Тоналит-трондьемит-гранодиоритовые ( TTG ) породы являются интрузивными породами с типичным гранитным составом ( кварц и полевой шпат ), но содержат лишь небольшую часть калиевого полевого шпата . Тоналит , трондьемит и гранодиорит часто встречаются вместе в геологических записях , что указывает на схожие петрогенетические процессы. [1] Постархейские (после 2,5 млрд лет) породы TTG присутствуют в дуговых батолитах , а также в офиолитах (хотя и в небольшой пропорции), в то время как архейские породы TTG являются основными компонентами архейских кратонов . [ 2] [ 1]
Процент кварца среди кислых минералов в породах TTG обычно больше 20%, но меньше 60%. [1] В тоналитах и трондьемитах более 90% полевых шпатов представляют собой плагиоклаз , тогда как в гранодиоритах это число составляет от 65% до 90%. [1] Трондьемит — это особый вид тоналита , при этом большая часть плагиоклаза в породе представлена олигоклазом . [3] Основные акцессорные минералы пород TTG включают биотит , амфиболы (например, роговую обманку ), эпидот и циркон . [1] С точки зрения геохимии , породы TTG часто имеют высокое содержание кремнезема (SiO2 ) (обычно более 70 процентов SiO2 ) , высокое содержание оксида натрия (Na2O ) (с низким отношением K2O /Na2O ) по сравнению с другими плутоническими породами и низкое содержание ферромагнезиальных элементов (весовой процент оксида железа , оксида магния , диоксида марганца и диоксида титана , вместе взятых, обычно составляет менее 5%). [4]
Архейские породы TTG представляют собой сильно деформированный серый гнейс , демонстрирующий полосчатость, линейность и другие метаморфические структуры, протолитами которых были интрузивные породы . [4] Порода TTG является одним из основных типов пород в архейских кратонах . [4]
С точки зрения характеристик микроэлементов, архейские ТТГ демонстрируют высокое содержание легких редкоземельных элементов (LREE), но низкое содержание тяжелых редкоземельных элементов (HREE). Однако они не показывают аномалий Eu и Sr. [5] Эти особенности указывают на присутствие граната и амфибола , но не плагиоклаза в остаточной фазе во время частичного плавления или фазы осаждения во время фракционной кристаллизации .
Подтверждено геохимическим моделированием, что магма типа TTG может быть образована путем частичного плавления гидратированных метамафических пород . [6] Для получения очень низкого содержания HREE плавление должно проводиться в условиях стабильного для граната поля давления и температуры. [4] Учитывая, что стабильность граната резко возрастает с ростом давления, ожидается, что расплавы TTG, сильно обедненные HREE, будут образовываться при относительно высоком давлении. [7] Помимо состава источника и давления, на состав расплава также влияют степень плавления и температура. [4]
Архейские ТТГ классифицируются на три группы на основе геохимических особенностей: ТТГ низкого, среднего и высокого давления, хотя три группы образуют непрерывный ряд. [8] Группа низкого давления показывает относительно низкое содержание Al 2 O 3 , Na 2 O, Sr и относительно высокое содержание Y , Yb , Ta , и Nb , что соответствует плавлению при давлении 10–12 кбар с минеральным составом исходной породы из плагиоклаза, пироксена и, возможно, амфибола или граната. [8] Группа высокого давления показывает противоположные геохимические особенности, соответствующие плавлению при давлении более 20 кбар, при этом исходная порода содержит гранат и рутил , но не амфибол или плагиоклаз. [8] Группа среднего давления имеет переходные особенности между двумя другими группами, соответствующие плавлению при давлении около 15 кбар с исходной породой, содержащей амфибол, много граната, но мало рутила и не содержащей плагиоклаза. [8] ТТГ среднего давления являются наиболее распространенными среди трех групп. [8]
Геодинамическая обстановка архейского TTG-поколения в настоящее время не очень хорошо изучена. Конкурирующие гипотезы включают субдукционное становление, включающее тектонику плит и другие не-тектонические модели.
Геохимическое сходство между TTG и адакитами давно отмечено исследователями. [9] [10] [11] [7] [4] Адакиты являются одним из типов современных дуговых лав, которые отличаются от обычных дуговых лав (в основном гранитоидов) своей фельзитовой и натриевой природой с высоким содержанием легких РЗЭ, но низким содержанием тяжелых РЗЭ. [12] Их образование интерпретируется как частичное плавление молодых и горячих субдуцирующих океанических плит с незначительным взаимодействием с окружающими мантийными клиньями, а не расплавами мантийных клиньев, как у других дуговых гранитоидов. [12] На основании геохимических характеристик (например, содержания Mg , Ni и Cr ) адакиты можно далее разделить на две группы, а именно высококремнистые адакиты (HSA) и низкокремнистые адакиты (LSA). Затем было отмечено, что архейские TTG были геохимически почти идентичны высококремнистым адакитам (HSA), но немного отличались от низкокремнистых адакитов (LSA). [11]
Это геохимическое сходство позволило некоторым исследователям сделать вывод о том, что геодинамическая обстановка архейских ТТГ была аналогична обстановке современных адакитов. [11] Они считают, что архейские ТТГ также были образованы горячей субдукцией. Хотя современные адакиты редки и встречаются только в нескольких местах (например, на острове Адак на Аляске и на Минданао на Филиппинах), они утверждают, что из-за более высокой потенциальной температуры мантии Земли более горячая и мягкая кора могла обеспечить интенсивную субдукцию типа адакита в архейское время. [11] Затем в таких условиях формировались пакеты ТТГ, а на более поздней стадии в результате столкновений образовались крупномасштабные протоконтиненты . [11] Однако другие авторы сомневаются в существовании архейской субдукции , указывая на отсутствие основных индикаторов тектоники плит в течение большей части архейского эона. [13] Также отмечается, что архейские ТТГ были интрузивными породами , в то время как современные адакиты имеют экструзивную природу, поэтому их магма должна отличаться по составу, особенно по содержанию воды. [14]
Различные свидетельства показали, что архейские породы TTG произошли непосредственно от существовавших ранее основных материалов. [15] [16] [17] Температура плавления метамафических пород (обычно от 700 °C до 1000 °C) зависит в первую очередь от содержания в них воды, но лишь в небольшой степени от давления. [8] Различные группы TTG, следовательно, должны были испытывать различные геотермические градиенты , соответствующие различным геодинамическим условиям.
Группа низкого давления образовалась вдоль геотерм около 20–30 °C/км, что сопоставимо с таковыми во время андерплейтинга оснований плато. [8] Подъемы мантии добавляют мафический фундамент к коре, и давление из-за толщины кумуляции может достичь требований для производства TTG низкого давления. [4] [8] Частичное плавление основания плато (которое может быть вызвано дальнейшим подъемом мантии) затем приведет к образованию TTG низкого давления. [18]
Высоконапорные TTG испытали геотермы ниже 10 °C/км, которые близки к современным горячим субдукционным геотермам, испытываемым молодыми плитами (но примерно на 3 °C/км горячее, чем другие современные зоны субдукции), в то время как геотермы для наиболее распространенной подсерии TTG, группы среднего давления, находятся между 12 и 20 °C/км. [8] Помимо горячей субдукции, такие геотермы также могут быть возможны во время расслоения мафического основания земной коры. [8] Расслоение может быть связано с нисходящим движением мантии [19] или увеличением плотности мафического основания земной коры из-за метаморфизма или частичного извлечения расплава. [20] Эти расслоенные метамафические тела затем погружаются, плавятся и взаимодействуют с окружающей мантией, образуя TTG. Такой расслоение, вызванное процессом генерации TTG, петрогенетически схож с процессом субдукции , оба из которых включают глубокое захоронение мафических пород в мантии. [4] [8] [17]
Постархейские породы TTG обычно встречаются в дуговых обстановках , особенно в континентальных дугах . [1] Офиолит также содержит небольшое количество пород TTG. [1]
Континентальные дуговые породы TTG часто ассоциируются с габбро , диоритом и гранитом , которые образуют плутоническую последовательность в батолитах . [21] Они образованы сотнями плутонов , которые напрямую связаны с субдукцией . [21] Например, прибрежный батолит Перу состоит из 7–16% габбро и диорита, 48–60% тоналита (включая трондьемит) и 20–30% гранодиорита с 1–4% гранита. [22] Эти породы TTG в континентальных дуговых батолитах могут частично возникать в результате дифференциации магмы (т. е. фракционной кристаллизации ) расплава мантийного клина , вызванного субдукцией на глубине. [23] Однако большой объем таких пород TTG позволяет предположить, что их основным механизмом генерации является утолщение земной коры, вызванное частичным плавлением бывшей габбровой подплиты в основании континентальной коры. [1] Тоналитовый состав породы кристаллизовался первым, прежде чем магма дифференцировалась на гранодиоритовый и позднее гранитный состав на небольшой глубине. Некоторые островные дуговые плутонические корни также имеют породы TTG, например, Тобаго , но они редко выходят на поверхность. [24]
Тоналиты (включая трондьемиты) можно обнаружить над слоистым габбро в офиолитах , под или внутри пластовых даек. [21] Они часто имеют неправильную форму и образованы дифференциацией магмы . [21]