-Петербург, наб., Макарова, д., 2, зал заседания Ученого совета.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИГГД РАН. Автореферат разослан " февраля 1998 года. Ученый секретарь Диссерт ацнонного совета, .

кандидат геолого-минералогических наук

/Т.П.Щеглова/

Актуальность исследования.

Решение широкого круга вопросов в геологии невозможно без привлечения новых фактических данных с учетом постоянно развивающихся представлений о механизмах эволюции эндогенных процессов. На сегодняшний день в Приладожье достаточно полно разработаны проблемы общегеологического плана, охватывающие разные стороны строения и развития региона в докембрии. Но успешное решение некоторых вопросов сдерживалось, с одной стороны, недостатком детальных площадных исследовании, а с другой стороны, ограниченным использованием современных методов исследования вещества, в частности - локальных анализов минералов и флюидных систем. Актуальность исследований заключается в анализе и обобщении новых фактических данных, позволяющих осуществить современный подход к решению ряда вопросов на основе новых представлений и методов. Цели и задачи исследования.

Целью данной работы является изучение процессов метаморфизма через выявление закономерностей пространственного размещения метаморфических пород и оценку РТ параметров, флюидного режима метаморфизма. Задачи.

- Картографическое представление петрологического материала, позволяющего оценить площадные закономерности размещения пород, изменения химизма минералов.

- Оценка состава флюида в разновозрастных породах и выявление закономерностей изменения этих составов.

- Оценка РТ параметров метаморфизма методами твердофазовой и флюидной термобарометрии и построение геолого-петрологически обоснованных пространственных и временных РТ трендов метаморфической эволюции пород, а также тренда эволюции состава флюида.

Научная новизна работ.

1) Пространственное различие в уровне метаморфизма супракрустальных пород Приладожья объясняется через приуроченность к двум структурным зонам: Северному домену, принадлежащему к окраине Карельского кратона, и Южному, относящемуся к Свекофеннскому поясу.

2) Определены РТ параметры метаморфизма по совокупным данным современной твердофазовой и флюидной термобарометрии; эволюция РТ параметров прослежена от масштабов отдельных обнажений до крупных структурно-тектонических блоков (доменов).

3) Показана связь составов метаморфического флюида с метаморфической зональностью. Экспериментальные оценки смены флюидных составов в разновозрастных породах сопоставлены с модельными (расчетными) составами и на этой основе выявлены главные тенденции эволюции флюидного режима.

4) Рассчитана точность метода углекислотной геобарометрии.

5) Разработана компьютерная программа расчета газовых равновесий. Фактический материал.

Проведенная работа базировалась на анализе и обработке картографического и петрологического материала, полученного в ходе полевых работ 1988-95гг. Геологическая основа была получена при выполнении тематических работ, которые сопровождались геологическим картированием региона в масштабе 1:200000-1:50000. Каменный материал, собранный в ходе этих работ, составил основу для термобарометрических и термобарогеохимических исследований. При петрографическом изучении пород было просмотрено более 3000 шлифов. Флюидные включения изучались по авторским каменным материалам, частично по образцам кварцевых жил В.А.Глебовицкого, А.П.Семенова. Всего изучено 140 прозрачно-полированных пластинок с флюидными включениями. В работе используется около 60 образцов с детальным микрозондовым анализом породообразующих минералов. Микрозондовых анализов после отбраковки используется около 600. Флюидные включения изучались на микротермометрических установках (ИГГД, Санкт-Петербург), микрозондовые анализы выполнялись в ПО "Механобр", ВСЕГЕИ (Санкт-Петербург). Валовые составы флюидов (70 проб) получены на масс-спектрометре (ИГГД, Санкт-Петербург) и газовом хроматографе (ИГГД, ВСЕГЕИ, Санкт-Петербург). Практическая значимость.

Предложенные в работе основные закономерности пространственного развития метаморфических пород могут служить основой для целенаправленных геологопоисковых работ и использоваться для вывода моделей геодинамического развития региона.

Опыт совместного применение методов твердофазовой и флюидной термобарометрии для разновозрастных пород в пределах единого обнажения может иметь методическое значение. Методическое значение имеют оценка точности метода углекислотной геобарометрии и программа расчета газовых равновесий. Апробация работы.

Основные положения диссертации докладывались и представлялись на научных совещаниях и конференциях: "Геология Балтийского щита" (Апатиты, 1993; Петрозаводск, 1995); "Флюидное совещание" (Прага, 1993); "Международное тектоническое совещание" (Москва, 1994); "Российско-Финское совещание" (Санкт-Петербург, 1995,1996); "Совещание европейских геологов" (1995, 1997) и др.

По теме диссертации опубликовано 27 работ и 3 находятся в печати. Благодарности.

Автор выражает искреннюю благодарность В.А.Глебовицкому, И.С.Седовой, В.И.Шульдинеру, И.В.Козыревой - бессменным наставникам и коллегам, чья поддержка ощущалась на всем протяжении работ. Неоценимую услугу оказали при совместном выполнении работ и обсуждении проблем геологии Приладожья Л.В.Травин, А.З.Коников, О.Н.Сорокина, А.В.Поваркова, С.А.Хрестенков (ВСЕГЕИ, Санкт-Петербург), С.М.Синица (ДВНЦ, Владивосток), В.П.Кирилюк, К.И.Свешников (Львовский университет), Ю.В.Миллер (ИГГД, Санкт-Петербург), А.А.Маракушев (МГУ, Москва). Ю.В.Наганцев, А.Л.Харитонов (СПГУ, Санкт-Петербург), которым автор выражает свою благодарность. Особая благодарность Д.Купченко - за помощь в разработке математического аппарата программы расчета газовых равновесий. Автор глубоко признателен также Л.В.Янусовой за тщательно выполненные чертежные работы. Объем и структура работы.

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы. Общий объем работы составляет 206 страниц, включая 1 цветную карту, 47 рисунков, 37 таблиц.

Введение характеризует состояние проблемы эволюции эндогенных процессов применительно к Приладожью.

Глава I. "Геологическая характеристика зонального метаморфического комплекса Приладожья" включает описание изученности территории, характеристику геологического строения Северо-Западного Приладожья с освещением общих вопросов стратиграфии, тектоники, магматизма. Подробно характеризуется метаморфическая зональность.

Глава II. "Новые данные о метаморфической зональности в Приладожье". м

характеризует связь с метаморфическими зонами: минеральных парагенезисов, химизма темноцветных минералов, жильных и интрузивных образований, состава флюида. Также, рассматривается отражение метаморфической зональности в гравитационном поле.

Глава III. "Методические аспекты термобарогеохимни" рассматривает основные понятия, кратко характеризует флюидные системы и методику изучения. Приводится расчет точности метода углекислотной геобарометрии и математические выводы, используемые в алгоритме программы расчета газовых равновесий.

Глава IV. "Термобарометрня и тсрмобарогеохнмия пород" показывает результаты оценки термодинамических условий метаморфизма пород Северного и Южного доменов методами флюидной и твердофазовой термобарометрии.

Глава V. "РТ параметры метаморфизма и флюидный режим, особенности нх эволюции" суммирует полученные данные и обосновывает тренды эволюции РТ параметров по зонам метаморфизма и характеризует основные закономерности изменения состава флюида по зонам метаморфизма и регрессивном этапе метаморфизма.

Заключение отражает основные выводы в виде защищаемых положений диссертационной работы.

Защищаемые положения н их обоснование.

1. Условия метаморфизма пород Приладожья находятся в прямой зависимости от тектонического положения: приуроченность к разным структурным зонам является ведущим фактором, определяющим специфику метаморфических, ультраметаморфических и магматических проиессов. Северный домен, принадлежащий к окраине Карельского кратона, характеризуется зоналыю-метаморфическим строением с зонами: гранатовой, ставролитовой, биотит-силлиманитовой, куммингтонитовой, а Южный, относящийся к Свекофеннскому поясу, представляет гиперстеновую зону. Активизация регрессивных изменений в метаморфических породах связана с региональным надвигом, который приурочен к зоне стыка Северного и Южного доменов.

Районирование Северо-Западного Приладожья.

Исследуемая территория Северо-Западного Приладожья охватывает область между южной окраиной Карельского кратона и Выборгским массивом рапакиви.

Особенности структурно-тектонического районирования Приладожья определяются приуроченностью данной территории к зоне стыка архейского Карельского кратона и раннепротерозойского Свекофеннского пояса. Тектоническое районирование Приладожья приведено в ряде работ (Судовиков, 1954; Предовский и др., 1967;

Геологическое развитие..., 1970; Козаков, 1977). К середине 80-х годов сформировалась новая концепция, согласно которой Свекофеннский пояс представляет собой раянепротерозойскую сиалическую кору, образованную на месте океанической коры {Park, 1985; Gaal, Gorbalchev, 1987). Применительно к Приладожыо такой взгляд на природу свекофеннид оказался продуктивным, помогающим лучше понять новые фактические данные, поэтому именно в рамках новой концепции освещаются особенности геологического строения региона (Глсбовицкий, 1993; Шульдипер и др., 1995, ¡996, Баипыбаев и др., 1996).

Таким образом, главным критерием при тектоническом районировании Приладожья становится приуроченность структур к принципиально разному комплексу основания. В соответствии с этим является закономерным деление на два домена -Северный и Южный. Северный домен характеризуется наличием выходов архейского фундамента, в отличие от Южного, для которого неизвестны ни геологические, ни геохронологические признаки существования пород архейского возраста. Северный домен. Северную границу домена очерчивают выходы архейского гранито-гнейсового основания Карельского кратона, южная граница проводится по последним картируемым окаймленным гранито-гнейсовым куполам и проходит по широте о. Хавус -юг мыса Импиниеми и южнее г.Питкяранта на востоке. Основные черты «роения описываемого домена определяются присутствием купольных структур, крупнейшими из которых являются: Коккасельский, Сортавальский, Кирьяволахпшский, Импилахтинский, Питкярантский, Мурсульский и некоторые другие купола.

Южный домен. Южный домен занимает территорию вплоть до Выборгского массива гранитов-рапакнви. Широкая распространенность здесь продуктов ультраметаморфизма, многочисленных разновозрастных интрузивных тел, в том числе не имеющих аналогов в Северном домене (эндербиты), принципиально отличает Южный домен. Общность же Северного и Южного доменов заключается в развитии субвертикальных складчатых структур разного порядка. На фоне таких структур контрастно выглядят пологие структуры зоны сочленения двух доменов. Эта зона по В.А.Глебовицкому, А.Л.Харитонову определяется как "пояс тектонических покровов" (Геологическое развитие..., ¡970). В данное время эта зона рассматривается, как главнейший элемент сочленения Свекофеннского пояса и окраин Карельского кратона. Наблюдаемая в ней совокупность признаков (переориентация структур, сближение метаморфических изоград, скачок в уровне мигматизации, интенсивная наложенная минерализации и т.п.) интерпретируется как результат надвигания Свекофеннского блока на окраинную част'

Карельского массива: зона выделяется как Мейерский надвиг (Guidebook.... 1995; Баптыбаев и <)р.. 1996).

Мейерский надвиг. Границы зоны Мейерского надвига проводятся несколько условно но

смене преобладающих пологопадающих структур крутопадающими. В пределах зоны

j

Мейерского надвига (шириной около 20 км) практически повсеместно структуры метаморфических и метаинтрузивных пород переориентированы: в них ярко выражено субширотное простирание плоскостных текстур с падением шарниров мелких складок и других элементов линейности на юг-юго-запад 180-195° при углах 20-30°.

Выделение в Приладожье двух доменов подтверждается геофизическими данными. Анализ гравиметрических карт показывает, что в Северном домене элементы гравиметрического поля связаны с известными геологическими структурами: хорошо интерпретируются, например, фрагмент Карельского кратона, Кирьяволахтинский, Сортавальский и другие гранито-гнейсовые купола. Локальными аномалиями фиксируются Кааламская интрузия, Салминский плутон гранитов-рапакиви. В пределах Южного домена наблюдается обширная положительная аномалия, которая, как показывают расчеты, не обеспечивается средней плотностью пород района (2.74г/см3). Моделированием разреза установлено, что аномалия может быть обусловлена породами, плотность которых не менее 2.80-2.85г/см3 при условии не очень глубокого их залегания. По совпадению эпицентра аномалии с выходами эндербитовых тел повышенной основности (и плотности), которые содержат многочисленные включения высокоплотных пород (нориты, габбро, пироксениты, кортландиты), полагается, что региональная аномалия обусловлена развитием на глубине базитов, с которыми связаны породы норит-эндербитового комплекса.

Таким образом, для Северного домена многие элементы гравиметрического поля связаны с выделяемыми геологическими структурами, в составе которых присутствуют контрастные по плотности породы архейского комплекса основания, а в пределах Южного домена для интерпретации регионального максимума привлекается гипотеза близповерхностной локально вскрытой (эндербиты) интрузии. В общем же, можно сказать, что фиксируемые различия обусловлены принципиально разным строением комплекса основания сравниваемых площадей.

Метаморфическая зональность.

Минеральные парагенезисы. Для характеристики распространенности информативных минеральных парагенезисов нами (соавторы В.И.Шульдинер, И.В.Козырева) была

Рис 1. Уточненная схема метаморфической зональности в Приладожье.

I. Гранатовая зона. II. Стзвролитовая зона. III. Биотит-силлиманитовая зона. IV.

Куммингтонитовая (гранат-кордиерптовая) зона . V. Гиперстеновая зона.

(а) - граница первых пегматитов, (б) - граница первых мигматитов, (с) - граница

интенснвной мигматизаиии. Сплошными линиями показаны границы метаморфических

зон. Крестиками показаны граниты-рапакиви Салминского массива.

Схема составлена с уметом работ предшественников (Кицуя, 196); Предовский и др., ¡967;

Великославинский, 1972; Нагайцев, 1974).

построена карта минеральных ассоциаций для зоны стыка Северного и Южного доменов и уточнена схема метаморфической зональности (рис. /). Наиболее принципиальное расхождение наших данных с данными предшественников возникает по поводу размеров гиперсгеновой зоны, которая раньше предполагалась только в виде локальных участков в южной части Приладожья. На схеме (рис. 2) показаны точки с находками сохранившегося гиперстена от широты г.Лахденпохья до о.Хавус. Ранее значительная часть этой площади угносилась к догиперстеновой зоне, однако петрографическими наблюдениями установлено присутствие здесь гиперстенов, большей частью замещенных волокнистым агрегатным) куммингтонитом и биотитом.

Таким образом, принадлежность гиперстеновых парагенезисов к Южному домену 'станавливается как прямыми наблюдениями этого минерала, так и по замещающим его пшералам. Детальные исследования показали, что гиперстеновые парагенезисы или их ¡еликты встречаются практически повсеместно в пределах Южного домена.

Рис. 2. Схематическая карта Мейсрской надвиговой зоны с отражением гиперстеновых парагенезисов.

1-3 - раннепротерозойские гранитоиды: 1- трондьемиты, 2 - тоналиты и диориты, 3- эндербитоиды; 4-5 - нижний протерозой, серии: 4- ладожская, 5- сортавальская; 6- архейские гранито-гнейсы; 7-северная граница биотит-силлиманитовой зоны; 8- граница зон биотит-силлиманитовой и куммпнгтонитовой (гранат-кордиеритовой); 9- реликтовые парагенезисы гранулитов, (биотит-гиперстеиовые, гранат-гиперстеновые, двупироксеновые), (северная граница их распространения совпадает с линией надвига); 10-11 - проявления позднего метаморфизма: 10- южная граница интенсивной кумминггонизации гиперстена, И- южная граница интенсивного замещения граната биотит-плагиклазовым симплектитом; 12- положение главного сместителя Мейерского надвига; 13-разломы.

Кроме находок реликтовых гиперстенсодержащих парагенезисов в пользу расширения гранулитового ареала косвенно свидетельствуют зндербиты, обнаруженные в виде малых тел практически повсеместно в пределах Южного домена. О том, что эндербитовый магматизм связан с кульминацией метаморфизма (с развитием гиперстеновых пород) существуют убедительные данные как в Приладожье, так и в сопредельных областях Финляндии (Сулкава, Куруверси).

Химизм темноцветных минералов. В ряде работ (Лебедев, Нагайцев, 1967; Геологическое развитие..., 1910; Вепикославинский, 1972; Нагатив, 1974; Мигматизация..., 1985; Петров, 1994) рассматривались химические особенности

минералов в соотношении с зонами метаморфизма. В настоящей работе собраны воедино аналитические данные предшественников и дополнены вновь полученными.

Изменение составов минералов по метаморфическим зонам прослежено для минералов с широким полем устойчивости, какими являются гранат и биотит. Гранаты. В целом можно сказать, что химизм гранатов в разных метаморфических зонах отражает хорошо известные закономерности, присущие прогрессивному метаморфизму. По сравнению с гранатами низкотемпературных зон более высокотемпературные гранаты характеризуются повышенным содержанием пиропа, главным образом за счет альмандин-спессартиновой составляющей. В гранатовой и ставролитовой зонах содержание пиропа в гранатах составляет 5-19%, в биотит-силлиманитовой зоне 15-19%, а в более высокотемпературных зонах 5-31%. Гранаты низкотемпературных зон нередко имеют прогрессивную зональность или бывают азональны (Петров, 1994), в то время как гранаты высокотемпературных зон, за исключением единичных случаев, обнаруживают регрессивную зональность.

Биотиты. Составы биотитов разных зон достаточно широко перекрываются, это явление отмечали и ранее (Веяикославинский, 1972; Нагайцев, 1974; Мигматизация..., 1985). Широкие вариации состава биотитов наблюдаются в пределах единой породы, иногда это следствие влияния локального химизма породы, но есть и случаи развития новой генерации биотитов. В целом, отмеченные в указанных и других работах основные тенденции в изменении составов биотитов подтверждаются. Наиболее отчетливые закономерности изменения составов с ростом уровня метаморфизма: повышение магнезиальное™, титанистости; снижение железистости, содержания ОН-Р; некоторое снижение А1VI. Щелочи (К, Ыа) практически остаются неизменными. Размещение жильных и интрузивных образований. Последовательную смену состава синметаморфических жил от доставролитовой зоны к зоне интенсивной мигматизации (куммингтонитовая, гиперстеновая зоны) отмечали еще Д.А.Великославинский (1972), А.Н.Казаков (1977). С повышением степени метаморфизма кварц-полевошпатовые жилы обнаруживают устойчивое возрастание отношения плагиоклаз/кварц. Также отмечается постепенное увеличение мощности жил.

В зоне инициальной мигматизации (биотит-силлиманитовая зона, гранат-биотит-силлиманит-мусковитовая субфация по В.А.Глебовицкому) в жильном материале увеличивается содержание калиевого полевого шпата. Отмечается систематическое увеличение объема лейкократового материала мигматитов по направлению к зонам куммингтонита, гиперстена. На границе зон куммингтонита и гиперстена существует

резкий переход от слабо и умеренно мигматизированных гнейсов с содержанием лейкосомы 10-30%, до интенсивно мигматизированных разностей с лейкосомой до 5070%. Такой переход картируется на широте о.Хавус. Вывод о скачке уровня мигматизации делается по всей совокупности генераций лейкосом. Дискретность этого перехода подчеркивается развитием здесь мигматитов с характерной линзовидно-полосчатой текстурой. В пределах таких интенсивно мигматизированных гнейсов уже встречаются реликты пшерстеновых ассоциации.

Из интрузивных пород приурочены только к гиперстеновой зоне (гранулитовой фации метаморфизма) породы Куркиекского норит-эндербитового комплекса, тогда как более поздние интрузивные образования проявлены дискордантно к метаморфическим зонам.

Таким образом, наблюдаемые особенности размещения пород Приладожья в целом подтверждают зональное строение метаморфического комплекса, которое отражается в закономерной смене различных геолого-петрологических признаков по латерали (с севера на юг). В то же время, дискретность тектонического строения Приладожья нашла выражение в резкой смене условий метаморфизма супракрустальных пород, которая фиксируется по характеру ранних минеральных парагенезисов метаморфических пород, особенностях мигматитообразования и сопряженного с метаморфизмом магматизма.

Минеральные ассоциации пиковой стадии сильно переработаны на регрессивном этапе метаморфизма. Метаморфическая переработка минеральных парагенезисов, сопровождавшая структурные преобразования, широко проявлена в виде куммигтонизацин пшерстена, замещении граната биотит-плагиоклазовым симплектитом. Наряду с этим по ранним минеральным парагенизисам развиваются мусковит, хлорит, калишпаты, кварц, иногда андалузит. Вторичные преобразования максимально проявлены в зоне стыка двух доменов {¡л/с. 2),

2. Кульминации метаморфизма в Приладожье соответствуют температуры и давления: для ставролитовой зоны от 410-550 f и 3.2-3. Зкбар (низкотемпературная часть) до 530-610f. 4.0кбар (высокотемпературная часть), для биотит-силтшанитовой зоны 600-640°С, 3.8-5кбар, для куммингтопитовой зоны 650-730 X!, 5.3кбар и для гииерстеновой зоны 800-900?С, 5-6кбар. Посткульминаииониая эволюция РТ параметров идет но пути сопряженного снижения температуры и давления во всех зонах метаморфизма.

РТ параметры метаморфизма рассчитывались методами твердофазовой и флюидной термобарометрии. При воссоздании условий метаморфизма пород методами минеральной термобарометрии основное внимание было уделено гранатсодержащим ассоциациям как наиболее чутко реагирующим на изменение внешних условий.

Флюидные включения с целью термобаромегрических оценок изучались, главным образом, в разновозрастных породах с четко фиксируемой последовательностью образования. Предпочтительно выбирались серии объектов, в пределах одного обнажения. В Северном и Южном доменах изучены: кварцевые и кварц-полевошпатовые жилы зон низкого и умеренного метаморфизма (от гранат-биотитовой до биотит-силлиманитовой зон); последовательная серия мигматитовых и постмигматитовых жил (куммигтонитовая, гиперстеновая зоны); последовательная серия интрузивных образований (комплексов); отдельные метаморфические породы.

Используемые методы твердофазовой и флюидной термобарометрии.

Для определения РТ условий были использованы Grt-Crd-Sil-Qtz1 и Grt-Opx-Pl-Qtz термобарометры Л.Я.Арановича и К.К.Подлесского (1989), Grt-A12Si05-Pl-Qtz барометр А.Козиол и Р.Ныотона (Koziol, Newton, ¡989), термобарометр Т.Хоиша (Hoisch, 1990), Grt-Bt, Grt-St термометры Л.Л.Перчука (1989), метод TWEEQU Р.Бермана (Вегтап, 1988, 1991). Выбор методов определялся исходя из их широкого применения в практике, что обеспечивает сопоставимость результатов с данными по другим регионам, а также их удовлетворительной сходимости между собой.

Для определения РТ условий по флюидным включениям использовался метод углекислотной барометрии и метод пересечения изохор HjO и СОг- Для метода углекислотной барометрии температура захвата включений определялась по данным минеральной термометрии.

0 точности метода углекислотной барометрии.

В работе предпринята попытка оценить точность метода углекислотной барометрии. В качестве оценочных условий принята изохора 0.822г/см3 с Тгом=15°С включения ССЬ, захваченного при 800°С. Такой выбор определяется реальной распространенностью таких включений и возможностью использования области PVT свойств СС>2 с наиболее заметными расхождениями у разных авторов. Ниже приводится обоснование оценочных параметров.

1 Сокращенные названия минералов: Bt - биотит, Срх - клинопироксен, Crd - кордиерит, Cum -

куммингтонит, Grt - гранат, Kfs - калиевый полевой шпат, Ms - мусковит, Орх - ортопироксен, PI -

плагиоклаз. Qtz - кварц. St - ставролит, Sil - силлиманит.

Неточность измерения температуры гомогенизации С02. Зависит от погрешности калибровки криокамеры. Большинство криометристов полагают, что добились градуировки камер не хуже ±0.2°С в области двухфазовой кривой СО2, а в реперных точках ±0.1°С. Среднеарифметическая величина искомой неточности ±0.15°С приводит к ошибке расчета плотности менее ±0.005 г/см3 (Poller, 1986). При этом погрешность конечного расчета давления (по уравнениям Bollinga. Richel, 1981; Holloway, 1981) менее ±0.05кбар.

Неточность измерения температуры плавления СО}. Также зависит от точности калибровки криокамеры. Температура плавления (Тпл) является реперной точкой: точность измерения ее принята ±0.1 °С. Следствием неверного определения Тпл является недоучет возможной примеси другого компонента (СН4, N2), изменившего положение тройной точки COj. Максимальные ошибки по давлению укладываются в диапазон от 0.1 кбар (с N2) до 0.15 кбар (с СН4) (по уравнениям состояния Bollinga, Richel, 1981, Holloway, 1981).

Смещение температуры гомогенизации (Тгом) включения СО2 из-за примесей. Яизкоютящие газы (Cl¡4, N2) вызывают дрейф Тгом СО2 в отрицательную область. Влияние примеси НгО на Тгом СО2 незначительно и, к тому же, эффекты, свойственные системе СО2-Н2О (образование льда, газогидрата), позволяют исключать такие включения. Точная оценка величины смещения Тгом затруднительна, для изобарического сечения 70 бар интерполяция данных Барраса (Bums, 1976, 1981) для смеси СО2/СН4Ю.85/О.15 показала возможный дрейф Тгом на 25°С в сторону понижения. Для примесей с мольной долей около 3%, не диагностируемых по Тпл, изменение Тгом будет порядка -5°С. Погрешность расчета давления при таком дрейфе Тгом (Bollinga, Riebet, 1981; Holloway, 1981) будет около 0.45кбар. Отметим, что в данном случае мы получаем только завышение давления.

Возможное трудно диагностируемое присутствие примеси СН4, N3, Н2О, влияющее на расчет PVT свойств COi. Поправка в расчете PVT свойств СОг (примеси до 3-5%) по уравнениям состояния Холловея (Holloway, 1981) показала незначительное завышение Р, которое укладывается в 0.1-0.15кбар.

Неточность в экстраполяции PVT свойств С02. Данная неточность оценена выяснением расхождений в характеристике PVT свойств СО2, предложенных разными авторами (Bollinga, Richel, 1981; Holloway, 1981; Kerrick, Jacobs, 1981; Saxena, Fei, 1987; Шмулович, 1988; Brown, Lamb, 1989). Расхождения эти имеют, как правило, нелинейный характер. Максимальное отклонение от среднего значения при 800°С равно ±0.15 кбар.

Неточность данных о температуре захвата включения СО;. Источником данной неточности является не сама углекислотная геобарометрия, но необходимо представлять возможные величины ошибок, связанные с неверной оценкой температуры захвата

включения. В большинстве случаев указанная температура определяется по биминеральным термометрам. В качестве возможной ошибки принято +50''С> что, вероятно, отражает современные возможности твердофазовой геотермометрии. При таком выборе ошибка определения давления не превысит ±0.25кбар.

Таблица 1, Оценка точности метода геобарометрни по СОг,

неточность измерения температуры гомогенизации включения СОг ±0.15°С ±0.05 кбар.

неточность измерения температуры плавления включения СОг ±0.1 "С ±0.15 кбар

смещение температуры гомогенизации вхлючения СОг из-за примесей -5°С (3%) 0.45 кбар

возможное трудно диагностируемое присутствие примеси СН< во включении СОз ДО 3% -0.01 кбар

возможное трудно диагностируемое присутствие примеси Ыг во включении СОг до 3% <0.01 кбар

возможное трудно диагностируемое присутствие примеси НгО во включении СОг до 3% <0.01 кбар

неточность а экстраполяции РУТ свойств СОг ±0.15 кбар

неточность данных о температуре захвата включения СОг ±50°С ±0.25 кбар

Таким образом, максимальная теоретическая погрешность по завышению метода равна Лкбар, по занижению -О.бкбар. Или же, исходя из того, что оценки производились для средних давлений, в процентном отношении максимальные погрешности составят ~20% по завышению и -10% по занижению. В то же время, реальная погрешность метода представляется меньшей, так как случайные знаки ошибок приводят к некоторому нивелированию результатов. Программная генерация случайным образом величин и знаков обсуждаемых погрешностей в диапазоне ±тах значений определила (из 64000 комбинаций) среднестатистическую равную ±0.27кбар, что говорит о -5%-ой статистической погрешности метода.

Термодинамические условия метаморфизма пород Северного домена. Твердофазовая термобарометрия.

Условия метаморфизма пород Северного домена охарактеризованы по литературным (Петров, 1994) и авторским материалам.

Ставролитовая зона. Параметры метаморфизма ставролитовой зоны оценивались по термобарометру Т.Хоиша (Яо/гсЛ, 1990), Оп-Ви вг^ термометрам (Перчук 1989). Для низкотемпературной (северной) части ставролитовой зоны получены оценки 410-550°С, 2.7-4.2кбар, а для высокотемпературной (южной) части - 530-540°С, 3.5-4кбар. Биотит-силлшшнитовая зона. Условия метаморфизма данной зоны оцениваются по термобарометру Т.Хоиша (№жс/;, 1990) и ОП-В1 термометру (Перчук, 1989). Для рассматриваемой зоны получены оценки Т=620°С и Р=3.2-5.0 кбар.

Кулшиигтошшювая (грстат-кордиеритовая) зона. По наименее измененным гранат-биотитовым соотношениям для данной зоны определены температуры 660°С (обр.986), 500°С (обр.6197), 600°С (обр.5446), 500-560°С (обр.994-1), 580°С (обр.996-1), 600-730°С (обр.923).

Флюидная термобарометрия.

Барометуия по в оюченням СО? в синметаиорфических кварцевых и квари-полевошпатовых жтах.

1Сварцевые и кварц-полевошпатовые жилы из металелитовых ассоциаций изучались начиная с участков, соответствующих границе доставролитовой и ставролитовой зон и кончая биотит-силлнмаиитовой зоной включительно. Связь жил с метаморфизмом устанавливается по перекристаллизации кварцевых зерен, нередко при этом происходит преобразование приконтактовых с жилой пород, которое выражается в сегрегации и укрупнении зернистости таких минералов как биотит или ставролит. Кварц-полевошпатовый материал самих жил несет признаки наложенной серицитизации или мусковитизации, иногда биотитиззции.

Ставролитовая зона. По наиболее плотным включениям углекислоты, которые представляются одними из самых ранних внутри минеральных зерен, максимальное давление для низкотемпературной части ставролитовой зоны оценивается в 3.2-3.3кбар при температуре ок. 460°С (Оп-Еи термометр, обр.733), для средней части ставролитовой зоны Р=4.0кбар при температуре 500°С (ОгЬЙ! термометр, обр.738). Биопшт-силлиманитовая зона. Для начала биотит-силлиманитовой зоны определены давления 3.6-3.8кбар для температуры 600-620'С.

Барометрах по окчючепшм СО¿> в ранних мигматитовых жилах куммигтанитовой зоны.

По наиболее плотным включениям углекислоты в кварцах самых ранних мигматитовых жил данной зоны максимальные давления оцениваются в 5.3кбар (для температуры 700°С).

Резюмируя данные по Северному домену, отметим следующее: Минеральная термобарометрия для ставролитовой и биотит-силлиманитовой зон дает оценки температуры, которые хорошо коррелируются как между разными парами минералов и разными версиями термометров, так и с наблюдаемыми парагенезисами. Оценка давления показала довольно ощутимый разброс значений по методам твердофазовой геобарометрии. Барометрия по включениям СО2 отличается меньшими вариациями, с некоторым усреднением результатов можно полагать, что в низкотемпературной части ставролитовой зоны пиковые значения достигали 3-4кбар с

систематическим ростом давления в сторону высокотемпературной части и вплоть до 5.3кбар в куммингтонитовой зоне.

На основании сравнения Р и Т, полученных по центральным и внешним зонам минералов, можно утверждать, что преимущественное направление РТ-тренда идет по пути сопряженного снижения температуры и давления. В то же время необходимо отметить, что выявленная В.П.Петровым {1994) комбинированная зональность в некоторых гранатах свидетельствует, возможно, о более сложном эволюционном тренде.

Таким образом, для Северного домена пиковые условия метаморфизма охватывают диапазон от Т=410-550°С и Р=~3.2-3.3кбар в начале ставролитовой зоны и до Т=650-730°С и Р=5.3кбар в куммингтонитовой. Регрессивные тренды характеризуются снижением температуры в разных зонах на 100-300°С ниже пиковых при сбросе давления до 1.5-2кбар.

Термодинамические условия метаморфизма пород Южного домена. Твердо/разовая термобарометрия.

Условия метаморфизма пород Южного домена охарактеризованы по авторским материалам. Параметры метаморфизма оценивались по термобарометрам: Grt-Crd-Sil-Qtz и Grt-Opx-Pl-Qtz {Аршювич, Подлесский, 1989), Grt-Al2Si05-Pl-Qtz барометру (Koziol, Newton, 1989), Grt-Bt термометру (Перчук, 1989), методу TWEEQU (Bennau, 1988, 1991). РТ условия по флюидным включениям оценивались методами углекислотной барометрии и методом пересечения изохор Н;0 и СО2.

Выделяются две стадии метаморфизма: кульминационная и посткульминационная, последняя делится на раннюю и позднюю подстадии.

Кульминационная стадия. Гиперстенсодержащие породы Приладожья представлены Bt-Opx, Grt-Bt-Opx и Срх-Орх-Р1 и реже Opx-Ksf-Pl гнейсами. Широко распространены Grt-Bt и Grt-Crd гнейсы, которые пространственно тесно ассоциированы с гиперстексодержащимн гнейсами к сланцами.

Оценка РТ условий кульминации метаморфизма производилась по химически однородным ядрам граната, кордиерита, гиперстена. Геотермобарометрия по центральным зонам минералов в кордиеритсодержащих образцах показала результаты, характерные для гранулитовой фации: 'Г от 815 до 840°С и Р от 5.3 до 6.4 кбар. Несколько более высокие температуры получены по гранат-гиперстеновым гнейсам: Т = 880-945°С и Р = 5.3-6.2 кбар. Эти породы проверялись на равновесие по программе TWEEQU (Berman, 1989, 1991). В большинстве образцов метод выявил неравновесность ассоциаций, но для некоторых получены удовлетворительные пересечения равновесных кривых, и в этих случаях РТ оценки согласуются с данными по минеральным (Grt-Crd-Pl-Qtz) термобарометрам.

Посткульминационная стадия.

Ранняя подстадия. Новообразованные минеральные ассоциации содержат роговую обманку, куммингтошгг, биотит, гранат, плагиоклаз, кварц и иногда микроклин. Признаком принадлежности метаморфических проявлений к ранней посткульминационной стадии служит их фациальная характеристика, присущая гнейсам и мигматитам амфиболитовой фации, проявленная почти повсюду в более древних породах - гранулитах и эндербитах, в которых они наложены на более высокотемпературные парагенезисы.

Оценка РТ условий посткульминационного метаморфизма производилась по контактирующим частям граната и кордиерита, реакционные отношения которых позволяют интерпретировать РТ параметры как посткульминационные, сопряженные с усилением мигматитообразоваиия. Изученные образцы позволяют оценить Р'Г условия рассматриваемой подстадии в пределах Т=650-750°С и Р=4.5-5.5 кбар.

Поздняя подстадия. Наиболее распространенной и практически повсеместной формой проявления минеральных преобразований является замещение граната биотитом или биотит-плагиоклазовым агрегатом. Во многих породах в составе биотитовых и биотит-плагиоклазовых псевдоморфоз участвуют также мусковит и (или) андалузит, причем оба эти минерала совместно с биотитом развиваются и по кордиериту. Довольно обычен также фибролит, который развивается по кордиериту, иногда совместно с андалузитом. Породы основного состава также подвержены интенсивной биотитизации, появляются бледно-зеленая роговая обманка, очень редко эпидот. В микроклиновых гранитах широко проявлена мусковитизация. Наиболее низкотемпературные проявления иногда представлены хлоритом.

Новые минеральные ассоциации данной подстадии предопределили используемые термобарометры: температура определялась по составам кромок соприкасающихся гранатов и биотитов, а давления - по составам кромок гранатов и плагиоклазов на основе Оп-Л^Ю}-Р1-С}1г геобарометра. Температуры и давления, полученные по указанным термобарометрам составили Т=500-600°С, Р=2-3.5 кбар. Флюидная термобарометрия. Барометрия по включениям СО? в субстрате.

В гранат-гиперстеновых гнейсах обнаружены одновозрастные включения водного и углекислотного составов. По пересечению полученных для них изохор, определены Т и Р: 815°С и 5.3кбар. По наиболее ранним и плотным включениям СОг диапазон давлений определяется в 4.5-5кбар.

Барометрия по включениям СО? в мигматитах и гранитных (поспшигматитовых) жичах.

Барометрия выполнена для серии жил, относительный возраст которых определяется прямыми наблюдениями.

Наиболее ранние лейкосомы (1-2 генерации) представлены маломощными (до 1-3 см) жилами и их фрагментами, согласными или субсогласными со сланцеватостью вмещающих пород. Эти лейкосомы переслаиваются с субстратом, содержащим критические парагенезисы гранулитовой фации.

Лейкосомы мигматитов второго типа (3-4 генерации) образуют жильные тела как согласные со структурой вмещающих пород, так и секущие ранние структурные элементы. Последовательное изменение структурных форм жил свидетельствует о становлении их в условиях снижения пластичности среды, что обусловлено понижением температуры, как это следует из характера сопряженного изменения химизма минералов в жилах.

Третий тип жил представлен телами резко дискордантными по отношению к вмещающим метаморфическим породам и более ранним мигматитам. На обнажениях, где наиболее полно представлены лейкократовые жилы, можно выделить 2-3 генерации таких жил. Общим для них является наличие резких прямолинейных контактов с окружающими породами, обогащенность калишпатом. Часты в них признаки кислотного выщелачивания.

В рамках рассмотренных типов мигматитовых и гранитных жил предполагается, что мигматиты первого типа формируются в условиях гранулитовой фации при температурах 800-900°С (пик метаморфизма, оцениваемый по составам ядер Grt, Crd, Орх), мигматиты и жилы второго и третьего типов формируются при снижении температур от 800°С до ~500°С (Grt-Crd, Crt-Bt термометрия). На основании этих температур, по наиболее пчотным и ранним включениям углекислоты, определены давления: -для лейкосом I типа Р=4.7-4.5 кбар. -для лейкосом II типа Р=6.0-4.0 кбар. -для лейкосом III типа Р=3.8-3.2 кбар.

Флюидные включения в магматических породах Приладожья.

Флюидные включения изучались в разновозрастных интрузивных комплексах: 1) куркиекском норит-эндербитовом; 2) лауватсарско-импиниемском диорит-тоналитовом; 3) тервуском диорит-гранитном. Л также в жильной серии трондьемитов и гранитов, которые по относительной хронологии занимают место между лауватсарско-импиниемским и тервуским комплексами.

Практически все интрузивные породы в той или иной степени метаморфизованы, имеют гранобластовые структуры, местами сильно рассланцованы. Как указывалось выше, породы куркиекского комплекса рассматриваются как изофациальные с

метаморфизмом граиулитовой фации (800-900°С). Становление пород лауватсарско-импиниемского комплекса, более молодых по сравнению с эндербитоидами куркиекского комплекса, происходит в условиях амфиболитовой фации. Приблизительный температурный диапазон метаморфизма этих пород оценивается по вышеприведенным данным (Ся1-Сгс1 равновесия) в 650-750°С. Более поздние породы (трондьемит-граниты, породы тервуского комплекса) слабо метаморфизованы при температурах порядка 500-660°С (ОП-Б1 равновесия).

Для барометрии использовались данные по чистым углекислотным и водным включениям. Для пород лауватсарско-кмпиниемского комплекса по пересечению изохор одновозрастных Н^О и С02 Р и Т, соответственно, определены 4.7 кбар и 780°С, для жильных трондьемит-гранитных пород - 4.5 кбар и 600°С.

С учетом ранее указанных ограничений на возможные температурные интервалы метаморфизма изученных интрузивных комплексов, по включениям СОг получены следующие диапазоны давления при метаморфизме интрузивных комплексов:

1) куркиекский комплекс 4.7-5.1 кбар;

2) лауватсарско- импиниемский комплекс -4.5-5.0 кбар;

3) жилы трондьемит-гранитные 4.0-5.0 кбар;

4) тервуский-3.1-4.0 кбар.

Таким образом, для Южного домена (гиперстеновая зона) пиковой стадии отвечают параметры, рассчитанные методами минеральной термобарометрии по гомогенным ядрам зональных кристаллов и флюидным включениям; они составляют Т=800-900°С и Р=5-6кбар, что определяет условия граиулитовой фации. Метаморфизм и мигматизация и дальнейшая постпиковая эволюция метаморфических преобразований идут по линии снижения температуры при слабом сбросе давления. В целом условия метаморфизма смещаются в область амфиболитовой фации. Определения РТ-параметров, полученные по минеральным термобарометрам и разновозрастным мигматитам, фиксируют различные этапы этого процесса в интервале температур от 780 до 600°С при давлениях от 5 до 4кбар. Режим регрессивного высокотемпературного метаморфизма соответствует по своим параметрам условиям кристаллизации диоритов и тоналитов и связанных с ними мигматитов, о чем свидетельствует термобарометрия по флюидным включениям в этих породах. Новообразованные минеральные парагенезисы и химизм минералов позднего этапа, флюидные включения в поздних жильных телах, определяют диапазон их формирования - от 600-660°С до 450-500°С при давлении примерно 4 кбар, в наиболее поздних жилах - около 3-3.5 кбар.

Приведенные параметры подтверждаются оценками по методу Т\УЕЕ(Зи и по петрографическим оценкам полей устойчивости парагенезисов.

3. В модельной флюидной системе, состав которой соответствует реально наблюдаемым в породах Лриладожьп, снижение температуры приводит к росту мольной доли воды и метана при альтернативном уменьшении двуокиси углерода, окиси углерода и водорода. Эмпирически определенный состав флюида в разновозрастных породах Приладожья не отвечает модели эволюции замкнутой флюидной системы: основные тенденции изменения состава флюида, от наиболее ранних пород к поздним, выражены в росте отношения Н2О/СО2 при незакономерном распределении СО, //?, СН4.

Флюидные включения в кварцевых н кварц-полевошпатовых жилах зон низкого и умеренного метаморфизма.

Для изученных образцов характерно содержание нескольких генераций

включений, которые отличаются морфологически, по составу и плотности вещества.

Морфологически включения подразделяются на единичные, кластерные (в виде групп без

четкой вытянутостн) и планарные (в виде узких зон). Размеры большинства включений

малы (<5-15мк), что характерно для метаморфических пород.

Таблица 2. Сводная характеристика данных микротермометрического изучения флюидных включений в кварцевых и кварц-полевошпатовых жилах.

Типы включений Th, °С (и) Tmi, °С (п) Те, "С Bet. % в NaCI экв. Тшс,°С Thorn, "С (п)

нго (±соль) 90-490 (318) 0/-11.5 (458) -21.0, -13.0 0-15.6

НгО-NaCI-NaHCOj 310-400 (6) -10.5/-12 (12) -22.0 13-16

н2о-сог 250-300 (17) 0/-1.6 (54) 0-2.5 -56.5/57.9 -2/27 (37)

С02 -55.4/58.2 -13/28 (489)

ch4-n2 -I63/-98 (39) -60/-64 -23/-1 (57)

HjO-CHj-Nj -149/-87 (8) 0/-1.5 (27) 0-2.2

Примечания: Th -температура общей гомогенизации включения; Tmi - температура плавления льда; Те -эвтектическая температура; Тшс - температура плавления углекислоты; Thorn - температура гомогенизации углекислоты; (п) - количество наблюдений.

Флюидные включения в мигматитах и гранитных (постмнгматитовых) жилах.

Самым широким распространением пользуются включения чисто водные и чисто углекислотные. Форма нахождения включений самая разнообразная: единичные включения,

кластерные, планарные (треГшы) в пределах зерна или секущие межзерновые границы. Размеры большинства включений лежат в пределах 5-15мк, редко достигая 25мк.

Таблица 3. Сводная характеристика данных мнкротермометрического изучения флюидных включений в мигматитах н гранитных жилах".

Типы включении ТЬ, "С О) Тип, "С (») Те, °С вес. % в экв. Ттс, "С Пот, °С (п)

н2о 90 - 390 (521) 0/-3.0 (618) 0-5

НгО-соль(1ЧаС1) 240-480 (132) -2.5/-11.2 (138) -21.0 -22.0 4-15

со2 -55.4 /-58.8 -11/31 (848)

СН4-Г^ГСО; -57.4 / -64.8 -144 / -16 (84)

н2о-со2 250-300 (28) 0/-1.6 (42) 0-2,5 -56.5 / -58.2 -2/28.4 (32)

СН,-1Ч2 -166/-85 (58)

Примечание: *сокращения такие же как и в таблице 2.

Флюидные включении в магматических породах Приладожья.

Флюидные включения изучались в зернах кварца и реже полевых шпатах. Преимущественным развитием пользуются водные и углекислотные включения. Другие типы (за исключением солевых) распространены ограниченно. Размеры включений лежат в пределах 5-25мк. Большинство генераций включений локализовано внутри зерен, лишь некоторые поздние вторичные включения секут межзериовые границы. Размещение включений в перекристаллизованных зернах, мелкие размеры, характер распределения, свидетельствуют о преимущественно метаморфогенной природе большинства из них.

Таблица 4. Сводная характеристика да иных лшкрогермомсгрпчсскиго изучения флюидных включений в метаннтрузнвных породах .

Типы включений ТЬ, °с (П) Тт1, °С 00 Те, °С вес. % в 1ЧаС1 экв. Ттс, °С ТЬош, °С 00 '

Н20 90-340 (139) 01-0.5 (216)

НгО+КаС1±(КС1) 250-370 (15) -1/-5.5 (166) -21/-23 1.7-5.6

Н20+СаС1, 280-340 (16) -1.5/-4 (16) -50/-53

Н20+С02 250-300 (8) 0/-1 (8) 0-1.5 -56.5/57.6 10/26 (7)

со2 -56.4/56.9 -12/28 (303)

С02+СК,+1Ч2 -57/-63 -13/6 (36)

СН.,+Г^2 -163/-98 (18)

Примечание: *сокращения такие же как и в таблице 2.

/

Несмотря на общее сходство составов включений в разных комплексах, следует отметить одно существенное различие: породы куркиекского и ранних фаз лауватсарско-импиииемского комплексов содержат водные включения, минерализованные солями СаСЬ, что не характерно для более молодых пород, в которых преимущественно развита минерализация солями NaCl, иногда с примесью КС1. Такая смена минерализации подтверждается и данными водной вытяжки. Кроме того, особенностью ранних интрузий является низкое содержание оптически видимых флюидных включений, по сравнению с более поздними комплексами.

Изменение состава флюида по зоналt метаморфизма.

Микротермическое изучение типов включений по зонам метаморфизма показало, что с возрастанием степени метаморфизма в кварцевых жилах Приладожья увеличивается число включений СОг и уменьшается количество включений CH4+N2. Относительные соотношения включений определялись статистически при визуальной оценке их количеств с использованием криокамеры. Так, соотношение включений H20:(CH4+N2):C02 для начала ставролитовой зоны 50:25:25, для средней части этой зоны 50:20:30 и для зоны, переходной от ставролитовой к биотит-силлиманитовой 60:0:40. По данным газовохроматографических анализов соотношение Нг0:С02 оценивается как 0.8:0.2 для низкотемпературной ставролитовой зоны метаморфизма и 0.6:0.4 для высокотемпературной части этой же зоны (Седова и др., 1995).

Заметно углеводородный (с примесью азота) состав флюида в низкотемпературных зонах и повышение доли воды, а в более высокотемпературной зоне - углекислоты, выявляли и для других регионов мира (Ferry et al., ¡980; Growford, ¡981, 1987; Mullís et al.. 1983; Poíiainen. 1990). Доминирование углекислоты в высокотемпературных зонах отмечается многими исследователями после известных работ (Долгов, 1967; Touret, 1970). Ранее сообщалось о поведении водорода при метаморфизме (Флюидный режим..., 1977), отмечалось преимущественное развитие его в верхних частях разреза и выдвигалась идея передового водородного фронта.

Обобщение материала по смене состава флюида в зависимости от уровня метаморфизма, позволяет наметить следующие соотношения:

со2 н,о - сн4 - (Hi) Зона флюид

низкотемпературная углеводородно-углекислотно-водный

---------------------------II зона средняя углекнслотно-водныЯ

----------------1 зона вы сок от емпературная водно-углекислотныЯ

Приведенная последовательность смены состава флюида по зонам метаморфизма имеет интересную особенность - закономерное снижение молекулярной массы газов, преобладающих в низкотемпературной зоне. Как следует из кинетической теории газов и экспериментальных работ (Graham, 1981; Karsten et al, 1982; Лепезип и др., 1983; Gilelti, Richard, 1984; Медведев, Иванова. 1987; Labortka et al., 1988; Чехмир и др., 1985; Конников и др., 1990), различие в скорости диффузии газов отражает различие в их молекулярных массах. Из этого следует, что в модели восходящего флюида наиболее легкие газы (Нг, СН4) в силу большей подвижности должны образовать наиболее продвинутый фронт, промежуточное положение займет Н2О и далее на нижнем уровне -СОг- Такой механизм ("кнудсеиовский тин диффузии") может непротиворечиво объяснить наблюдаемое распределение метаморфического флюида в зональных малоглубинных метаморфических комплексах.

Эволюция состава флюида при изменении температуры.

В гиперстеновон зоне регрессивный тренд метаморфизма коррелируется с формированием последовательной серии мигматитов, жил и интрузий. Следовательно, флюиды этих объектов могут рассматриваться как отражающие эволюцию состава флюида при смене РТ режима.

Эволюция составов флюида в последовательной серии жил (по данным химической масс-спектрометрии кварцев) выражается в преимущественном росте отношения Н2О/СО2 от ранних жил к поздним (рис. 3). Помимо этого достаточно четко выражена тенденция к росту Н2О, CIL), СО при снижении содержаний COj, Н2.

Эволюция составов флюида в последовательной серии интрузий (масс-спектрометрня кварцев, коллекция Л.М.Саморуковой) выражается в отчетливом росте отношения Н2О/СО2 от ранней Куркиекской интрузии к Тервуской (рис. 3), что обусловлено ростом Н2О, при снижении СОг. Скачкообразный рост Н20 отмечается от Куркиекской интрузии к Лауватсарской. По Нг и СО нет выраженной эволюции составов - их содержание остается на одинаковом уровне для всех интрузий.

Таким образом, в геологических объектах с четко фиксируемой временной последовательностью становления (жильные тела, последовательность интрузий), выявляется закономерная смена состава общего флюида. Она выражена в росте отношения Н2О/СО2 от ранних объектов к поздним. Особенно важно, что такая эволюция характерна для лейкосом, относящихся к одному обнажению, благодаря чему есть основание распространять выводы об эволюции состава флюида начиная с масштабов

¿ ,

Э í"

) ;

5

ÍN H ■4

(1)

11= 13

r

(2)

-lili

Legend

-■-C2H3 CH4 -i-CO -T-C02 —♦— H2 —H20

800 J0OO 1200

Температура, К

Рис. 3. Основные тенденции изменения составов флюидов:

(а) - изменение отношения Н20/С02 в последовательности жил yry,; 1- мигматиты I типа (гранулитовой фации), 2- мигматиты II типа

(амфиболитовой фации), 3-поздние гранитные жилы (III тип). Обн. 1654, масс-спектрометрия кварцев.

б)- изменение отношения Н20/С02 в последовательности массивов: Куркиекском (1), Лауватсарском (2), Гервуском (3). Горизонтальные линии для каждого из боксов отделяют 25% выборки. Масс-спектрометрия сварцев, 28 проб.

|с) - изменение равновесных содержаний компонентов флюида в модельной флюидной системе (см. текст),

эбнажения. Доказательством более глобального проявления указанной закономерности шляются аналогичный вывод по разновозрастным и пространственно не связанным гштрузивным телам.

Для расчета равновесного состава флюида при изменениях температуры и давления гами (соавтор Д.Купченко) была разработана компьютерная программа. В основе ее шоритма лежит итерационный поиск максимальной энтропии системы, при которой иобые изменения составов дают ее нулевое приращение., что и указывает на равновесное »стояние. Уравнения (1-3) позволяют количественно охарактеризовать при произвольных Р и Т равновесное состояние термодинамической системы из М мольных сомпонентов (¡=1,2,..,,к) с числом фаз к, и т элементов.

5

б

п=8

2

К (Л -- Л - &Й + ' г лг

=о, 1=1-2.....о

Хч/'/ехрХ/ = 6/, 0=1,2,...,т), (2)

ру

где: р, V, Г, (У, 5е- термодинамические параметры системы;

N1 - молярные концентрации веществ, моль/кг;

Я/- неопределенпые .1 гножители Лагранжа (¡=1,2,...,т);

- числа атомов}-го элемента в химической формуле ¡-го вещества; Ъу, - молярная концентрация]-го элемента в системе, моль/кг; к - число компонентов газовой фазы; Я. - универсачьная газовая постоянная;

Моделирование поведения флюида на основе этой программы, при самой широкой вариации начальных составов (использовались данные масс-снектометрии по разным породам Приладожья), показало следующее: в диапазоне основных метаморфических событий (450-900°С) наблюдается в модельном флюиде рост СО+СО2, снижение НгО, СН4, преимущественный рост Нг. Экстремумы кривых изменения, а именно - максимум СО+СО2 и минимум Н2О+Н2 находятся в области перехода от высокотемпературной амфиболитовой к - гранулитовой фации метаморфизма (рис. 3). '

В свете эволюции модельного флюида рассмотрим приведенные выше данные об изменении состав флюида в разновозрастных породах Приладожья.

Как было показано раньше, для последовательности мигматитовых и гранитных жил (от ранних к поздним), качественно характер изменения части компонентов флюида близок к теоретически рассчитанному. Это относится к воде, двуокиси углерода, водороду, метану. Изменение содержаний окиси углерода, азота обратное тому, что можно было бы ожидать при захвате их из единого эволюционирующего флюида.

В интрузивных породах изменения флюидных составов от ранних к поздним на качественном уровне совпадают с модельными только для воды и двуокиси углерода: для более поздних и относительно низкотемпературных пород характерно повышенное содержание Н2О и альтернативное низкое содержание СОг. По экспериментально определенным содержаниям Нг и СО, как указывалось выше, не наблюдается эволюции составов, что не соответствует модельному поведению флюида.

На основании приведенных данных, а также с учетом того, что в некоторых типах юрод определялись уникальные типы флюидных включений, к которым относятся соли 'аСЬ в ранних породах (куркиекского и лауватсарского комплексов), соли ЫаС1-(КС1)-}аНСОз в относительно поздних кварцевых жилах, есть основание считать, что при волюции состава происходит качественное изменение флюида в метаморфической системе.

Таким образом, сравнение модельного и экспериментально установленного шюида показывает, что часть свойств флюида может рассматриваться как наследованная от раннего флюида, но некоторые признаки (о которых говорилось выше) видетельствуют о новых привнесенных в систему свойствах флюида. Другими словами, южно сказать, что флюидная система при метаморфизме не является полностью акрытой. Петрологическим следствием эволюции состава флюида в направлении овышения мольной доли воды является усиление парциального плавления на ранней осткульминационнон стадии. Такой вывод решает одну из проблем мигматитообразования Приладожье - массовая мигматизация пород на фоне снижения температуры. Дальнейшая волюция метаморфических процессов с минералообразованием в виде биотитизации, [усковитизации, хлоритизацни, а также калишпатизации по высокотемпературным ервичным ассоциациям наряду с данными о широком развитии флюидных включений остава НгО-НаС1-КС1 указывает, что с повышением активности воды на поздних этапах, озрастает роль ионов К+ и Ыа+. Процесс дегранатизации с разложением его на биотит и лагиоклаз, охватывающий значительную часть ареала, является ярким примером овышения потенциалов воды и щелочей: 0г1+Н20+К++На+=>В1+Р1.

Список работ по теме диссертации

1. О яалимст'аморфизме пород Ладожского метаморфического комплекса С-3 Приладожьи. //7-я конф. мол. уч. "Геология Балтийского щита". Тез. докл. Апатиты. 1993. сс.20-21.

2. The nature of fluids in the migmatization front in the Ladogian metamorphic complex.

(1993). In: Metaniorphic fluids and mineral deposits. Final Meeting of IGCP Progect N 291. Abstracts, p.58-59. (co-authors Sedova I.S., Semyonov A.P.)

3. Структурная н метаморфическая эволюция Прнладожского метаморфического комплекса // Тезисы сов. Тектоника и метаморфизм. Москва. 1994. с.33-34. (соавторы Шульдинер В.И., Седова И.С., Козырева И.В.)

4. Fluid inclusions and fluid flow during thermal zonality complex formation. Terra nova, 1995, (7), p. 194, EUG 8, Strasbourg.

5. Early Proterozoic magmatic activity in the North-West Ladoga region. Precambrian of Europe: Stratigraphy, Structure, Evolution and Mineralization. MAEGS 9. Abstarcts. St.Petersbourg. 1995. 106. (co-authors I.V.Kozyreva, V.I.Shuldiner, S.A.Khrestenkov, E.V.Tolmacheva).

6. Fluid inclusions and solid phase thermobarometers: application to derive petrology model migmatites formation. Precambrian'95. Internat. Conf. Tect.&Metall. Early/Mid Precambr. Orogenic Belts. Abstracts. Moutreal, 1995, p.251. (co-author Shuldiner V.I.)

7. Low-pressure high-grade metamorphism of the Ladoga region and Natal province (South Africa). Continental geocongress. Extended abstracts. Vol. II. Johannensburg, geol. Soc. S.Africa, 1995. 681-683. (co-authors Kozyreva I.V., Shuldiner V.I.).

8. Geology of the North-West Ladoga Region. Excursion guidebook. St.Petersburg, 1995. 80p. (co-authors Shuldiner V.I., Glebovitsky V.A., Kozyreva I.V.)

9. Tectonic and thermal evolution of the north-east margin of Svecofennian Belt (Ladoga region). Precambrian'95. Internat. Conf. Tect.&Metall. Early/Mid Precambr. Orogenic Belts. Progr. and Abstr. Moutreal, 1995, 188. (co-authors Shuldiner V.I., Kozyreva I.V.)

10.Tectono-thermal evolution of svecofennides, Ladoga region. Precambrian of Europe: Stratigraphy, Structure, Evolution and Mineralization. MAEGS 9. Abstarcts. St.Petersbourg. 1995. 57. (co-authors V.I.Shuldiner, I.V.Kozyreva).

1 l.The role of fluid flow during high-grade metamorphic complex formation. Program and Abstracts of International Conference on Tektonics and Metallogeny of Early/Mid

Precambrian Otogenic Belts, August-September, 1995, p.250, Saint-Petersburg, (co-author Sedova I.S.)

12.Магматизм и метаморфизм свскофсниской зыловодужнон коллизионной зоны в Прнладожьс. Магматизм и геодинамика. Мат. 1-го Всеросс. петрограф, совещания. Кн. 1. 241-242. Уфа. 1995. (соавторы Шульдинер В.И., Козырева И.В., С.А.Хрестенков). 13.0 соответствии между экспериментальными определениями температур и давлений но газово-жпдкнм включениям и минеральным геотермобарометрам. 13-е Российское совещание по экспериментальной минералогии, 1995, с.187, Черноголовка, (соавтор Седова И.С.) М.Плутоно-метаморфическая эволюция Западного Прнладожья: новая модель. //Региональная геология и металлогения. 1995, N 4. С.52-62. (соавторы Шульдинер В.И., Козырева И.В.)

15.Проблемы воссоздания регрессивных PTt траекторий метаморфизма на основе бимннеральных геобарометров. 13-е Российское совещание по экспериментальной минералогии. Тез. докл. Черноголовка. 1995. С.233. (соавторы Шульдинер В.И., Козырева И.В.)

16.Флюндные включения в кварцевых жилах пород низкого-среднего метаморфизма (Ладожский комплекс, Балтийский щит). (1995) Геохимия. N10. С.1443-1457. (соавторы Седова И.С., Семенов А.П.)

17.Relations between morphological types of migmatites and composition of fluid inclusions (Ladoga metamorphic complex, Baltic shield). / 30th Intern. Geol. Congr. Abstracts. Beijing, 1996.

lS.The North-West Ladoga region - a fragment of Svccofennian active margin: structure and evolution / 30th Intern. Geol. Congr. Abstracts. Beijing, 1996. Vol.1. P.310 (co-authors Shuldiner V.I., Glebovitsky V.A., Kozyreva l.V.)

19.Возрастное и формациоппое расчленение раннедокембрийскнх образований Северо-Западного Прнладожья / Стратиграф. Геол. корреляция. 1996. Т.4. N3. 11-22. (соавторы Шульдинер В.И., Козырева И.В.)

20.Мейерскнй надвнг - главный элемент строения сутуры на границе Карельского кратона и Свекофеннского пояса в Приллдожье, Балтийский щит / Докл. РАН. 1996. Т.348. N3. 353-356 (соавторы Глебовицкий В.А., Шульдинер В.И., Козырева И.В.)

21.Тектоно-метаморфпческое районирование восточного фланга Свекофеннского пояса / Корреляция геол. комплексов Фенноскандии. 1 междунар. конф. Тез. докл. 102103. СПб, 1996. (соавторы Шульдинер В.И., Козырева И.В.)

22.Флюидиые (газово-жндкие) и расплаипыс включения в минералах. /В кн. Геологическая съемка метаморфических и метаморфических комплексов. Изд-во ВСЕГЕИ, 1996. 41 бс. (соавтор В.А.Глебовицкий).

23.Флюидные пключеннп в минералах метаиигрузнвных комплексов как индикаторы РТ режима метаморфизма (3. Приладожьс). Петрозаводск, 1996, сб. статей, (в печати).

24.Dynamics of the West Ladoga back arc zone, east flank of the Paleoproterozoic Svecofennian belt/EUG-9. Abstracts. Strasbourg. 1997. 350-351 (co-authors Shuldiner V.I., Kozyreva I.V.)

25.Metamorphisin of magmatic rocks in the Norfli-VVcst Ladoga Region (Baltic Shield).

Abstracts, EUG-9, Strasbourg. 1997.

26.Prograde and retrograde transformations in garnets of metamorphic rocks of the Ladoga region, the Baltic Shield / EUG-9. Abstracts. Strasbourg. 1997. 419 (co-authors Shuldiner V.I., Kozyreva l.V.)

27.Тектоно-метаморфическое районирование Приладожья / Зап. С.-Петерб. ун-та. Сер. геол. геогр. 1997. (соавторы Шульдинер В.И., Козырева И.В.), (в печати).

28.Эволюция термального режима свекофешшд Западного Приладожья н ее геодинампчсская интерпретация. / Докл. РАН. 1997. Т.352. N3. 380-383. (соавторы Шульдинер В.И., Козырева И.В.) 29.Эволюция условий метаморфизма гранатсодержащнх гранулнтов Западного Приладожья. П Петрология. 1997. 'Г.5. N 3. 253-77. (соавторы Шульдинер В.И., Козырева И.В.)

Подписано к печати 9.02.98. Заказ 29 Тирал 100 Объем 1,75 п ЦОП СПГУ. 199034, Санкт-Петербург, наб. Макарова,6.