Автоэпитаксия гранатакристаллических сланцев метаморфического комплекса Центральной Камчатки (к проблеме образования атолловых гранатов)

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Автоэпитаксия гранатакристаллических сланцев метаморфического комплекса Центральной Камчатки (к проблеме образования атолловых гранатов)

З.Г. Бадрединов, И.А. Тарарин

Исследована природа атолловых форм граната кристаллических сланцев раннепалеогенового метаморфического комплекса Центральной Камчатки. Установлено, что атолловые гранаты сформировались в процессе автоэпитаксии (нарастания) граната регионального метаморфизма (ранний палеоген) на реликтовые кристаллы граната контактово-метаморфической природы (ранний мел) с одновременным замещением ядер реликтового граната ассоциацией новообразованных метаморфических минералов.

Ключевые слова: метаморфизм, атолловый гранат, эпитаксия, замещение.

Auto-epitaxy of garnet of crystal lines chist sof the metamorphic complex from the Central Kamchatka (to problem of the formation of atoll garnets).

Z.G. BADREDINOV, I.A. TARARIN (FarEastGeologicalInstitute, FEB RAS, Vladivostok).

The nature of the atoll forms of garnet of crystallines chist sof the Early Paleogene metamorphic complex of Central Kamchatka is investigated. It has been established that atoll garnets were formed during theauto-epitaxy (growth) of a garnet of regional metamorphism (early Paleogene) in to relictgarnet crystals of a contact-metamorphicnature (Early Cretaceous), with the replacement of relictgarnet nuclei by the association of newly formed metamorphic minerals.

Keywords: metamorphism, atollgarnet, epitaxy, replacement.

Эпитаксия - закономерное нарастание кристаллов одного минерала на кристаллы другого [7]. Если минералы одинакового типа, то процесс нарастания называется автоэпитаксией. Автоэпитаксия граната предполагает кристаллизацию новообразованного граната на минеральной затравке реликтового граната. От зональности минералов автоэпитаксия отличается наличием перерыва между процессами минералообразования и более существенными различиями в химических составах исходного и новообразованного кристаллов.

Особенностью минералогии регионально метаморфизованных пород Центральной Камчатки является обнаружение в них атолловых гранатов [9], природа которых до настоящего времени остается дискуссионной. В статье приведены результаты исследований атолловых гранатов Камчатки, позволившие раскрыть природу этого экзотического явления.

Атолловая форма минерала выглядит под микроскопом в петрографических прозрачных шлифах (тонкие пластинки породы, просвечиваемые в проходящем свете) как атолл в океане. В центральной части и за внешними гранями атоллового кристалла расположена основная масса породы (океан), а сам минерал формирует в срезе кольцевую футляровидную форму. Неслучайно второе название атолловых минералов - футляровидные. Атолловые (футляровидные) кристаллы нередко встречаются в вулканических и метасоматических породах. Их образование объясняется существованием в магматических расплавах или метасоматических растворах химических связей между компонентами, структурирующих расплавы или растворы на предкристаллизационной стадии [1, 2, 6]. Наглядным примером такого процесса служат пикритовые лавы Восточной Камчатки (рис. 1), а также материалы экспериментальных исследований по кристаллизации футляровидных и скелетных кристаллов из пересыщенных растворов [2].

В метаморфических процессах кристаллизация минералов происходит в результате твердофазных реакций (метаморфизуемое вещество замещается в твердом состоянии). В таких условиях достижение предкристаллизационного структурирования минералообразующей среды маловероятно. Тем более было удивительным обнаружение атолловых кристаллов граната в метаморфических породах Центральной Камчатки.

Обращение к геологической литературе [13-16] показало, что формирование метамор-фогенных футляровидных кристаллов - редкое явление, имеющее иную, в сравнении с магматическими и метасоматическими процессами, природу. Футляровидные кристаллы могут образовываться в метаморфических породах на регрессивной стадии метаморфизма (снижение температуры и давления) в результате замещения неравновесных центральных участков зональных минералов новообразованным равновесным минеральным парагенезисом. Однако региональный метаморфизм Срединного хребта Камчатки носил прогрессивный характер - с возрастанием температуры и давления. Кроме этого, был замечен удивительный факт, не находивший объяснения. Атолловые гранаты в метаморфических породах Срединного хребта Камчатки имеют локальное распространение в виде линейной зоны, за пределами которой метаморфические гранаты (одинаковые по составу с атолловыми гранатами) представлены массивными формами.

Авторам статьи удалось разгадать этот парадокс и на основании петрографических и микрозондовых исследований метаморфических минералов определить условия формирования метаморфических атолловых гранатов Центральной Камчатки.

Атолловые гранаты метаморфического комплекса Центральной Камчатки обнаружены в кристаллических сланцах, распространенных в верховьях р. Крутогорова. Координаты точки отбора геологических образцов: 157°26' в.д., 54°50' с.ш.

На геологических картах толща пород с атолловыми гранатами обозначена как шихтинская свита (шихтинский метаморфический комплекс [10]). Наблюдаемая мощность свиты на участке отбора образцов около 150 м. Она состоит из тонкозернистыхгранат-ставролит-биотит-мусковитовых кристаллических сланцев с редкими горизонтами серых среднезернистых гранат-биотит-мусковитовых сланцев и отдельными тонкими прослоями амфибол-биотит-гранат-плагиоклаз-кварцевых сланцев. В основании свиты прослеживается зона тектонического надвига, отделяющего шихтинскую свиту от ниже- залегающих гранито-гнейсов крутогоровского гранитоидного комплекса [3, 4, 11, 12].

Рис. 1. Футляровидный(а) и скелетный(б) кристаллы клинопироксена в пикритах Восточной Камчатки. Фотографии сделаны в отраженных электронах на рентгеновском микроанализаторе

Рис. 2. Атолловый (а) и массивный (б) гранаты шихтинского метаморфического комплекса. Гр - гранат. Фотографии сделаны в отраженных электронах на рентгеновском микроанализаторе

Метаморфические породы шихтинского комплекса сформировались в процессе регионального метаморфизма нижнемеловых (возраст около 100 млн лет) первично осадочных отложений - песчаников, алевролитов и аргиллитов, уровень метаморфизма которых, оцененный по гранат-биотит-плагиоклазовомугео термобарометру, отвечает пиковым значениям температуры 550 °C и давления около 4 кбар [10], что соответствует давлению в земной коре на глубинах 10-12 км.

Атолловые формы гранатов (рис. 2а) присутствуют в основании разреза шихтинского комплекса, в горизонте гранат-ставролит-слюдистых кристаллических сланцев мощностью около 1 м. Выше и ниже этого горизонта футляровидные формы минералов не встречаются, уступая место гранатам массивного облика (рис. 2б), широко распространенным в составе комплекса, в том числе в ассоциации с атолловыми кристаллами.

Наряду с футляровидными (атолловыми) формами, гранаты образуют в породах отдельные грани и фрагменты кристаллического каркаса. Кроме этого, в составе шихтинской свиты присутствуют редкие кристаллы оптически зональных гранатов (рис. 3), центральные части которых сложены реликтовым гранатом, сформировавшимся в иныхусловиях метаморфизма, чем гранат, обрастающий его [8, 9, 11]. Петрографические и микрозондовые исследования показывают, что эти срастания гранатов обусловлены процессами автоэпитаксии, сопровождавшей метаморфогенное минералообразование. Реликтовые кристаллы граната (сформировавшиеся до регионального метаморфизма) послужили затравкой для автоэпитаксической кристаллизации на их гранях мелких кристаллов новообразованного метаморфогенного граната. Об этом свидетельствуют следы такого нарастания, сохранившиеся в исследуемых породах в виде скоплений мелких кристаллов новообразованного граната, транслирующих контуры граней кристалла-затравки (рис. 4). Дальнейший эвтоэпитаксический рост кристаллов граната на гранях реликтового кристалла привел к срастанию мелких гранатов в единую зону и формированию граней новообразованного граната (рис. 3), окаймляющего кристалл-затравку в виде атоллового кольца. Параллельно с этим происходило формирование метаморфогенного граната в основной массе породы на точечных затравках. Рост этих кристаллов привел к кристаллизации массивных гранатов (рис. 2б).

Рис. 3. Кристаллы граната с оптической зональностью. Светлое ядро - реликтовый гранат, темная внешняя зона - новообразованный гранат. Фотография сделана в проходящем свете в петрографическом шлифе с помощью оптического микроскопа

Рис. 4. Эпитаксические наросты мелких кристаллов граната, транслирующие грани реликтовых гранатов, служивших минеральной затравкой. Гр - гранат. Фотографии сделаны в проходящем свете в петрографических шлифах с помощью оптического микроскопа

На определенной стадии увеличения температуры и давления метаморфизма реликтовый гранат стал неустойчивым и подвергся замещению (вплоть до полного) новообразованной ассоциацией минералов, составляющих основной минеральный парагенезис метаморфических пород (биотит, мусковит, плагиоклаз, кварц). В результате на месте эпитаксиче-ски сросшихся гранатов сформировались атолловые гранаты, состоящие из зоны эпитаксического новообразованного граната и центрального ядра, замещенного парагенезисом минералов, слагающих основную массу пород (рис. 5).

Химические составы атолловых гранатов подобны составам массивных кристаллов граната и внешних оболочек кристаллов граната, эпитаксически обрастающихреликтовый гранат (см. таблицу).

Рис. 5. Атолловый гранат, сформировавшийся в результате замещения реликтового граната новообразованным минеральным парагенезисом. Гр - гранат. Фотография сделана в проходящем свете в петрографическом шлифе с помощью оптического микроскопа

Химический состав (масс. %) гранатов шихтинского комплекса

Литература

гранат сланец раннепалеогеновый камчатка

1. Безмен Н.И. Надликвидусная дифференциация флюидных магматических расплавов в восстановительных условиях как возможный механизм формирования расслоенных массивов (экспериментальные исследования) // Петрология. 2001. Т 9, № 4. С. 398-416.

2. Воробьёв Ю.К. Закономерности роста и эволюции кристаллов минералов. М.: Наука, 1990. 184 с.

3. Кирмасов А.Б., Соловьев А.В., ХоуриганДж.К. Коллизионная и постколлизионная структурная эволюция Андриановского шва (Срединный хребет, Камчатка) // Геотектоника. 2004. № 4. С. 64-90.

4. Некрасов Г.Е. Тектоническая природа Корякско-Камчатского региона и вопросы геодинамики складчатого обрамления севера Тихого океана // Геотектоника. 2003. № 6. С. 53-79.

5. Рихтер А.В. Структура метаморфического комплекса Срединно-Камчатского массива // Геотектоника. 1995. № 1. С. 71-78.

6. Соболев Р.Н. Упорядочение силикатных расплавов, сопровождающее их остывание // Вестн. Моск. ун-та. Серия 4, Геология. 1999. С. 3-8.

7. Спиридонов Э.М. Лекции по генетической минералогии. - http://dereksiz.org/lekcii-po-geneticheskoj- mineralogii.html (дата обращения: 11.07.2017).

8. Тарарин И.А., Авченко О.В. О сложной зональности гранатов (на примере метаморфических пород Срединного хребта Камчатки) // Изв. АН СССР. Серия геол. 1983. № 4. С. 81-90.

9. Тарарин И.А. Особенности минералогии и зональность гранатов как показатели полиметаморфизма Срединно-Камчатского комплекса // Геология и геофизика. 1981. № 6. С. 45-56.

10. Тарарин И.А., Бадрединов З.Г., Чубаров В.М. Петрология и рудоносность метаморфических и магматических комплексов Центральной и Восточной Камчатки. Владивосток: Дальнаука, 2015. 302 с.

11. Ханчук А.И. Эволюция древней сиалической коры в островодужных системах восточной Азии. Владивосток: ДВНЦ АН СССР, 1985. 138 с.

12. Шапиро М.Н., Соловьев А.В., ХоуриганДж.К. Латеральная изменчивость тектонических структур в зоне эоценовой коллизии островной дуги с континентом (Камчатка) // Геотектоника. 2008. № 6. С. 70-91.

13. Atherton M.P., Edmunds W.M.Anelectronmicroprobestudyofsomezonedgarnetsfrommetamorphicrocks // EarthPlanet. Sci. Lett. 1966. Vol. 1, N 4. P 185-193.

14. Cruz M.D.R.OriginofatollgarnetinschistsfromtheAlpujarrideComplex (CentralzoneofBeticCordillera, Spain): ImplicationsontheP-Tevolution // Miner. Petrol. 2011. Vol. 101, N 3/4. P. 245-261.

15. Homam S.M. FormationofatollgarnetsintheArdaraaureole, NW Ireland // J. Sci. IslamicRepub. Iran. 2003. Vol. 14, N 3. P. 247-258.

16. Smellie J.A.T.FormationofatollgarnetsfromtheaureoleoftheArdarapluton, Co. Donegal, Ireland // Min. Mag. 1974. Vol. 39, N 308. P. 878-888.

Размещено на Allbest.ru