Метаморфизм сверхвысоких давлений

Метаморфизм сверхвысоких давлений (англ. Ultrahigh-pressure metamorphism, UHPM) — специфический вид регионального метаморфизма пород континентальной коры, при котором давления достигают 27—60 кбар, (то есть соответствуют глубинам 90—180 км, 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 проводится 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.

Петрология и минералогия UHP-метаморфических пород

Текстурно 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, микроскопическом 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 UHР-метаморфизма 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 метаморфических UHP-пород также характерны ассоциации

тальк + кианит + гранат

Tlc+Ky+Grt

магнезит + диописд

Mgs+Di

описанные в породах Кумдыкульского месторождения, которое является единственным месторождением алмазов, не связанным с кимберлитовым магматизмом.

Структуры распада минеральных фаз, образованных при сверхвысоких давлениях

Диопсид из карбонатно-силикатных алмазсодержащих метаморфических пород содержит ламели 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.

Присутствие ориентированных вростков пироксена в гранатах метаморфических комплексов, отражающих декомпрессионное разложение мэйджоритового граната в ходе подъема пород в верхние горизонты Земли, также рассматривается как индикатор ультравысокобарных условий.

PT-тренд метаморфической эволюции

Для комплексов сверхвысоких давлений характерен следующий путь изменения давлений и температур:

• погружение комплекса: и давление, и температура постепенно увеличиваются;
• эксгумация: давление сильно уменьшается, а температура постоянна;
• остывание.

Геодинамическая обстановка UHP-метаморфизма

Метаморфические UHP-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 метаморфического UHP-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. doi:10.1038/310641a0. .
• 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. doi:10.1038/343742a0. .
• Chopin C. Coesite and pure pyrope in high-grade blue-schists of western Alps: a first record and some consequences // Contributions to Mineralogy and Petrology, 1984, v.86, p. 107–118. doi:10.1007/BF00381838.
• 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 // International Geology Review. — 2004. — Vol. 46. — P. 1–27. — doi:10.2747/0020-6814.46.1.1.
• Chopin C. Ultrahigh-pressure metamorphism: tracing continental crust into the mantle // Earth and Planetary Science Letters. — 2003. — Vol. 212. — P. 1-14. — doi:10.1016/S0012-821X(03)00261-9.
• Liou J.G., Maruyama S., Cong B. Introduction to geodynamic for high- and ultrahigh-pressure metamorphism // The Island Arc. — 1998. — Vol. 7. — P. 1–5. — doi:10.1046/j.1440-1738.1998.00182.x.

Ссылки

• Сравнительная петрология алмазоносных метаморфических комплексов

См. также

• Ячейка с алмазными наковальнями