Мигматит — это сложная горная порода , встречающаяся в средах средней и высокой степени метаморфизма, обычно в пределах докембрийских кратонных блоков . Он состоит из двух или более компонентов, часто наслаивающихся друг на друга: один слой — это более старая метаморфическая порода , которая впоследствии была восстановлена путем частичного плавления («неосома»), в то время как альтернативный слой имеет пегматитовый , аплитовый , гранитный или в целом плутонический вид (« палеосома »). Обычно мигматиты встречаются под деформированными метаморфическими породами, которые представляют собой основание эродированных горных цепей. [1]
Мигматиты образуются в условиях экстремальных температур и давлений во время прогрессивного метаморфизма , когда частичное плавление происходит в метаморфической палеосоме. [2] Компоненты, выделившиеся при частичном плавлении, называются неосомой (что означает «новое тело»), которая может быть или не быть гетерогенной в микроскопическом и макроскопическом масштабе. Мигматиты часто выглядят как плотно, бессвязно сложенные жилы ( птигматические складки ). [3] Они образуют сегрегации лейкосомы , светлоокрашенных гранитных компонентов, выделившихся в меланосоме , темной, богатой амфиболом и биотитом обстановке. Если присутствует, мезосома, промежуточная по цвету между лейкосомой и меланосомой, образует более или менее неизмененный остаток метаморфической материнской породы палеосомы. Светлоокрашенные компоненты часто создают видимость того, что они были расплавлены и мобилизованы.
Мигматит является предпоследним членом последовательности литологических преобразований, впервые выявленной Лайеллем в 1837 году. [4] Лайелл имел четкое представление о региональной последовательности диагенеза в осадочных породах, которая остается актуальной и сегодня. Она начинается «A» с отложения неконсолидированного осадка ( протолита для будущих метаморфических пород). По мере того, как температура и давление увеличиваются с глубиной, протолит проходит через диагенетическую последовательность от пористой осадочной породы через затвердевшие породы и филлиты «A2» к метаморфическим сланцам «C1», в которых все еще можно различить исходные осадочные компоненты. Еще глубже сланцы восстанавливаются как гнейс «C2», в котором листочки остаточных минералов чередуются с кварцево-полевошпатовыми слоями; частичное плавление продолжается, поскольку небольшие партии лейкосомы объединяются, образуя отдельные слои в неосоме, и становятся узнаваемыми мигматитами «D1». Образовавшиеся слои лейкосом в строматических мигматитах все еще удерживают воду и газ [5] в прерывистой серии реакций из палеосомы. Это сверхкритическое содержание H 2 O и CO 2 делает лейкосому чрезвычайно подвижной.
Bowen 1922, стр. 184 [6] описал этот процесс как «частично обусловленный … реакциями между уже кристаллизованными минеральными компонентами породы и оставшейся все еще расплавленной магмой , а частично — реакциями, обусловленными корректировкой равновесия между экстремально конечной стадией, высококонцентрированной «маточной жидкостью», которая путем выборочного замораживания была обогащена более летучими газами, обычно называемыми «минерализаторами», среди которых вода занимает видное место». JJ Sederholm (1926) [7] описал породы этого типа, явно смешанного происхождения, как мигматиты. Он описал гранитизирующий «ихор» как имеющий свойства, промежуточные между водным раствором и очень сильно разбавленной магмой, причем большая его часть находится в газообразном состоянии.
Роль частичного плавления востребована экспериментальными и полевыми доказательствами. Горные породы начинают частично плавиться, когда они достигают комбинации достаточно высоких температур (> 650 °C) и давлений (> 34 МПа). Некоторые породы имеют составы, которые производят больше расплава, чем другие при данной температуре, свойство породы называется плодородием . Некоторые минералы в последовательности будут производить больше расплава, чем другие; некоторые не плавятся, пока не будет достигнута более высокая температура. [6] Если достигнутая температура лишь немного превышает солидус , мигматит будет содержать несколько небольших пятен расплава, разбросанных в самой плодородной породе. Холмквист в 1916 году назвал процесс, посредством которого метаморфические породы превращаются в гранулит, « анатексисом ». [8]
Разделение расплава во время прогрессивной части метаморфической истории (температура > солидус) включает отделение фракции расплава от остатка, который из-за более высокого удельного веса накапливается на более низком уровне. Последующая миграция анатектического расплава течет вниз по локальным градиентам давления с небольшой кристаллизацией или без нее. Сеть каналов, по которым расплав перемещался на этой стадии, может быть утрачена из-за сжатия меланосомы, оставляя изолированные линзы лейкосомы. Продукт расплава собирается в нижележащем канале, где он становится объектом дифференциации . Проводимость является основным механизмом передачи тепла в континентальной коре ; там, где неглубокие слои были быстро эксгумированы или захоронены, происходит соответствующий перегиб в геотермическом градиенте . Охлаждение из-за воздействия поверхности очень медленно передается в более глубокие породы, поэтому более глубокая кора медленно нагревается и медленно остывает. Численные модели нагрева земной коры [9] подтверждают медленное охлаждение в глубокой коре. Поэтому, однажды образовавшись, анатектический расплав может существовать в средней и нижней коре в течение очень длительного периода времени. Он сжимается сбоку, образуя силлы , лакколитические и лополитовые структуры подвижного гранулита на глубинах около 10–20 км. В обнажении сегодня видны только стадии этого процесса, остановленные во время его первоначального быстрого подъема. Везде, где полученный фракционированный гранулит круто поднимается в коре, вода выходит из своей сверхкритической фазы, гранулит начинает кристаллизоваться, становится сначала фракционированным расплавом + кристаллами, затем твердой породой, все еще находясь в условиях температуры и давления, существующих за пределами 8 км. Вода, углекислый газ, диоксид серы и другие элементы выделяются под большим давлением из расплава, когда он выходит из сверхкритических условий. Эти компоненты быстро поднимаются к поверхности и способствуют образованию месторождений полезных ископаемых, вулканов , грязевых вулканов , гейзеров и горячих источников . [10]
Лейкосома — самая светлая часть мигматита. [3] Меланосома — более темная часть, которая находится между двумя лейкосомами или, если остатки более или менее неизмененной материнской породы (мезосомы) все еще присутствуют, она располагается в виде ободков вокруг этих остатков. [3] Если мезосома присутствует, она имеет промежуточный цвет между лейкосомой и меланосомой. [3]
Меланосома — это темная, мафическая минеральная полоса, образованная в мигматите, которая плавится в эвтаксическую текстуру ; часто это приводит к образованию гранита . Меланосомы образуют полосы с лейкосомами , и в этом контексте могут быть описаны как шлиреновые (цветные полосы) или мигматитовые .
Текстуры мигматита являются продуктом термического размягчения метаморфических пород. Текстуры шлира являются особенно распространенным примером формирования гранита в мигматитах и часто наблюдаются в ксенолитах рестита и вокруг границ гранитов S-типа.
Птигматические складки образуются в результате высокопластичной пластичной деформации гнейсовой полосчатости и, таким образом, имеют мало или вообще не имеют отношения к определенной фолиации , в отличие от большинства обычных складок. Птигматические складки могут встречаться в ограниченных зонах состава мигматита, например, в мелкозернистых сланцевых протолитах по сравнению с грубозернистыми песчаными гранобластовыми протолитами.
Когда порода подвергается частичному плавлению, некоторые минералы плавятся (неосома, т.е. новообразованные), в то время как другие остаются твердыми (палеосома, т.е. более старые образования). Неосома состоит из светлоокрашенных областей (лейкосома) и темных областей (меланосома). Лейкосома лежит в центре слоев и в основном состоит из кварца и полевого шпата. Меланосома состоит из кордиерита , роговой обманки и биотита и образует стенки зон неосомы. [2]
В 1795 году Джеймс Хаттон сделал некоторые из самых ранних комментариев о связи между гнейсом и гранитом: «Если гранит действительно стратифицирован, и эти пласты связаны с другими пластами земли, он не может претендовать на оригинальность; и идея примитивных гор, в последнее время так часто используемая натурфилософами, должна исчезнуть при более широком взгляде на процессы, происходящие на земном шаре; но несомненно, что гранит или разновидность того же вида камня, таким образом, оказывается стратифицированным. Это granit feuilletée г-на де Соссюра, и, если я не ошибаюсь, то, что немцы называют гнейсом». [11] Мельчайшее проникновение гнейса, сланцев и осадочных отложений, измененных контактным метаморфизмом, чередующихся с гранитными материалами вдоль плоскостей сланцеватости, было описано Мишелем-Леви в его статье 1887 года «Sur l'Origine des Terrains Cristallins Primitifs». Он делает следующие наблюдения: «Я впервые обратил внимание на явление тесного проникновения, «lit par lit» изверженных гранитных и гранулитовых пород, которые следуют за плоскостями сланцеватости гнейсов и сланцев... Но между ними, в контактных зонах непосредственно над изверженной породой, кварц и полевые шпаты вклиниваются, слой за слоем, между листами слюдистых сланцев; это началось с обломочного сланца, теперь мы находим его окончательно преобразованным в современный гнейс, который очень трудно отличить от древнего гнейса» [12] .
Совпадение сланцеватости со слоистостью породило предложения о статическом или нагрузочном метаморфизме, выдвинутые в 1889 году Джоном Джаддом и другими. [13] В 1894 году Л. Мильх признал вертикальное давление, вызванное весом вышележащей нагрузки, контролирующим фактором. [14] В 1896 году Хоум и Гринли согласились, что гранитные интрузии тесно связаны с метаморфическими процессами: «причина, которая привела к внедрению гранита, также привела к этим высоким и своеобразным типам кристаллизации». [15] В более поздней статье Эдварда Гринли в 1903 году было описано образование гранитных гнейсов путем твердой диффузии и приписан механизм появления лит-пар-лит тому же процессу. Гринли обратил внимание на тонкие и регулярные пласты инжектированного материала, которые указывали на то, что эти операции происходили в горячих породах; а также на ненарушенные перегородки вмещающих пород, которые предполагали, что выражение магмы происходило путем спокойной диффузии, а не путем принудительной инъекции. [16] В 1907 году Седерхольм назвал процесс формирования мигматита палингенезом. и (хотя он специально включал частичное плавление и растворение) он считал инъекцию магмы и связанные с ней жильные и брекчиевидные породы основополагающими для этого процесса. [17] Восходящая последовательность гнейса, сланца и филлита в Центрально-Европейском Ургебирге повлияла на Ульриха Грубенмана в 1910 году, когда он сформулировал три глубинные зоны метаморфизма. [18]
Холмквист обнаружил высококачественные гнейсы, которые содержали множество небольших пятен и жил гранитного материала. Граниты поблизости отсутствовали, поэтому он интерпретировал пятна и жилы как места сбора частичного расплава, выделявшегося из богатых слюдой частей вмещающего гнейса. [19] Холмквист дал этим мигматитам название «венит», чтобы подчеркнуть их внутреннее происхождение и отличить их от «артеритов» Седерхольма. Которые также содержали жилы внедренного материала. Позднее Седерхольм уделил больше внимания роли ассимиляции и действию флюидов в образовании мигматитов и использовал термин «ихор» для их описания.
Убежденный в тесной связи между мигматизацией и гранитами в обнажении, Седерхольм считал мигматиты посредником между магматическими и метаморфическими породами. [20] [21] Он считал, что гранитные прослойки в полосчатых гнейсах возникли под воздействием либо расплава, либо туманной жидкости, ихора , оба из близлежащих гранитов. Противоположная точка зрения, предложенная Холмквистом, состояла в том, что гранитный материал пришел из соседней вмещающей породы, а не из гранитов, и что он был разделен транспортом флюида. Холмквист считал, что такие замещающие мигматиты были образованы во время метаморфизма на относительно низкой метаморфической стадии, с частичным плавлением, происходящим только на высокой стадии. Таким образом, современный взгляд на мигматиты близко соответствует концепции ультраметаморфизма Холмквиста и концепции анатексиса Седерхольма, но далек от концепции палингенеза или различных метасоматических и субсолидусных процессов, предложенных в ходе дебатов о гранитизации. [22] Рид считал, что регионально метаморфизованные породы возникли в результате прохождения волн или фронтов метасоматизирующих растворов из центрального ядра гранитизации, над которым возникают зоны метаморфизма. [23]
Первоначальное название этого явления было определено Седерхольмом (1923) [24] как порода с «фрагментами более старой породы, сцементированной гранитом», и он считал ее типом мигматита. Существует тесная связь между мигматитами и возникновением «взрывных брекчий» в сланцах и филлитах, прилегающих к интрузиям диорита и гранита. Породы, соответствующие этому описанию, также можно найти вокруг магматических интрузивных тел в низкосортных или неметаморфизованных вмещающих породах. Браун (1973) утверждал, что агматиты не являются мигматитами и должны называться «интрузивными брекчиями» или «агломератами жерл». Рейнольдс (1951) [25] считал, что термин «агматит» следует отказаться.
Недавние геохронологические исследования метаморфических террейнов гранулитовой фации (например, Willigers et al. 2001) [26] показывают, что метаморфические температуры оставались выше гранитного солидуса в течение 30–50 млн лет. Это говорит о том, что после образования анатектический расплав может существовать в средней и нижней коре в течение очень длительного периода времени. Образовавшийся гранулит может свободно перемещаться вбок [27] и вверх вдоль слабых мест в покрывающей породе в направлениях, определяемых градиентом давления.
В областях, где он залегает под углубляющимся осадочным бассейном , часть гранулитового расплава будет стремиться двигаться вбок под основание ранее метаморфизованных пород, которые еще не достигли мигматической стадии анатексиса . Он будет собираться в областях, где давление ниже. Расплав потеряет свое летучее содержимое, когда достигнет уровня, где температура и давление будут меньше границы сверхкритической фазы воды. Расплав будет кристаллизоваться на этом уровне и не даст следующему расплаву достичь этого уровня, пока постоянное последующее давление магмы не вытолкнет покрывающие породы вверх.
Для мигматизированных глинистых пород частичное или фракционное плавление сначала приведет к образованию летучего и обогащенного несовместимыми элементами богатого частичного расплава гранитного состава. Такие граниты, полученные из протолитов осадочных пород , будут называться гранитами S-типа , обычно калиевыми, иногда содержащими лейцит , и будут называться адамеллитом , гранитом и сиенитом . Вулканическими эквивалентами будут риолит и риодацит .
Мигматизированные магматические или нижнекоровые породы , которые плавятся, образуют похожий гранитный расплав I-типа , но с различными геохимическими признаками и типично плагиоклазовой доминирующей минералогией, образующей монцонит , тоналит и гранодиорит . Вулканическими эквивалентами будут дацит и трахит .
Трудно расплавить основные метаморфические породы, за исключением нижней мантии, поэтому редко можно увидеть мигматитовые текстуры в таких породах. Однако эклогит и гранулит являются примерно эквивалентными основными породами.
Финский петролог Якоб Седерхольм впервые использовал этот термин в 1907 году для обозначения горных пород в пределах Скандинавского кратона на юге Финляндии . Термин произошел от греческого слова μιγμα : migma , что означает смесь.
Геологический портал