Условия формирования расплавов в архее
Розглянуто різницю перебігу глибинних процесів в археї та фанерозої, яка проявлена у відсутності ініціального плавлення, тривалості процесу активізації, площі її прояву, складі активних компонентів у розплавах астеносфери архею. The difference of the courses of deep processes in Archean and Phaneroz...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Доповіді НАН України |
|---|---|
| Дата: | 2011 |
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
2011
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/37570 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Условия формирования расплавов в архее / О.В. Усенко // Доп. НАН України. — 2011. — № 5. — С. 123-127. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-37570 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Усенко, О.В. 2012-10-17T15:07:07Z 2012-10-17T15:07:07Z 2011 Условия формирования расплавов в архее / О.В. Усенко // Доп. НАН України. — 2011. — № 5. — С. 123-127. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. 1025-6415 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/37570 551.2.03 Розглянуто різницю перебігу глибинних процесів в археї та фанерозої, яка проявлена у відсутності ініціального плавлення, тривалості процесу активізації, площі її прояву, складі активних компонентів у розплавах астеносфери архею. The difference of the courses of deep processes in Archean and Phanerozoic is considered. It is revealed in the absence of melting, duration of the activization, area of its manifestation, and composition of active components in melts of the Archean astenosphere. ru Видавничий дім "Академперіодика" НАН України Доповіді НАН України Науки про Землю Условия формирования расплавов в архее Conditions of the formation of melts in Archean Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Условия формирования расплавов в архее |
| spellingShingle |
Условия формирования расплавов в архее Усенко, О.В. Науки про Землю |
| title_short |
Условия формирования расплавов в архее |
| title_full |
Условия формирования расплавов в архее |
| title_fullStr |
Условия формирования расплавов в архее |
| title_full_unstemmed |
Условия формирования расплавов в архее |
| title_sort |
условия формирования расплавов в архее |
| author |
Усенко, О.В. |
| author_facet |
Усенко, О.В. |
| topic |
Науки про Землю |
| topic_facet |
Науки про Землю |
| publishDate |
2011 |
| language |
Russian |
| container_title |
Доповіді НАН України |
| publisher |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Conditions of the formation of melts in Archean |
| description |
Розглянуто різницю перебігу глибинних процесів в археї та фанерозої, яка проявлена у відсутності ініціального плавлення, тривалості процесу активізації, площі її прояву, складі активних компонентів у розплавах астеносфери архею.
The difference of the courses of deep processes in Archean and Phanerozoic is considered. It is revealed in the absence of melting, duration of the activization, area of its manifestation, and composition of active components in melts of the Archean astenosphere.
|
| issn |
1025-6415 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/37570 |
| citation_txt |
Условия формирования расплавов в архее / О.В. Усенко // Доп. НАН України. — 2011. — № 5. — С. 123-127. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT usenkoov usloviâformirovaniârasplavovvarhee AT usenkoov conditionsoftheformationofmeltsinarchean |
| first_indexed |
2025-11-25T20:39:10Z |
| last_indexed |
2025-11-25T20:39:10Z |
| _version_ |
1850527683422715904 |
| fulltext |
УДК 551.2.03
© 2011
О.В. Усенко
Условия формирования расплавов в архее
(Представлено академиком НАН Украины В. И. Старостенко)
Розглянуто рiзницю перебiгу глибинних процесiв в археї та фанерозої, яка проявлена
у вiдсутностi iнiцiального плавлення, тривалостi процесу активiзацiї, площi її прояву,
складi активних компонентiв у розплавах астеносфери архею.
Установление условий образования каждой из последовательно залегающих в стратиграфи-
ческом разрезе пород возвращает нас к формационному анализу, широко применявшемуся
в 1960–80-е годы, и практически не использующемуся в настоящее время. Использование
методических приемов формационного анализа для применения к докембрийским процес-
сам натолкнулось на ряд трудностей. Как правило, под понятием “формация” рассматри-
вались устойчивые породные комплексы, характерные для определенных этапов “геосинк-
линального”, “платформенного”, “рифтового” процесса. Нельзя не согласиться с мнением
Е.М. Лазько [1], что невозможно параллелизовать архейские образования с известными
геосинклинальными формациями фанерозоя ввиду отсутствия в архее понятий “геосинкли-
наль” и “платформа”.
При использовании формационного анализа главное внимание уделялось условиям осад-
конакопления, палеоклимату и тектонике. Вопрос об источнике магматических расплавов
особенно основных и ультраосновных не поднимался вовсе, несмотря на то, что вулканоген-
ные спилиты и коматииты широко представлены в разрезах всех зеленокаменных струк-
тур (ЗКС) мира. Развитие геологической науки за последние 30 лет показало, что припо-
верхностные события инициированы процессом, протекающим в верхней мантии, а задачей
формационного анализа является восстановление не только геологических событий на по-
верхности, но и глубинного процесса.
Современная петрология позволяет устанавливать PT -условия дифференциации рас-
плавов в диапазоне глубин от 20 до 250 км. Использование данных о составе магматических
пород для восстановления глубинного процесса базируется на очевидных утверждениях:
1. Магматические расплавы образуются в астеносфере (слое плавления).
2. Их состав зависит от PT -условий сегрегации и дифференциации расплава — глубины
размещения кровли астеносферы.
3. Магматические породы, залегающие на поверхности, образованы из глубинных рас-
плавов. Поэтому они являются индикаторами глубинного процесса.
Таким образом, можно определить размещение кровли астеносферы на момент отде-
ления расплава по составу магматической породы.
Процедура. Устанавливается глубина размещения кровли астеносферы, затем последо-
вательность ее изменения. Следовательно, можно определить размещение кровли астено-
сферы на каждом этапе и изменение ее расположения в процессе активизации в целом.
Методические приемы описаны в публикации [2].
Подобная процедура позволяет установить протекание процесса в большинстве фанеро-
зойских структур. Главное условие — наличие описаний магматических пород, имеющих
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2011, №5 123
привязку к месту в стратиграфическом разрезе (абсолютный или относительный возраст).
Однако для докембрийских образований ее применение наталкивается на ряд трудностей.
Магматические породы, залегающие на современной поверхности, характеризуют условия
не только образования первичной породы, но и ее преобразования. Интенсивно преобразо-
ванные породы гранулитовой и высокой амфиболитовой фации, в данное время находящие-
ся на поверхности, на момент последнего преобразования размещались на глубине не менее
20 км, в непосредственной близости от корового очага расплавов.
Состав магматической породы характеризует условия дифференциации расплава. В про-
цессе активизации на более ранние породы отлагаются более поздние. Их магматическая
составляющая может формироваться на разных глубинах в мантии. Нами по комплексу
признаков введены “реперные” глубины, км: 200, 150; 100 и 50 [2]. Последовательность изме-
нения расположения кровли астеносферы может быть различной. При размещении кровли
астеносферы под корой во всех случаях через некоторое время (∼5 млн лет) формируется
коровый очаг плавления на ∼20 км вследствие внедрения мантийных расплавов и кон-
дуктивного прогрева. Температура внедряющегося расплава, по составу соответствующего
базальту, составляет ∼1200
◦С, тоналиту — ∼1100
◦С. Тепло рассеивается на плавление
пород коры, вынесение горячего вещества (водно-силикатного гранитизирующего флюида)
к поверхности и преобразование вышележащих пород. Через некоторое время в коровой
астеносфере установится T ∼ 600
◦С, отвечающая температуре плавления пород амфибо-
литовой фации на этой глубине.
PT -условия метаморфизма докембрийских пород отвечают глубинам 10–30 км. Очевид-
но, что на глубине ∼20 км “температуры близки к температурам кристаллизации магма-
тических масс и широко развивается всеобщая полевошпатизация пород” [3, c. 139 ]. На
этих глубинах происходит плавление, близсолидусные реакции обмена между первичной
породой и расплавами-флюидами, отделяющимися с кровли коровой астеносферы. Высо-
котемпературные преобразования с участием агрессивных метасоматизирующих флюидов
нивелируют грань между региональным и плутонометаморфизмом. В роли “плутона” вы-
ступает коровая астеносфера. Подобное преобразование может частично или полностью
“стереть” первоначальные геохимические метки (проявленные как в изменении состава ми-
нералов, так и возрастные). Собственно, сохраняются лишь породы, температура плавления
которых намного превышает температуру солидуса пород амфиболитовой фации.
В регионах, где развиты породы высокой амфиболитовой и гранулитовой фаций (напри-
мер, Хащевато-Завальевская структура Побужья и Голованевская шовная зона) на относи-
тельно небольшой площади совмещены породы, образованные и преобразованные в процес-
се нескольких активизаций (3,6; 3,0; 2,8; 2,6 млрд лет назад). Самые интенсивные преобра-
зования наложены в процессе последней (2,0 млрд лет назад), после чего породы выведены
на современную поверхность. В этом случае восстановление глубинного развития необхо-
димо начинать с восстановления стратиграфического разреза. Причем для этого требуется
создание принципиально новых методических приемов.
Однако восстановление первичного состава пород, а затем и условий образования рас-
плавов, через “снятие метаморфизма” и сравнение с фанерозойскими комплексами, пред-
ложенная Н.П. Семененко и И.Н. Бордуновым [4], может применяться для пород зелено-
сланцевой и низкой амфиболитовой фаций. Ее успешное использование для расшифров-
ки глубинного развития ЗКС Среднеприднепровского блока (СПБ) обусловлено широким
развитием в них вулканогенных пород. Подобная процедура была проделана и описана
в публикации [2].
124 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2011, №5
Для всех ЗКС СПБ были установлены глубины образования мантийных расплавов каж-
дой магматической породы, их изменение в каждой ЗКС. Сопоставление разрезов разных
ЗКС (Верховцевской, Сурской, Чертомлыкско-Соленовской и Конкско-Белозерской) пока-
зало единство глубинного развития СПБ в архее. На юг от Девладовского разлома ши-
ре представлены породы основного состава, ультрабазиты занимают незначительное место
в стратиграфическом разрезе по сравнению с Сурской и Верховцевской структурами. Но
все комплексы пород, образованные из расплавов, дифференцированных при одинаковых
PT -условиях, имеют аналоги в остальных ЗКС и залегают в одинаковой последовательно-
сти. Довольно уверенно параллелизуются криворожская и белозерская серии.
В результате можно сформулировать отличия в протекании глубинных процессов архея
и фанерозоя.
Отсутствует инициальное плавление, обязательное для фанерозоя. Если в фанерозое
появление астеносферы возможно на глубине более 200 км, а развитие процесса приводит
к перемещению вверх астенолитов (плюмов, термиков), то в архее астеносфера существует
изначально. Направление развития процесса, его эволюция заключается в конечном увели-
чении мощности литосферы, вынесении к поверхности избытка тепловой энергии и веще-
ства, не разрешающего кристаллизацию в границах мантии. Вследствие присутствия воды
и избытка базальтоидной компоненты — состав расплава астеносферы резко отличается по
составу (свойствам) от состава недеплетированной лерцолитовой мантии (преимущественно
сложенной оливином, пироксенами). Соответственно температура в астеносфере превышает
температуру солидуса для этого состава.
Абсолютный возраст пород ЗКС СПБ 3,37(?)–3,0 млрд лет (первый ярус) и 3,0–2,8 млрд
лет (второй ярус). Активизация, протекавшая в это время, состоит как минимум из 16 эта-
пов, т. е. включает не менее 16 фаций для ЗКС СПБ. Образование формации, соответствую-
щей первому ярусу, по [4], — 9 фаций, образованных на 9 этапах, завершается образованием
полифазных интрузий сурского, палингенных гранитоидов днепропетровского и саксаган-
ского комплексов. Ранние недифференцированные члены комагматичной серии представ-
лены коматиитами — породами, расплавы которых вынесены с глубин не менее 200–250 км.
Можно предположить адвективное (или конвективное) течение вещества в рамках асте-
носферы, охватывающей диапазон глубин современной верхней мантии. После перемеще-
ния частично расплавленного вещества на глубину ∼50 км происходит резкое повышение
степени плавления вследствие снятия давления, дальнейшая дифференциация расплава,
внедрение расплавов тоналит-трондьемитового состава в кору (на глубину около 20 км)
и прогрев верхней части коры — повышение палеогеотермического градиента. Слой плав-
ления в коре существует в течение длительного времени (очень приближенно от 3,1 до
3,0 млрд лет) вследствие постоянного (по крайней мере, четырехкратного) пополнения под-
коровой астеносферы глубинными расплавами. Т. е. в течение длительного времени регио-
нальный палеогеотермический градиент поддерживается постоянно высоким (35 ◦С/км),
а подкоровая и коровая астеносферы служат источником не только тепла, но и вещества
для интрузий и гидротерм. Высокое содержание активных компонентов (в первую очередь
Nа и Сl) в водном флюиде приводит к его существенному обогащению (вследствие экстрак-
ции из расплава астеносферы при P ∼ 0,6 ГПа) кремнием и алюминием — стирается грань
между силикатным расплавом и водным флюидом, гранитизация приобретает площадной
характер.
Формация, соответствующая второму ярусу, по [4], состоит из семи этапов. На четвер-
том и шестом — кровля астеносферы располагается под корой. Коровые дифференциаты
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2011, №5 125
представлены гранитами, возраст которых ∼2,8 млрд лет, — демуринские, мокромосков-
ские и, возможно (частично), токовские. Они отличаются более низкими температурами
образования, присутствием микроклина — хлоридно-натриевые растворы сменяются хло-
ридно-калиевыми.
Активизация протекает на огромной территории. “Вычленение” СПБ в самостоятельную
структуру происходит позднее при заложении (вероятно, 2,8–2,6 млрд лет назад) Криво-
рожско-Кременчугской шовной зоны и формировании Криворожско-Кременчугской и Оре-
хово-Павлоградкой шовных зон (2,1–1,75 млрд лет назад).
PT -условия дифференциации мантийных расплавов такие же, как и в фанерозое, но
состав подвижных компонентов иной. Формирование расплавов, из которых образованы
магматические и эксгаляционные породы на поверхности, происходит в условиях избытка
базальтоидной составляющей, в присутствии воды, щелочей и галогенов. Флюиды, отделяю-
щиеся с кровли астеносферы по содержанию SiO2, Al2O3 и СО2, являются разбавленными
эквивалентами силикатных и карбонатных расплавов. Многие магматические и эксгаля-
ционные породы архея не имеют фанерозойских аналогов. Только в архее (на границе архея
и протерозоя) образуются высокомагнезиальные коматииты, железистые кварциты и же-
лезисто-магнезиальные карбонаты. Это объясняется высоким окислительным потенциалом
расплавов астеносферы, иными словами, присутствием воды (на больших глубинах — кис-
лорода), что приводит к активности магния и железа в силикатных и карбонатных жидко-
стях, формированию основных плагиоклазов, пассивности щелочей и галогенов при диф-
ференциации.
Мощность коры, по всей видимости, соответствует фанерозойской. Она определяется
давлением 1,5 ГПа, разрешающим появление плагиоклаза в составе ликвидусной компози-
ции, что снижает температуру кристаллизации расплава. Кора имеет более основный сос-
тав, чем в фанерозое. От 3,1 к 2,8 млрд лет назад происходит изменение состава расплавов,
формирующихся в коре. Кальций-натриевые плагиограниты сменяются калиевыми микро-
клиновыми. Именно в это время (3,1–2,8 млрд лет назад) начинается гранитизация (рас-
кисление) коры вследствие длительного существования в ней слоя плавления. Метасоматоз
и плавление проходит с участием водно-силикатных (в архее) и щелочных (в протерозое)
флюидов-расплавов, выносимых из мантии. Это определяет их активность как раствори-
телей и транспортировщиков петрогенных (в первую очередь, кремния и алюминия) эле-
ментов в виде комплексных соединений. Они перемещаются в коровую астеносферу и к по-
верхности. Происходит “гранитизация” коры и образование гидро- и атмосферы. Состав
последних существенно отличается от современного.
Таким образом, отмеченная И.Н. Бордуновым зависимость состава железистых пород
от места в разрезе (и соответственно в процессе) объясняется их эксгаляционной приро-
дой. Фиксируется четкая корреляция химического состава железистых пластов с составом
синхронных вулканогенных. PT -условия и активность подвижных компонентов при фор-
мировании расплава, из которого образована вулканогенная порода, и флюида-расплава, из
которого образована железистая, отлагающаяся синхронно, объясняются физико-химичес-
кими процессами на кровле астеносферы [2]. Происходит распределение катионов между
расплавом и карбонатной, кремнекислой фазами, их разделение, последовательное отде-
ление с кровли астеносферы и вынесение к поверхности в виде эксгаляций и магмати-
ческих расплавов. Силикатный расплав и кремнекислый флюид отличаются пропорцией
SiO2/Н2О, а распределение Мg и Fе одинаково (близко) в силикатной и карбонатной фазе.
Изменение состава железистых и вулканогенных пород, происходит закономерно и объя-
126 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2011, №5
сняется изменением глубины очага дифференциации — давления в глубинной астеносфере,
являющейся источником вещества. Способ образования железистых пластов — осаждение
из раствора на дне морского бассейна. И в этом смысле они есть осадочными породами.
1. Лазько Е.М. Формационный анализ и его роль в изучении высокометаморфизованных толщ раннего
докембрия // Проблемы геологии докембрия. – Киев: Наук. думка, 1971. – С. 32–43.
2. Усенко О.В. Глубинные процессы образования расплавов в тектоносфере: Автореф. дис. . . . д-ра
геол. наук / НАН Украины. Ин-т геофизики им. С.И. Субботина, 2008. – 41 с.
3. Семененко Н.П. Метаморфизм подвижных зон. – Киев: Наук. думка, 1966. – 300 с.
4. Ультрабазитовые формации центральной части Украинского щита / Под. ред. Н.П. Семененко. –
Киев: Наук. думка, 1979. – 412 с.
Поступило в редакцию 29.07.2010Институт геофизики им. С.И. Субботина
НАН Украины, Киев
O.V. Usenko
Conditions of the formation of melts in Archean
The difference of the courses of deep processes in Archean and Phanerozoic is considered. It is
revealed in the absence of melting, duration of the activization, area of its manifestation, and
composition of active components in melts of the Archean astenosphere.
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2011, №5 127
|