Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Гипотезы о механизмах становления гранита

08.05.2019


Мы рассмотрим: массовое внедрение уже выработанного гранитного вещества; метасоматическую трансформацию существовавших ранее пород; анатексис этих пород; ассимиляцию этих пород кремне-щелочной магмой, которая их обводняет. Это четыре вполне реальных и вполне классических процесса. Ho ни один из них сам по себе не адекватен размаху гранитного проявления.

Массовое внедрение


В нескольких предыдущих главах был дан обзор механических воздействий подвижности среды в процессе гранитизации и было подчеркнуто значение глубоких деформаций в структуре поверхности срезания, растянутые включения, шлиры и другие локальные разнородности гранита и роговиков ореола. Может быть эти деформации играли в процессе гранитизации заметную роль для минералогических и структурных преобразований среды. Речь идет о подвижности мелкого масштаба, которая выражается элементарными деформациями, распределенными в массе. Могут ли они суммироваться, создавая подвижность крупного масштаба, способную локализовать гранитный массив наподобие интрузии в прямом смысле?

Согласно гипотезе о гранитной магме, возникшей в результате дифференциации основной магмы, интрузия вполне возможна. Помимо лополита Сёдбери Р. А. Дэли указывает несколько примеров гранитов, дифференцированных на габбро. Это явление, по-видимому, имело бы более значительную распространенность в основании коры, если бы сима могла породить гранитную магму путем ассимиляции и дифференциации согласно теории Р.А. Дэли.

Ho в верхней коре перемещение крупных масс гранита наблюдается лишь в результате диапирового внедрения, вероятно, в немагматическом состоянии, т. е. в смешанном состоянии мобилизованной среды. Геометрия и кинематика однородных штоков или массивов гранита на периферии мигматитовых областей часто указывают на диапиризм: эти граниты создают впечатление, что они подверглись массовому выталкиванию из мигмы. В более мелком масштабе часто поражают признаки реоморфизма.

Например, Ф.Ф. Граут показал, что батолит Саганага, Миннесота — Онтарио, опрокинутый в результате тектонических движений, обнажен на протяжении, соответствующем первоначально вертикальной глубине 25 миль. Внизу он заканчивается в среде гнейсов серией колонн или относительно узких черешков, аналогичных корням. Кажется, что начиная от них гранит поднимался вверх, расширяясь как гигантский гриб. Этот тип схем часто повторяется: укажем схемы Г. Боршера, Э. Дж. Коббинга и В. С. Питчера.

Однако кинематические «диапировые» признаки должны интерпретироваться осторожно и в рамках как можно более полного и точного структурного анализа окружающей геологии. Можно думать, что так называемый диапировый характер некоторых массивов отражает только механическое состояние среды и общую тенденцию к движению, может быть, ограниченной амплитуды: он отражает, скорее, представление о движении, чем реальный признак массового продвижения на большое расстояние.

В противоположность случаю достоверно диапировых массивов мы вынуждены признать, что многие крупные массивы образовались почти на месте.

Аргументы, полученные из изотопных отношений стронция. Для доказательства того, что само вещество некоторых гранитов происходит из земной мантии, необходимо, чтобы граниты обладали чрезвычайной подвижностью, позволяющей им достигнуть верхних зон коры. Известно, что распад Rb87 непрерывно производит Sr87, процесс, который допускает радиометрическое датирование, начиная с того момента, когда среда становится относительно этих элементов закрытой системой. В частности, это будет момент кристаллизации магмы. Современные содержания Rb87 и Sr87, так же как и Sr86 (стабильный изотоп), позволяют определить не только древность этой кристаллизации (радиометрический возраст горной породы), но и начальную величину отношения Sr87/Sr86 в момент этой кристаллизации. Различные соображения указывают на то, что низкие начальные изотопные отношения вещества мантии (от 0,700 до 0,706) сохранялись от времени образования Земли (4600 млн. лет) и до современной эпохи. Наоборот, в сиалической коре горные породы имеют обычно явно более высокие значения, среднее из которых для всей коры изменялись от 0,701 (2500 млн. лет назад) до 0,719 в наши дни.

Одни гранитные массивы имеют очень низкие начальные отношения, другие же имеют начальные отношения того же порядка, что и сиалическая кора в эпоху их образования. Отсюда следует, что первые были образованы из материала, происходящего из мантии, а вторые — из материала, заимствованного в самой коре.

Результаты исследования Г. Фора и Дж. Л. Поуелла имеющихся в настоящее время данных по более чем 500 гранитам показывают, что 50% гранитов имеют низкое начальное изотопное отношение порядка изотопных отношений мантии; 20% имеют отношения, значения которых выше среднего для сиалической коры в эпохи, соответствующие возрасту этих гранитов; 30% имеют отношения промежуточного значения. Очевидной интерпретацией является следующая: 50% гранитов, по-видимому, происходят из вещества мантии и 20% — из вещества коры; остальные возникают путем контаминации глубинного материала в ходе его эволюции внутри земной коры.

В самом деле, кажется, что единственной возможностью изменения изотопного отношения исходного материала является смешивание с другим материалом, обладающим другим изотопным отношением. И в коре имеется гораздо больше возможности случайно встретить горные породы с высоким изотопным отношением, чем наоборот. Однако можно себе представить образование в коре из материала мантийного происхождения и с давних пор включенного в эту кору: например, основные лавы древних геосинклинальных зон. С другой стороны, нужно подчеркнуть, что исследования Г. Фора и Дж.Л. Поуелла касаются однородных локализованных батолитов, а не обширных гранитов с неясными границами, более или менее мигматических, общий объем которых внутри коры кажется преобладающим. Наконец, многочисленные граниты могут возникнуть при реювенации более древних гранитов и, следовательно, иметь неопределенный возраст.

Все же в качестве гипотезы мы сохраним мысль о множественности происхождения гранитов и сложных взаимоотношениях с окружающей средой в процессе их образования и становления.

Метасоматоз и метаморфизм


Контактовый метаморфизм охватывает совокупность явлений, затрагивающих среду, в которой происходит развитие гранитов. Эволюция горных пород в этом метаморфизме в особенности обязана выделению пневматолитов, распространяющихся вокруг гранита. Они вызывают образование биотита, турмалина, граната, амфибола, полевого шпата и различных других минералов в масштабе, возрастающем по мере приближения к граниту. Они фиксируют в горных породах новые химические элементы и вызывают перекристаллизацию в новую форму ранее существовавших элементов. Среди пневматолитовых элементов наиболее важным считается вода; ее роль в гранитизации вытекает из конкретных наблюдений. Породы ореола, таким образом, преобразованные в роговики и фельдшпатизированные слюдяные сланцы, принимают состав, который до некоторой степени сближает их химически и минералогически с составом гранита.

Некоторые метаморфические кристаллические образования представляют собой химические перегруппировки в новой минеральной форме, предполагающие на небольшом расстоянии химическую диффузию: питание кристаллов, собирательная кристаллизация, двусторонний обмен во включениях особого состава. Как это подчеркнули Р. Перрен и М. Рубо, они напоминают кристаллизацию в твердом и сухом состоянии с диффузией ионов, осуществляемую при металлургических процессах. He отрицая диффузию в горных породах в твердом состоянии, приходится учитывать микрорастворы, повсюду присутствующие в интерстициях кристаллов в большинстве природных горных пород, особенно в осадочных сериях. Необычная тонкость каналов, по которым проникают такие микрорастворы, подтверждается наблюдениями над минералами рудных жил, где метасоматоз производится микрорастворами, подведенными то по видимым, то по совершенно невидимым под микроскопом трещинам.

Однако контактовый метаморфизм часто оказывается неравномерным, хорошо выраженным в одной точке периферии гранита и почти отсутствующим в другой, в зависимости от причуд пневматолитов, которые выделяются в том или ином месте или распределены весьма неравномерно. Часто появляется гранит почти без ореола, по крайней мере локально. Следовательно, ореол не является ни главным, ни достаточным для становления гранита.

He мог бы более интенсивный метасоматоз, определяемый более концентрированными «химическими фронтами», чем фронт ореолов, стать действенным фактором гранитизации? Здесь мы сталкиваемся с фундаментальным возражением Д.С. Коржинского: согласно термодинамическим данным химический поток, распространяющийся в однородной среде, на которую он воздействует, развивает последовательные зоны с различным минералогическим составом и резкими границами, зоны с все более уменьшающимся количеством минеральных видов снизу вверх потока, в конечном счете становясь мономинеральными. Г. Фишер также отмечает, что миграция ионов предполагает химический градиент, который, кажется, противоречит факту замечательной химической однородности большинства гранитных массивов. Как пишет М. Фонтей, образование однородного гранитного массива этим процессом предполагало бы, что фильтрующиеся флюиды привносят в гетерогенную среду как раз то, что нужно и в необходимом количестве, чтобы образовать однородный гранит. Метасоматоз, отмечает он, может сделать единообразным состав присутствующих фаз, но он не может придать единообразие количественным соотношениям различных фаз (кварц, полевые шпаты, слюды).

Таким образом, процесс простого фильтрующегося потока неприемлем. Нужно предложить более сложные действия, способные произвести значительное перемешивание «мобилизованной среды» для того, чтобы сделать однородной всю совокупность. Мыслимыми процессами являются частичный анатексис, связанный с метасоматозом, со спокойной диффузией продуктов плавления, или перемешивание вещества путем пластического течения (даже без анатексиса). Последний процесс мог бы быть привлечен только в тех случаях, когда крупные догранитные структуры-призраки не сохранились в гранитизированной среде (диапировые батолиты, синкинематические массивы). В нашей «мобилизованной среде» могли бы также проявляться конвекционные токи. Эти взгляды являются гипотетическимино во всяком случае механизм путем метасоматоза сам по себе является неадэкватным.

Анатексис


Анатексис, или плавление горных пород на месте, основывается на серьезной экспериментальной базе, как мы это видели ранее. Ho этот анатексис, вероятно, действенный для того, чтобы породить мигматиты и создать ограниченные гранитные массы, отделенные от мигмы путем реоморфизма, сохраняет весьма значительное количество нерасплавленных реститов, которые наблюдаются в септах мигматитов, но которые более не существуют в крупных гранитизированных пространствах. Один анатексис не является достаточным объяснением.

Может быть здесь уместно напомнить проблему привноса необходимого тепла. М. Люжон думал, что механические воздействия крупной орогении могут преобразоваться в тепло и вызвать плавление, порождающее гранитную магму. Ho расчеты Ж. Гогеля указывают на поднятия температуры в орогении на очень малый порядок величин, всего лишь на несколько градусов. Тем не менее эти расчеты предполагают наличие тепла во всей массе пород. Если бы была возможность концентрировать нагрев в каких-либо толщах или вдоль каких-либо тектонических поверхностей, температура могла бы подняться значительно больше. Можно указать пример псевдотахилитов, или механически расплавленных мелких зон в милонитовых зонах; но масштаб является крошечным. В действительности же мы думаем, что наиболее вероятным источником тепла остается перенос ихора вверх, какой бы ни была трудность для понимания этого переноса.

Ассимиляция


Ассимиляция горных пород гранитом является поразительным явлением на контакте многих массивов. Блоки, отделенные от вмещающих пород, кажутся погруженными в гранит, который их более или менее пропитывает или изменяет. Проникновение гранитных прожилков в соседние вмещающие породы вдоль плоскостей наслоения и трещин создает условия для образования их в граните в виде включений. Хотя ассимиляция и позволяет прикоснуться к самой сущности гранитизации, нужно признать, что ее механизм неясен.

Если расплавить вместе в надлежащем количестве сланцы, песчаники, известняки какой-нибудь осадочной серии, так же как и добавленные эруптивные породы, можно, очевидно, получить химический состав гранита. Ho ассимиляция в большом масштабе расплавленной силикатной магмой вызывает возражения, которые были уточнены Н.Л. Боуэном. Для растворения силикатов — главных элементов горных пород — в магме необходимо большое количество тепла. Необходимо также, чтобы перегрев магмы — превышение ее температуры над температурой кристаллизации — был значительным. Если вулканические лавы часто бывают очень горячими по причине экзотермических реакций их газов и они часто могут превращать в стекло свои включения или создавать минералы, устойчивые при высокой температуре (тридимит и др.), то для гранита это не характерно. Он кристаллизовался при температуре порядка 900—600°С и ниже. Его перегрев мог быть лишь слабым, о чем говорит отсутствие минералов, типичных для температур порядка 1000°C и более. Кроме того, чрезмерная диспропорция между малой теплоемкостью расплавленных силикатов и довольно высокой теплотой плавления твердых силикатов приведет к тому, что небольшое количество тепла, имеющееся в наличии, будет быстро использовано при плавлении нескольких включений. Таким образом, ассимиляция перегретой гранитной магмой приемлема с трудом.

Ho, как показывает Н.Л. Боуэн, возможна некоторая ассимиляция без перегрева. При консолидации магмы кристаллы осаждаются в определенном порядке — порядке фракционной кристаллизации. В каждое мгновение магма пересыщена по отношению к тем веществам, которые соответствуют членам уже осажденного ряда и недосыщена по отношению к веществам, которые соответствуют еще не осажденным членам. Если в расплав попали включения, химически они сравнимы с тем или другим из членов предшествующего ряда; магма, насыщенная или не насыщенная по отношению к ним, относится к ним как к обычным продуктам своей нормальной кристаллизации. Предположим, включение аналогично какому-то уже осажденному члену ряда: оно не может быть растворенным, магма будет воздействовать на него в направлении преобразования его в более развитый член ряда. Если оно аналогично еще не кристаллизовавшемуся члену, магма его растворяет и в то же время осаждает кристаллы того члена, с которым она в то время находится в равновесии. Н.Л. Боуэн показывает, что в первом случае реакция является слегка экзотермической, а во втором — создается баланс абсорбированной и выделенной теплоты. Однако, во всяком случае, ход фракционной кристаллизации магмы существенно не изменяется. Количество нормальных минералогических составных частей горной породы может измениться и количество гранита увеличиться. Ho оно не увеличивается безгранично, так как в процессе охлаждения химическая эволюция продолжается все в том же направлении к более или менее заранее фиксированной конечной фазе и в то же время уменьшается потенциальная возможность магмы к ассимиляции. Кстати, необходимость довести вначале холодные включения до температуры магмы ускоряет ее охлаждение. Таким образом, ассимиляция, даже если можно представить, что она могла бы происходить путем растворения в магме, была бы по необходимости ограниченной.

Напротив, многие наблюдения указывают на метасоматические проявления, которые подготавливают ассимиляцию. Вместо того, чтобы понимать ее как растворение в ранее существовавшей магме, можно рассматривать процесс, контролируемый двойным действием основного и щелочного фронтов: крайняя степень метаморфизма. Ho тогда не объясняется «скачок» между породой ореола и собственно гранитом и тем более между почти лишенным ореола обрамлением и гранитом. He объясняется индивидуализация гранита.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: