Мигматит — это сложная горная порода , встречающаяся в средах среднего и высокого метаморфизма, обычно в докембрийских кратонных блоках . Он состоит из двух или более компонентов, часто наслоенных повторно: один слой представляет собой более древнюю метаморфическую породу , которая была впоследствии восстановлена в результате частичного плавления («неосома»), в то время как альтернативный слой имеет пегматитовый , аплитовый , гранитный или вообще плутонический вид (« палеосома ») . ). Обычно мигматиты залегают под деформированными метаморфическими породами, представляющими основание эродированных горных цепей. [1]
Мигматиты образуются в условиях экстремальных температур и давлений во время прогрессивного метаморфизма , когда в метаморфической палеосоме происходит частичное плавление. [2] Компоненты , выделенные в результате частичного плавления, называются неосомами (что означает «новое тело»), которые могут быть или не быть гетерогенными на микроскопическом и макроскопическом уровне. Мигматиты часто выглядят как плотно, бессвязно сложенные жилки ( птигматические складки ). [3] Они образуют сегрегации лейкосом , светлых гранитных компонентов, растворенных внутри меланосомы , темного окружения, богатого амфиболами и биотитом . Если она присутствует, то мезосома, промежуточная по цвету между лейкосомой и меланосомой, образует более или менее немодифицированный остаток палеосомы метаморфической материнской породы. Светлые компоненты часто создают впечатление расплавленных и мобилизованных.
Мигматит является предпоследним членом последовательности литологических преобразований, впервые выявленных Лайелем в 1837 году. [4] Лайель имел четкое представление о региональной последовательности диагенеза в осадочных породах, которое остается актуальным и сегодня. Он начинается с буквы «А» отложением рыхлого осадка ( протолита для будущих метаморфических пород). По мере увеличения температуры и давления с глубиной протолит проходит диагенетическую последовательность от пористой осадочной породы через затвердевшие породы и филлиты «А2» к метаморфическим сланцам «С1», в которых еще можно различить исходные осадочные компоненты. Еще глубже сланцы воссозданы в виде гнейса «С2», в котором листы остаточных минералов чередуются с кварц-полевошпатовыми слоями; Частичное плавление продолжается, поскольку небольшие порции лейкосом сливаются, образуя отдельные слои в неосоме и превращаясь в узнаваемый мигматит «D1». Образующиеся лейкосомные слои в строматических мигматитах все еще сохраняют воду и газ [5] в прерывистой серии реакций от палеосомы. Такое сверхкритическое содержание H 2 O и CO 2 делает лейкосому чрезвычайно подвижной.
Боуэн 1922, стр. 184 [6] описал этот процесс как «отчасти из-за… реакций между уже кристаллизованными минеральными компонентами породы и оставшейся еще расплавленной магмой , а частично из-за реакций, вызванных корректировкой равновесия между крайними концами и оставшейся расплавленной магмой». высококонцентрированный «маточный раствор», который путем селективного замораживания обогащается более летучими газами, обычно называемыми «минерализаторами», среди которых видное место занимает вода». Дж. Дж. Седерхольм (1926) [7] описал породы этого типа, очевидно смешанного происхождения, как мигматиты. Он описал гранитные «ихоры» как обладающие промежуточными свойствами между водным раствором и очень разбавленной магмой, большая часть которой находится в газообразном состоянии.
Роль частичного плавления подтверждается экспериментальными и полевыми данными. Породы начинают частично плавиться, когда достигают сочетания достаточно высоких температур (>650°С) и давлений (>34МПа). Некоторые породы имеют состав, который производит больше расплава, чем другие при данной температуре, это свойство породы называется плодородием . Некоторые минералы в последовательности плавят больше, 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 участков расплава, разбросанных по самой плодородной породе. Холмквист (1916) назвал процесс превращения метаморфических пород в гранулит « анатекзисом ». [8]
Сегрегация 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 стекает по местным градиентам давления с незначительной кристаллизацией или без нее. Сеть каналов, по которым двигался расплав на этой стадии, может быть утрачена при сжатии меланосомы, оставляя изолированные линзы лейкосомы. Продукт плавления собирается в нижележащем канале, где подвергается дифференциации . Проводимость — основной механизм теплопередачи в континентальной коре ; там, где неглубокие слои были быстро эксгумированы или захоронены, наблюдается соответствующий перегиб геотермического градиента . Охлаждение из-за обнажения поверхности происходит очень медленно к более глубоким породам, поэтому более глубокая кора медленно нагревается и медленно остывает. Численные модели нагрева коры [9] подтверждают медленное охлаждение глубокой коры. Поэтому однажды образовавшийся анатектический расплав может существовать в средней и нижней коре очень длительное время. Он сжимается латерально с образованием силлов , лакколитовых и лополитических структур подвижного гранулита на глубинах c. 10–20 км. Сегодня на обнажениях видны только стадии этого процесса, остановленные во время его первоначального быстрого подъема. Везде, где образующийся фракционированный гранулит круто поднимается в земной коре, вода выходит из фазы надкритичности, гранулит начинает кристаллизоваться, становится сначала фракционированным расплавом + кристаллами, затем твердой породой, все еще в условиях температуры и давления, существующих за пределами 8 км. Вода, углекислый газ, диоксид серы и другие элементы выделяются под большим давлением из расплава при выходе его 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 представляет собой более темную часть и располагается между двумя лейкосомами или, если еще присутствуют остатки более или менее немодифицированной материнской породы (мезосомы), она располагается в виде ободков вокруг этих остатков. [3] Мезосома, если она присутствует, имеет промежуточный цвет между лейкосомой и меланосомой. [3]
Меланосома представляет собой темную основную минеральную полосу, образующуюся в мигматите, который плавится с образованием эвтакситовой текстуры ; часто это приводит к образованию гранита . Меланосомы образуют полосы с лейкосомами и в этом контексте могут быть описаны как шлирены (цветные полосы) или мигматитовые .
Мигматитовые текстуры являются продуктом термического размягчения метаморфических пород. Шлирен- текстуры являются особенно распространенным примером гранитообразования в мигматитах и часто наблюдаются в ксенолитах рестита и по краям гранитов S-типа.
Птигматические складки образуются в результате высокопластической пластической деформации гнейсовой полосчатости и, таким образом, практически не имеют отношения к определенному слоению , в отличие от большинства обычных складок. Птигматические складки могут встречаться ограниченными зонами состава мигматита, например, в мелкозернистых сланцевых протолитах по сравнению с крупнозернистыми гранобластовыми песчаными протолитами.
Когда горная порода подвергается частичному плавлению, некоторые минералы плавятся (неосомы, т.е. новообразованные), тогда как другие остаются твердыми (палеосомы, т.е. более древние образования). Неосома состоит из светлых участков (лейкосомы) и темных участков (меланосомы). Лейкосома лежит в центре слоев и состоит в основном из кварца и полевого шпата. Меланосома состоит из кордиерита , роговой обманки и биотита и образует пристеночные зоны неосомы. [2]
В 1795 году Джеймс Хаттон сделал некоторые из первых комментариев о взаимосвязи между гнейсом и гранитом: «Если гранит действительно стратифицирован и эти слои связаны с другими слоями земли, он не может претендовать на оригинальность; и идея первобытных гор, в последнее время так часто используемая натурфилософами, должна исчезнуть при более широком взгляде на действия земного шара; но несомненно, что гранит или разновидность того же вида камня оказывается таким образом слоистым. Это granit feuilletée г-на де Соссюра и, если я не ошибаюсь, то, что немцы называют gneis». [11] Мелкое проникновение гнейсов, 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: «Сначала я обратил внимание на явление тесного проникновения, «освещенного парлита» изверженных гранитных и гранулитовых пород, которые следуют плоскостям сланцеватости гнейсов и сланцев... Но между ними, в контактных зонах Сразу над изверженной породой кварц и полевые шпаты слой за слоем внедряются между листьями слюдистых сланцев; оно началось из обломочного сланца, теперь мы находим его окончательно преобразованным в современный гнейс, очень трудно отличить от древнего гнейса». [12]
Совпадение сланцеватости с напластованием породило предложения о статическом или нагрузочном метаморфизме, выдвинутые в 1889 году Джоном Джаддом и другими. [13] В 1894 году Л. Мильх признал определяющим фактором вертикальное давление, возникающее из-за веса вышележащего груза. [14] В 1896 году Хоум и Гринли согласились, что гранитные интрузии тесно связаны с метаморфическими процессами, «причина, которая привела к появлению гранита, также привела к этим высоким и своеобразным типам кристаллизации». [15] Более поздняя статья Эдварда Гринли в 1903 году описала образование гранитных гнейсов путем твердой диффузии и приписала механизм возникновения лит-пар-лит тому же процессу. Гринли обратил внимание на тонкие и правильные прослойки инжектируемого материала, что указывало на то, что эти операции происходили в горячих породах; а также ненарушенные перегородки вмещающих пород, что позволяет предположить, что проявление магмы происходило путем тихой диффузии, а не путем насильственной инъекции. [16] В 1907 году Седерхольм назвал процесс образования мигматита палингенезом. и (хотя это конкретно включало частичное плавление и растворение) он считал инъекцию магмы и связанные с ней прожилковые и брекчиевидные породы фундаментальным фактором этого процесса. [17] Восходящая последовательность гнейсов, сланцев и филлитов в Центральноевропейском Ургебирге повлияла на Ульриха Грубенмана в 1910 году в его формулировке трех глубинных зон метаморфизма. [18]
Холмквист обнаружил гнейсы высокого качества, содержащие множество мелких пятен и жил гранитного материала. Граниты поблизости отсутствовали, поэтому он интерпретировал участки и жилы как места сбора частичного расплава, выделяющегося из богатых слюдой частей вмещающего гнейса. [19] Холмквист дал этим мигматитам название «венит», чтобы подчеркнуть их внутреннее происхождение и отличить их от «артериитов» Седерхольма. В котором также были прожилки инъецированного материала. Позже Седерхольм уделил больше внимания роли ассимиляции и действию жидкостей в формировании мигматитов и использовал для их описания термин «ихор».
Убежденный тесной связью между мигматизацией и гранитами в обнажениях, Седерхольм считал мигматиты промежуточным звеном между магматическими и метаморфическими породами. [20] [21] Он считал, что гранитные прослои в полосчатых гнейсах возникли либо из-за расплава, либо из-за туманной жидкости, ихора , которые оба произошли из близлежащих гранитов. Противоположная точка зрения, предложенная Холмквистом, заключалась в том, что гранитный материал произошел из прилегающей вмещающей породы, а не из гранитов, и что он отделился в результате переноса жидкости. Холмквист полагал, что такие замещающие мигматиты образовались во время метаморфизма на относительно низкой степени метаморфизма, а частичное плавление происходило только на высокой степени. 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 во время дебатов о гранитизации. [22] Рид считал, что регионально метаморфизованные породы возникли в результате выхода 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 горная порода с «фрагментами древней породы, сцементированными гранитом», и рассматривалось им как разновидность мигматита. Существует тесная связь между мигматитами и возникновением «взрывных брекчий» в сланцах и филлитах, прилегающих к диоритовым и гранитным интрузиям. Породы, соответствующие этому описанию, также можно встретить вокруг магматических интрузивных тел в низкосортных или неметаморфизованных вмещающих породах. Браун (1973) утверждал, что агматиты не являются мигматитами и их следует называть «интрузивными брекчиями» или «жерловыми агломератами». Рейнольдс (1951) [25] считал, что от термина «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 периода от 30 до 50 млн лет. Это позволяет предположить, что однажды образовавшийся анатектический расплав может существовать в средней и нижней коре очень длительный период времени. Образующийся гранулит может свободно перемещаться в стороны [27] и вверх по слабостям вскрышных пород в направлениях, определяемых градиентом давления.
В районах, где он залегает под углубляющимся осадочным бассейном , часть гранулитового расплава будет иметь тенденцию перемещаться в латеральном направлении под основание ранее метаморфизованных пород, еще не достигших мигматической стадии анатексиса . Он будет собираться в районах, где давление ниже. Расплав потеряет свое летучее содержание, когда достигнет уровня, когда температура и давление будут меньше границы сверхкритической водной фазы. Расплав будет кристаллизоваться на этом уровне и не позволит следующему расплаву достичь этого уровня до тех пор, пока постоянное последующее давление магмы не вытолкнет покрывающую толщу вверх.
Для мигматизированных глинистых пород частичное или фракционное плавление сначала приведет к образованию летучих и обогащенных несовместимыми элементами богатых частичных расплавов гранитного состава. Такие граниты, полученные из протолитов осадочных пород, будут называться гранитами S-типа , обычно являются калиевыми, иногда содержащими лейцит , и будут называться адамеллитами , гранитами и сиенитами . Вулканическими эквивалентами могут быть риолит и риодацит .
Мигматизированные магматические породы или породы нижней коры , которые плавятся, образуют аналогичный гранитный гранитный расплав I-типа , но с отчетливыми геохимическими характеристиками и типичной минералогией с преобладанием плагиоклаза, образуя составы монцонита , тоналита и гранодиорита . Вулканическими эквивалентами могут быть дацит и трахит .
Трудно плавить основные метаморфические породы, за исключением нижней мантии, поэтому мигматитовые текстуры в таких породах можно увидеть редко. Однако эклогит и гранулит являются примерно эквивалентными основными породами.
Финский петролог Якоб Седерхольм впервые использовал этот термин в 1907 году для горных пород Скандинавского кратона на юге Финляндии . Этот термин произошел от греческого слова μιγμα : migma , что означает смесь.
Геологический портал