Ударный метаморфизм плагиоклаза и амфибола при ступенчатом ударно-волновом нагружении горных пород
Проведено экспериментальное исследование характера ударного метаморфизма плагиоклаз (Pl)-амфиболового (Amf) сланца с гранатом (Южный Урал) и клинопироксенAmf-Pl-сланца (Анабарский щит) при ударно-волновом нагружении в ампулах сохранения плоской геометрии. Максимальное ударное давление в образцах вар...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Физика и техника высоких давлений |
|---|---|
| Дата: | 2007 |
| Автори: | , , , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України
2007
|
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/70301 |
| 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: | Ударный метаморфизм плагиоклаза и амфибола при ступенчатом ударно-волновом нагружении горных пород / В.В. Милявский, Л.В. Сазонова, И.В. Белятинская, Т.И. Бородина, Д.М. Жерноклетов, С.Н. Соколов, А.З. Жук // Физика и техника высоких давлений. — 2007. — Т. 17, № 1. — С. 126-136. — Бібліогр.: 21 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859742855439843328 |
|---|---|
| author | Милявский, В.В. Сазонова, Л.В. Белятинская, И.В. Бородина, Т.И. Жерноклетов, Д.М. Соколов, С.Н. Жук, А.З. |
| author_facet | Милявский, В.В. Сазонова, Л.В. Белятинская, И.В. Бородина, Т.И. Жерноклетов, Д.М. Соколов, С.Н. Жук, А.З. |
| citation_txt | Ударный метаморфизм плагиоклаза и амфибола при ступенчатом ударно-волновом нагружении горных пород / В.В. Милявский, Л.В. Сазонова, И.В. Белятинская, Т.И. Бородина, Д.М. Жерноклетов, С.Н. Соколов, А.З. Жук // Физика и техника высоких давлений. — 2007. — Т. 17, № 1. — С. 126-136. — Бібліогр.: 21 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Физика и техника высоких давлений |
| description | Проведено экспериментальное исследование характера ударного метаморфизма плагиоклаз (Pl)-амфиболового (Amf) сланца с гранатом (Южный Урал) и клинопироксенAmf-Pl-сланца (Анабарский щит) при ударно-волновом нагружении в ампулах сохранения плоской геометрии. Максимальное ударное давление в образцах варьировалось в диапазоне 26−52 GPa. Установлено, что повышение содержания F, Ti и K в составе Amf, как и понижение содержания Ca в составе Pl, делает эти минералы более устойчивыми к воздействию ударных волн. Изотропизация Pl в экспериментах по ступенчатому ударно-волновому сжатию полиминеральных горных пород начинается при более низких давлениях, чем в аналогичных экспериментах с мономинеральными образцами. При относительно низких давлениях изотропизация Pl обусловлена дроблением вещества на микроуровне и сопровождается образованием маскелинита – типичного минерала метеоритов и пород астроблем. При более высоких давлениях изотропизация Pl связана с аморфизацией вещества в результате плавления.
The impact transformations of plagioclase (Pl)-amphibole (Amf) schist with garnet (Southern Urals) and clinopyroxene-Amf-Pl schist (Anabar Shield) have been studied with use of recovery assemblies of planar geometry. In the specimens, shock pressures were ranged from 26 to 52 GPa. It was found that an increase of content of F, Ti, and K in a composition of Amf, as well as a decrease of content of Ca in a composition of Pl, make these minerals more resistant to action of shock waves. In experiments with the stepwise shock compression of polymineralic rocks the isotropization of Pl begins at lower pressures than in analogous experiments with monomineralic specimens. Under relatively low pressures, Pl isotropization is caused by its fragmentation on a microscopic scale and is associated with the origin of maskelynite − a typical mineral of meteorites and astroblemes. At higher pressures, Pl isotropization is related to amorphization by means of melting.
|
| first_indexed | 2025-12-01T19:12:03Z |
| format | Article |
| fulltext |
Физика и техника высоких давлений 2007, том 17, № 1
126
PACS: 62.50.+p, 91.60.Gf, 91.60.−x
В.В. Милявский1, Л.В. Сазонова2, И.В. Белятинская2, Т.И. Бородина1,
Д.М. Жерноклетов1, С.Н. Соколов1, А.З. Жук1
УДАРНЫЙ МЕТАМОРФИЗМ ПЛАГИОКЛАЗА И АМФИБОЛА
ПРИ СТУПЕНЧАТОМ УДАРНО-ВОЛНОВОМ НАГРУЖЕНИИ
ГОРНЫХ ПОРОД
1Институт теплофизики экстремальных состояний Объединенного института высоких
температур РАН
ул. Ижорская, 13/19, г. Москва, 125412, Россия
2Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова
г. Москва, 119899, Россия
Проведено экспериментальное исследование характера ударного метаморфизма пла-
гиоклаз (Pl)-амфиболового (Amf) сланца с гранатом (Южный Урал) и клинопироксен-
Amf-Pl-сланца (Анабарский щит) при ударно-волновом нагружении в ампулах сохране-
ния плоской геометрии. Максимальное ударное давление в образцах варьировалось в
диапазоне 26−52 GPa. Установлено, что повышение содержания F, Ti и K в составе
Amf, как и понижение содержания Ca в составе Pl, делает эти минералы более ус-
тойчивыми к воздействию ударных волн. Изотропизация Pl в экспериментах по сту-
пенчатому ударно-волновому сжатию полиминеральных горных пород начинается
при более низких давлениях, чем в аналогичных экспериментах с мономинеральными
образцами. При относительно низких давлениях изотропизация Pl обусловлена дроб-
лением вещества на микроуровне и сопровождается образованием маскелинита – ти-
пичного минерала метеоритов и пород астроблем. При более высоких давлениях изо-
тропизация Pl связана с аморфизацией вещества в результате плавления.
Введение
Процессы ударного метаморфизма, связанные с соударением космиче-
ских тел с планетами, в значительной степени определяют состав коры и
строение поверхности этих планет. По широко распространенным в настоя-
щее время представлениям, образованию планет сопутствовали интенсив-
ные импактные явления, сопровождавшие аккрецию [1]. Многочисленные
признаки импактного и термального метаморфизма, присутствующие в раз-
личных метеоритах, указывают на интенсивный импактогенез родительских
тел этих метеоритов [2]. Изучение астроблем и горных пород – импактитов,
возникающих при соударении крупных метеоритов и астероидов с поверх-
ностью Земли, вносит важный вклад в представления о строении и развитии
ее литосферы. В настоящее время в центре внимания исследователей импак-
Физика и техника высоких давлений 2007, том 17, № 1
127
тогенеза находится детальное изучение химических, структурных и фазовых
превращений минералов горных пород в ударных волнах. Механизмы и па-
раметры таких превращений изучаются с помощью физического моделиро-
вания импактных процессов в лабораторных условиях [3−6].
В данной работе проведено сравнительное исследование характера ударного
метаморфизма минералов групп Pl и Amf при ударно-волновом нагружении в
области давлений 26−52 GPa. Основной задачей является сравнение поведения в
ударных волнах минералов одних и тех же групп, т.е. обладающих близкими
кристаллическими структурами, но имеющих разные химические составы.
Исходные образцы
Образцы Pl-Amf-сланца с гранатом для исследований были отобраны на
Южном Урале в обнажении пород Фирсовской толщи, вдоль трассы
Уфа−Челябинск, в 5 km от Миасса в сторону Челябинска (образец ДН-31/1).
Образцы клинопироксен-Amf-Pl-сланца отбирались из пород Анабарского
щита, являющихся мишенью для астроблемы Попигай (образец 73-509а-1).
Образец ДН-31/1 имел плотность ρ = 3.06 ± 0.02 g/cm3. Средние по пяти
измерениям в разных точках образца на частоте 2.5 MHz значения про-
дольной Cl и поперечной Ct скоростей звука составляли: Cl = 5.31 ± 0.10 km/s,
Ct = 3.30 ± 0.05 km/s. Главные породообразующие минералы образца ДН-
31/1 – Amf (60 vol.%) и Pl (30 vol.%), второстепенные – гранат и кварц (каж-
дый до 5 vol.%), акцессорный минерал – магнетит.
Главные породообразующие минералы образца 73-509а-1 (ρ = 3.07 ±
± 0.02 g/cm3, Cl = 5.07 ± 0.20 km/s, Ct = 3.02 ± 0.10 km/s) – Pl (50 vol.%), Amf
(30 vol.%) и клинопироксен (20 vol.%). В качестве второстепенного минера-
ла в виде отдельных мелких зерен присутствовал кварц. Акцессорный мине-
рал – магнетит.
Породы образца ДН-31/1 образовались в условиях амфиболитовой фа-
ции, образца 73-509а-1 – в условиях гранулитовой фации.
Плагиоклаз. По данным рентгенофазового анализа (РФА), Pl обоих об-
разцов имеют триклинные кристаллические решетки с близкими параметра-
ми (в скобках указаны значения, соответствующие образцу 73-509а-1): a =
= 0.8165 (0.8165) nm, b = 1.2874 (1.2863) nm, c = 0.7109 (0.7102) nm, α =
= 93.38° (93.34°), β = 116.23° (116.15°), γ = 90.51° (90.32°). Размер областей
когерентного рассеяния (ОКР) – не менее 100 nm. По данным микрозондо-
вого анализа, Pl обоих образцов являются андезинами. Pl образца ДН-31/1 со-
ответствует химическая формула (Na0.68−0.71Ca0.30−0.32K0.01)[Al1.28−1.316Si2.68-2.71], а
Pl образца 73-509а-1 − (Na0.51−0.55Ca0.46−0.49K0.01−0.02)[Al1.43−1.46Si2.53−2.55]. Как
видно, Pl образца 73-509а-1 содержит больше кальция и меньше натрия
(анортитовая составляющая An ~ 45−48), чем Pl образца ДН-31/1 (An ~ 30−31).
Микрозондовые профили, выполненные поперек зерен, не выявили какой-
либо закономерной зональности.
Амфибол. По данным РФА, Amf обоих образцов имеют моноклинную
кристаллическую решетку с близкими параметрами (в скобках указаны зна-
Физика и техника высоких давлений 2007, том 17, № 1
128
чения, соответствующие образцу 73-509а-1): a = 0.9850 (0.9854) nm, b =
= 1.8034 (1.8066) nm, c = 0.5276 (0.5270) nm, β = 105.43° (105.43°). Размер
ОКР – не менее 100 nm.
По данным микрозондового анализа, Amf обоих образцов входят в под-
группу кальциевых амфиболов. Amf образца ДН-31/1 соответствует химиче-
ская формула
(Na0.14−0.16K0.05)Na0.13−0.14Ca1.71−1.75Fe+2
0.12−0.14(Mg2.16−2.21Fe+2
1.37−1.45Ti0.11) ×
× (AlIV0.81−0.9Fe+3
0.41−0.46)[Si6.45−6.57Al1.47−1.55]O22(OH1.93−2.00F0−0.08),
а Amf образца 73-509а-1 −
(Na0.23−0.28K0.19−0.20)Na0.02−0.07Ca1.88−1.96Fe+2
0.02−0.06(Mg2.28−2.65Fe+2
1.23−1.66Ti0.22−0.23) ×
× (AlIV0.45−0.65Fe+3
0.10−0.43)[Si6.24−6.38Al1.54−1.76]O22(OH1.4−1.71F0.19−0.44Cl0.08−0.11).
Согласно современной международной структурно-химической класси-
фикации [7] Amf образца ДН-31/1 относится к ряду магнезиальных роговых
обманок, а Amf образца 73-509а-1 – к ряду чермакитовых роговых обманок.
Таким образом, Amf образца 73-509а-1 отличается от Amf образца ДН-31/1
более высоким содержанием F, Ti и K.
Методика эксперимента
Образцы породы в виде дисков с диаметром 25 mm помещали между
двумя медными дисками (толщиной 1 и 2 mm) в стальные (40Х13) ампулы
сохранения плоской геометрии с наружным диаметром 62 mm. Эксперимен-
тальные сборки (рис. 1), состоящие из ампулы сохранения, стального охран-
ного кольца с наружным диаметром 150 mm и массивного стального осно-
вания, нагружали плоским ударом алюминиевых (Д16Т) пластин диаметром
90 mm, разгоняемых при помощи взрывных метательных устройств (ВМУ).
Рис. 1. Экспериментальная сборка: 1 –
детонатор; 2 − генератор плоской удар-
ной волны; 3 – взрывчатое вещество; 4 –
направляющее кольцо; 5 – ударник; 6 –
столбики, задающие подлетную базу
(25 mm); 7 – пластина-ослабитель
(ПММА); 8 – ампула сохранения; 9 −
охранное кольцо; 10 – основание
Физика и техника высоких давлений 2007, том 17, № 1
129
Таблица 1
Параметры ударно-волнового нагружения
Максимальное давление, GPa 26 36 52
Толщина ударника, mm 10 10 5
Скорость ударника, km/s 2.5 2.5 3.35
Толщина пластины-ослабителя, mm 9 − −
Толщина образца, mm 1 2 1
h*, mm 8 10 8
*h – расстояние от верхней (обращенной к ударнику) поверхности образца до
верхней поверхности ампулы сохранения.
Максимальное ударное давление достигалось в течение нескольких циркуля-
ций волн в образце (ступенчатое ударно-волновое сжатие) и составляло 26, 36 и
52 GPa. Характерные для использованных в данной работе сборок сохранения
и ВМУ зависимости давления в исследуемом материале от времени нагруже-
ния приведены в работе [8], а конкретные параметры нагружения − в табл. 1.
Изучение минералов, испытавших ударные нагрузки, проводили метода-
ми оптической и сканирующей электронной микроскопии на электронном
микроскопе CamScan-4DV. Химические составы минералов определяли на
микрозонде SX 100. Фазовые составы образцов исследовали методами РФА
на установке ДРОН-3М. Использовали Cu Kα-излучение. Количественный
фазовый анализ проводили методом внутреннего стандарта. В качестве
стандартного вещества использовали алмаз.
Плотность образцов определяли методом гидростатического взвешивания
на весах OHAUS Analytical Plus AP210. Продольную и поперечную скорости
звука в образцах определяли на установке «УЗИС-ГЭТУ», разработанной на
кафедре электроакустики и ультразвуковой техники СПбГЭТУ «ЛЭТИ», ме-
тодом измерения времени однократного прохождения ультразвукового им-
пульса через образец. Необходимо отметить, что в исследованном диапазоне
частот (1.25−5 MHz) результаты измерений скорости звука в образцах породы
значительно зависели от частоты, на которой проводились измерения.
Результаты
Плагиоклаз. Особенности ударно-метаморфических преобразований Pl
образцов ДН-31/1 и 73-509а-1 суммированы в табл. 2. При ударной нагрузке
26 GPa плагиоклаз образца ДН-31/1 (An ∼ 30−31) испытывает преимущест-
венно механические деформации (волнистое и блоковое погасание), изотро-
пизирована лишь небольшая часть зерен. В то же время большая часть зерен
Pl образца 73-509а-1 (An ∼ 45−48) интенсивно изотропизируется уже при этом
давлении. Рентгеноструктурные исследования показали, что размер ОКР не-
изотропизированного Pl обоих образцов составляет ~ 40 nm (ОКР Pl до экспе-
римента – более 100 nm). Остальная часть Pl-фазы в обоих образцах преиму-
щественно находится в мелкодисперсном состоянии с размером ОКР 1−2 nm.
Физика и техника высоких давлений 2007, том 17, № 1
130
Таблица 2
Особенности ударно-метаморфических преобразований Pl
Изотропизация Состояние Вынос NaДавление,
GPa ДН-31/1 73-509а-1 ДН-31/1 73-509а-1 ДН-31/1 73-509а-1
26 + ++ Мелкодисперсное 0
36 36 9
52 +++ Аморфное 14.5 3.8
Примечание . Особенности исходных Pl образцов ДН-31/1 и 73-509а-1: An со-
ставляет соответственно 30−31 и 45−48; содержание в породе (vol.%) − соответст-
венно 30 и 50.
При нагрузках 36 и 52 GPa плагиоклазы обеих пород практически полно-
стью изотропизируются. После нагрузки 36 GPa в обоих образцах количест-
во кристаллического Pl не превышает 2 wt.%, а остальная часть Pl-фазы пре-
имущественно находится в аморфном состоянии. Размер ОКР кристалличе-
ского Pl составляет 20 и 40 nm (для образцов ДН-31/1 и 73-509а-1 соответст-
венно). После нагружения до давления 52 GPa практически 100% Pl-фазы в
обоих образцах является аморфной, что, видимо, связано с полным плавле-
нием Pl при указанных давлениях. Такой вывод подтверждается данными
СЭМ: Pl-фаза при этих давлениях часто имеет пузыристую (пористую) тек-
стуру (рис. 2) и местами обладает перлитовой отдельностью, что характерно
для стекол, образующихся при застывании жидкого расплава.
Исследования химических составов ударно-метаморфизованных Pl-фаз
на микрозонде показали, что уже начиная с 26 GPa в зернах Pl обоих образ-
цов зафиксирована миграция Ca и Na в пределах отдельных зерен. При 36 и
52 GPa на фоне продолжающегося увеличения интенсивности миграции Са в
пределах отдельных зерен Na выносится за пределы зерен в значимых количе-
ствах в расплав, возникающий по тре-
щинам и в межзерновом пространстве.
Таким образом, в проведенных
экспериментах выявлено два меха-
низма изотропизации Pl: при нагрузке
26 GPa − мелкодисперсное дробление
материала на микроуровне, сопрово-
ждающееся образованием маскелини-
та, при 36 и 52 GPa − аморфизация,
связанная с плавлением.
Результаты проведенных экспери-
ментов хорошо согласуются с при-
родными данными. Как показывают
исследования ударно-метаморфизо-
ванных гнейсов из астроблемы Попи-
гай [9], Pl андезинового состава (An ~
~ 31−37) при ударных нагрузках око-
Рис. 2. Участки пористого материала в Pl
образца ДН-31/1, испытавшего ударную
нагрузку 52 GPa
Физика и техника высоких давлений 2007, том 17, № 1
131
ло 20 GPa испытывает только механические трансформации; при нагрузках
около 30 GPa по Pl преимущественно образуется диаплектовое стекло (мас-
келенит), т.е. происходит изотропизация Pl без плавления; при нагрузках
45−55 GPa по Pl образуется ударное стекло плавления.
Рис. 3. Зависимость степени изотропизации Pl от его состава (содержания An) [10]:
○ − экспериментальные данные [10]; □, , ■ − соответственно неизотропизирован-
ный, частично изотропизированный и полностью изотропизированный Pl (резуль-
таты настоящей работы)
Сопоставление полученных данных с результатами экспериментов по
ударно-волновому нагружению мономинеральных образцов Pl подтверждает
обнаруженную ранее тенденцию [10]: чем выше An в составе Pl, тем меньше
ударное давление, при котором он изотропизируется (рис. 3). В то же время
при ударно-волновом нагружении изотропизация Pl из полиминеральной
породы образца 73-509а-1 фиксируется при более низких давлениях, чем
изотропизация в экспериментах [10] с мономинеральными образцами близ-
кого состава, что может являться следствием особенностей прохождения
ударной волны в моно- и полиминеральных породах.
Амфибол. Особенности ударно-метаморфических преобразований Amf об-
разцов ДН-31/1 и 73-509а-1 суммированы в табл. 3. При амплитуде ударных
нагрузок 26, 36 и 52 GPa характерно появление в Amf обеих пород трещинова-
тости (рис. 4). Трещины в основном открытые, часть из них подчиняется кри-
сталлографическим направлениям. При нарастании силы ударного давления
количество трещин на единицу площади увеличивается. При ударной нагрузке
52 GPa в Amf образца 73-509а-1 вдоль отдельных трещин развивается несколь-
ко отличный по окраске материал, по составу аналогичный Amf. Вероятно,
Физика и техника высоких давлений 2007, том 17, № 1
132
вдоль трещин происходит частичная аморфизация Amf (рис. 4,д). Никакие дру-
гие ударно-метаморфические трансформации, а также миграции элементов для
Amf образца 73-509а-1 в исследованном диапазоне давлений не обнаружены.
Таблица 3
Особенности ударно-метаморфических преобразований Amf
Механиче-
ские транс-
формации
Аморфизация Миграция
элементов
Размер ОКР,
nm V, nm3Давле-
ние,
GPa ДН-
31/1
73-
509а-1
ДН-
31/1
73-
509а-1
ДН-
31/1
73-
509а-1
ДН-
31/1
73-
509а-1
ДН-
31/1
73-
509а-1
26 + ≥ 100 903.85 904.49
36 ++ − + 50 ≥ 100 901.44 906.76
52 +++ ++ Следы ++
−
45 30 910.79 915.64
Примечание . Особенности исходных Amf образцов ДН-31/1 и 73-509а-1: содер-
жание в породе (wol.%) составляет соответственно 60 и 30, размер ОКР (nm) − для
обоих ≥ 100; объем элементарной ячейки V (nm3) − соответственно 903.36 и 904.31.
В Amf образца ДН-31/1 при амплитуде ударной нагрузки 52 GPa фиксирует-
ся аморфизация в результате плавления вдоль многочисленных трещин. К краям
зерен трещины становятся шире, сеть их сгущается, фрагменты нерасплавленно-
го амфибола округляются, приобретают изъеденные, корродированные формы.
Местами по краям зерен Amf появляются участки, насыщенные пустотами –
следы ухода флюидной фазы. Именно такие участки Amf являются доказатель-
ством того, что мы имеем дело с плавлением («вскипанием») этого минерала
(рис. 4,е). Химический состав стекла в трещинах и по краям зерен близок к со-
ставу Amf. Это позволяет предположить, что соответствующие участки расплава
по Amf застывали практически мгновенно, без перемещения и смешивания с
расплавом по другим минералам (в частности, Pl). Иногда вдоль трещин появля-
ется мельчайшая осыпь рудного минерала (предположительно, магнетита). По
данным РФА, количество подвергшегося аморфизации Amf составляет ~ 20 wt.%.
Содержание FeO в Amf образца ДН-31/1 статистически значимо уменьша-
ется по сравнению с исходным как в зернах трещиноватых Amf, испытавших
ударные нагрузки 26, 36 и 52 GPa, так и в стекле, образованном по Amf при
52 GPa, но в последнем это уменьшение более интенсивное. Уменьшение ко-
личества данного элемента связано с выносом (миграцией) его из Amf-фазы.
При этом часть железа уходит в Pl-фазу, а часть, окисляясь, входит в новооб-
разованную фазу – оксид, который иногда образует мельчайшую осыпь вдоль
трещин в Amf. Содержание MgO, напротив, статистически значимо увеличи-
вается по сравнению с исходным в амфиболах, испытавших ударные нагрузки
26, 36 и 52 GPa. Но в пузырчатом стекле, образованном по Amf при 52 GPa,
его содержание резко падает. Кроме того, в Amf образца ДН-31/1 отмечается
увеличение дисперсии массовых содержаний многих химических элементов,
возрастающее с ростом ударного давления от 36 к 52 GPa, что указывает на
миграцию элементов внутри отдельных зерен.
Физика и техника высоких давлений 2007, том 17, № 1
133
Рис. 4. Амфибол в образцах кристаллических сланцев: ДН-31/1: а − исходный; б, в,
г − испытавшие ударную нагрузку (GPa) соответственно 26, 36 и 52; 73-509а-1: д, е −
испытавшие нагрузку (GPa) соответственно 36 и 52
Физика и техника высоких давлений 2007, том 17, № 1
134
Результаты рентгеноструктурных исследований ударно-метаморфизованных
фаз выявляют для Amf образца 73-509а-1 монотонное увеличение объема
элементарной ячейки с ростом ударного давления (см. табл. 3), что, вероят-
но, связано с увеличением количества дефектов в кристаллической решетке
Amf в результате прохождения ударной волны. В то же время объем элемен-
тарной ячейки Amf образца ДН-31/1, испытавшего ударную нагрузку 36 GPa,
уменьшается примерно на 0.2% по сравнению с исходным, а при 52 GPa −
увеличивается. Можно предположить, что немонотонный характер измене-
ния объема V элементарной ячейки Amf в данном случае связан с конкурен-
цией двух процессов: ростом дефектности кристаллической решетки, что
приводит к увеличению V, и изменением химического состава ударно-
метаморфизованных Amf образца ДН-31/1, что приводит к уменьшению V (в
первую очередь за счет обезвоживания Amf).
В сравнении с другими главными породообразующими минералами
ударно-метаморфические трансформации амфибола изучены значительно
хуже [1]. При амплитуде ударных нагрузок до 20 GPa в Amf из ударно-
метаморфизованных пород астроблем фиксируются только механические
деформации и образование планарных элементов. При более высоких на-
грузках лишь для роговой обманки из импактированных амфиболитов и
плагиогнейсов Пучеж-Катункской астроблемы, по составу близкой к Amf
образца ДН-31/1, зафиксировано ударно-термическое разложение с образо-
ванием новых фаз [11].
В статических условиях на стабильность Amf влияют самые разнообраз-
ные причины. В частности, было показано, что стабильность Amf по отно-
шению к статическому сжатию возрастает при увеличении содержания
Al2O3 и Al(IV) [12,13].
Температура стабильности роговых обманок зависит от многих факто-
ров, в том числе от их химического состава. Например, увеличение содер-
жания Fe снижает, а увеличение содержания K и Ti повышает эту темпера-
туру [14]. Также известно, что увеличение содержания F в роговой обманке
повышает температуру ее стабильности [15−17]. Исследования стабильности
паргасита (магнезиальной высокоглиноземистой роговой обманки) в стати-
ческих экспериментах показали, что фторсодержащий паргасит стабилен до
1100°C при 0.5 GPa [18] и до 1300°C при 3.5 GPa [19]. В то же время для
бесфтористого паргасита верхний предел стабильности оценивается не
больше, чем в 1050°C [20,21].
Как следует из полученных в данной работе экспериментальных данных,
роговая обманка, которая является более фтористой, содержит больше Ti и
K (в нашем случае это Amf образца 73-509а-1) при ударно-волновом нагру-
жении, так же как и в статических условиях, оказывается более стабильной.
В то же время необходимо учитывать, что содержание Amf в породе 73-
509а-1 в два раза ниже, чем в породе ДН-31/1, что может оказывать влияние
на характер ударно-волнового сжатия Amf и, как следствие, на особенности
его ударно-метаморфических трансформаций.
Физика и техника высоких давлений 2007, том 17, № 1
135
Выводы
Проведено сравнительное исследование характера ударного метамор-
физма Pl и Amf разного химического состава в области давлений 26−52 GPa.
Показано, что уже на твердофазной стадии преобразований в Pl и Amf начи-
нается миграция некоторых химических элементов, усиливающаяся на ста-
дии плавления.
Установлено, что изотропизация Pl с более низким содержанием Na (и
соответственно более высоким содержанием Ca) происходит при более низ-
ких ударных давлениях. Аналогичная тенденция ранее была зафиксирована
в ударно-волновых экспериментах с мономинеральными образцами. В то же
время изотропизация Pl в экспериментах с полиминеральными образцами
наблюдается при более низких давлениях, чем в экспериментах с мономине-
ральными образцами.
Обнаружено, что изотропизация Pl в условиях ступенчатого ударно-
волнового сжатия происходит по двум различным механизмам: при относи-
тельно низких давлениях изотропизация обусловлена дроблением вещества
на микроуровне, сопровождающемся образованием маскелинита. При более
высоких давлениях изотропизация связана с аморфизацией вещества в ре-
зультате плавления.
Установлено, что при повышении в составе Amf содержания F, Ti и K
аморфизация Amf происходит при более высоких давлениях. Аналогичная тен-
денция ранее была обнаружена при исследовании Amf в статических условиях.
Авторы благодарят В.И. Фельдмана (МГУ им. Ломоносова) за интерес к
данной работе и полезные замечания. Работа выполнена при поддержке
Программы Президиума РАН «Исследования вещества в экстремальных ус-
ловиях» и Российского фонда фундаментальных исследований.
1. В.И. Фельдман, Петрология импактитов, Изд-во Моск. ун-та, Москва (1990).
2. K. Metzler, K.D. Bobe, H. Palme, B. Spettel, D. Stöffler, Planet. Space Sci. 43, 499 (1995).
3. D. Stöffler, Fortschr. Mineral. 49, 50 (1972).
4. D. Stöffler, Fortschr. Mineral. 51, 256 (1974).
5. В.И. Фельдман, Л.В. Сазонова, Е.А. Козлов, ДАН 393, 813 (2003).
6. V.I. Fel’dman, L.V. Sazonova, V.V. Milyavskii, T.I. Borodina, S.N. Sokolov, A.Z. Zhuk,
Izvestiya, Phys. Solid Earth 42, 477 (2006).
7. B.E. Leake, A.R. Wooley, C.E.S. Arps, W.D. Birch, M.C. Gilbert, J.D. Grice, F.C. Haw-
thorne, A. Kato, H.J. Kisch, V.G. Krivovichev, K. Linthout, J. Laird, J. Mandarino,
W.V. Maresch, E.H. Nickel, N.M.S. Rock, J.C. Schumacher, D.C. Smith, N.C.N. Ste-
phenson, L. Ungaretti, E.J.W. Whittaker, G. Youzhi, Am. Mineral. 82, 1019 (1997).
8. А.З. Жук, Т.И. Бородина, В.В. Милявский, В.Е. Фортов, ДАН 370, 328 (2000).
9. Л.В. Сазонова, Геохимия 30, 338 (1992).
10. D. Stöffler, R. Ostertag, C. Jammes, G. Pfannschmidt, Geochim. Cosmochim. Acta
50, 889 (1986).
Физика и техника высоких давлений 2007, том 17, № 1
136
11. Глубокое бурение в Пучеж-Катункской импактной структуре, В.Л. Масайтис,
Л.А. Певзнер (ред.), Изд-во ВСЕГЕИ, С.-Петербург (1999).
12. J.M. Hammerstrom, E. Zen, Am. Mineral. 71, 1297 (1986).
13. L. Hollister, G. Grissom, E. Peters, Am. Mineral. 72, 231 (1987).
14. F.S. Spear, Am. J. Sci. 281, 697 (1981).
15. M. Gilbert, R. Helz, R. Popp, Rev. Miner. B9, 229 (1982).
16. T. Tsunogae, Y. Osanai, M. Owada, T. Toyoshima, T. Hokada, W.A. Crowe, Lithos
70, 21 (2003).
17. H. Sato, S. Nakada, T. Fujii, Journal of Volcanology and Geothermal Research 89,
197 (1999).
18. J. Hollway, C.E. Ford, Earth Planet. Sci. Lett. 25, 44 (1975).
19. S. Foley, Geochim. Cosmochim. Acta 55, 2689 (1991).
20. J. Hollway, Geochim. Cosmochim. Acta 37, 651 (1973).
21. R. Lykins, D. Jenkin, Contr. Mineral. Petrol. 112, 405 (1992).
V.V. Milyavskiy, L.V. Sazonova, I.V. Beljatinskaja, T.I. Borodina, D.M. Zhernokletov,
S.N. Sokolov, A.Z. Zhuk
THE IMPACT METAMORPHISM OF PLAGIOCLASE AND AMPHIBOLE
IN CONDITIONS OF STEPWISE SHOCK-WAVE COMPRESSION OF
POLYMINERAL ROCKS
The impact transformations of plagioclase (Pl)-amphibole (Amf) schist with garnet
(Southern Urals) and clinopyroxene-Amf-Pl schist (Anabar Shield) have been studied
with use of recovery assemblies of planar geometry. In the specimens, shock pressures
were ranged from 26 to 52 GPa. It was found that an increase of content of F, Ti, and K in
a composition of Amf, as well as a decrease of content of Ca in a composition of Pl, make
these minerals more resistant to action of shock waves. In experiments with the stepwise
shock compression of polymineralic rocks the isotropization of Pl begins at lower pres-
sures than in analogous experiments with monomineralic specimens. Under relatively low
pressures, Pl isotropization is caused by its fragmentation on a microscopic scale and is
associated with the origin of maskelynite − a typical mineral of meteorites and as-
troblemes. At higher pressures, Pl isotropization is related to amorphization by means of
melting.
Fig. 1. An experimental assembly: 1 − detonator; 2 − plane shock wave generator; 3 −
explosives; 4 − focusing ring; 5 − flyer; 6 − supports (with a height of 25 mm); 7 −
damping plate (PMMA); 8 − recovery ampoule; 9 − momentum trap; 10 − baseplate
Fig. 2. Sites of a porous material in Pl of DN-31/1 specimen shocked up to 52 GPa
Fig. 3. A degree of isotropization of Pl versus its composition (the content of An) [10]: ○ −
experimental data [10]; □, , ■ − non-isotropic, partially isotropic and completely iso-
tropic Pl, accordingly (the results of the present paper)
Fig. 4. Amphibole in the specimens of crystalline schists: DN-31/1: а – starting; б, в, г –
shock tested (GPa, respectively 26, 36 and 52; 73-509а-1: д, е − shock tested (GPa), re-
spectively 36 and 52
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-70301 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0868-5924 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-01T19:12:03Z |
| publishDate | 2007 |
| publisher | Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Милявский, В.В. Сазонова, Л.В. Белятинская, И.В. Бородина, Т.И. Жерноклетов, Д.М. Соколов, С.Н. Жук, А.З. 2014-11-02T08:39:40Z 2014-11-02T08:39:40Z 2007 Ударный метаморфизм плагиоклаза и амфибола при ступенчатом ударно-волновом нагружении горных пород / В.В. Милявский, Л.В. Сазонова, И.В. Белятинская, Т.И. Бородина, Д.М. Жерноклетов, С.Н. Соколов, А.З. Жук // Физика и техника высоких давлений. — 2007. — Т. 17, № 1. — С. 126-136. — Бібліогр.: 21 назв. — рос. 0868-5924 PACS: 62.50.+p, 91.60.Gf, 91.60.−x https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/70301 Проведено экспериментальное исследование характера ударного метаморфизма плагиоклаз (Pl)-амфиболового (Amf) сланца с гранатом (Южный Урал) и клинопироксенAmf-Pl-сланца (Анабарский щит) при ударно-волновом нагружении в ампулах сохранения плоской геометрии. Максимальное ударное давление в образцах варьировалось в диапазоне 26−52 GPa. Установлено, что повышение содержания F, Ti и K в составе Amf, как и понижение содержания Ca в составе Pl, делает эти минералы более устойчивыми к воздействию ударных волн. Изотропизация Pl в экспериментах по ступенчатому ударно-волновому сжатию полиминеральных горных пород начинается при более низких давлениях, чем в аналогичных экспериментах с мономинеральными образцами. При относительно низких давлениях изотропизация Pl обусловлена дроблением вещества на микроуровне и сопровождается образованием маскелинита – типичного минерала метеоритов и пород астроблем. При более высоких давлениях изотропизация Pl связана с аморфизацией вещества в результате плавления. The impact transformations of plagioclase (Pl)-amphibole (Amf) schist with garnet (Southern Urals) and clinopyroxene-Amf-Pl schist (Anabar Shield) have been studied with use of recovery assemblies of planar geometry. In the specimens, shock pressures were ranged from 26 to 52 GPa. It was found that an increase of content of F, Ti, and K in a composition of Amf, as well as a decrease of content of Ca in a composition of Pl, make these minerals more resistant to action of shock waves. In experiments with the stepwise shock compression of polymineralic rocks the isotropization of Pl begins at lower pressures than in analogous experiments with monomineralic specimens. Under relatively low pressures, Pl isotropization is caused by its fragmentation on a microscopic scale and is associated with the origin of maskelynite − a typical mineral of meteorites and astroblemes. At higher pressures, Pl isotropization is related to amorphization by means of melting. Авторы благодарят В.И. Фельдмана (МГУ им. Ломоносова) за интерес к данной работе и полезные замечания. Работа выполнена при поддержке Программы Президиума РАН «Исследования вещества в экстремальных условиях» и Российского фонда фундаментальных исследований. ru Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України Физика и техника высоких давлений Ударный метаморфизм плагиоклаза и амфибола при ступенчатом ударно-волновом нагружении горных пород Ударний метаморфізм плагіоклазу і амфіболу при ступінчатому ударно-хвильовому навантаженні гірських порід The impact metamorphism of plagioclase and amphibole in conditions of stepwise shock-wave loading of rocks Article published earlier |
| spellingShingle | Ударный метаморфизм плагиоклаза и амфибола при ступенчатом ударно-волновом нагружении горных пород Милявский, В.В. Сазонова, Л.В. Белятинская, И.В. Бородина, Т.И. Жерноклетов, Д.М. Соколов, С.Н. Жук, А.З. |
| title | Ударный метаморфизм плагиоклаза и амфибола при ступенчатом ударно-волновом нагружении горных пород |
| title_alt | Ударний метаморфізм плагіоклазу і амфіболу при ступінчатому ударно-хвильовому навантаженні гірських порід The impact metamorphism of plagioclase and amphibole in conditions of stepwise shock-wave loading of rocks |
| title_full | Ударный метаморфизм плагиоклаза и амфибола при ступенчатом ударно-волновом нагружении горных пород |
| title_fullStr | Ударный метаморфизм плагиоклаза и амфибола при ступенчатом ударно-волновом нагружении горных пород |
| title_full_unstemmed | Ударный метаморфизм плагиоклаза и амфибола при ступенчатом ударно-волновом нагружении горных пород |
| title_short | Ударный метаморфизм плагиоклаза и амфибола при ступенчатом ударно-волновом нагружении горных пород |
| title_sort | ударный метаморфизм плагиоклаза и амфибола при ступенчатом ударно-волновом нагружении горных пород |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/70301 |
| work_keys_str_mv | AT milâvskiivv udarnyimetamorfizmplagioklazaiamfibolapristupenčatomudarnovolnovomnagruženiigornyhporod AT sazonovalv udarnyimetamorfizmplagioklazaiamfibolapristupenčatomudarnovolnovomnagruženiigornyhporod AT belâtinskaâiv udarnyimetamorfizmplagioklazaiamfibolapristupenčatomudarnovolnovomnagruženiigornyhporod AT borodinati udarnyimetamorfizmplagioklazaiamfibolapristupenčatomudarnovolnovomnagruženiigornyhporod AT žernokletovdm udarnyimetamorfizmplagioklazaiamfibolapristupenčatomudarnovolnovomnagruženiigornyhporod AT sokolovsn udarnyimetamorfizmplagioklazaiamfibolapristupenčatomudarnovolnovomnagruženiigornyhporod AT žukaz udarnyimetamorfizmplagioklazaiamfibolapristupenčatomudarnovolnovomnagruženiigornyhporod AT milâvskiivv udarniimetamorfízmplagíoklazuíamfíbolupristupínčatomuudarnohvilʹovomunavantažennígírsʹkihporíd AT sazonovalv udarniimetamorfízmplagíoklazuíamfíbolupristupínčatomuudarnohvilʹovomunavantažennígírsʹkihporíd AT belâtinskaâiv udarniimetamorfízmplagíoklazuíamfíbolupristupínčatomuudarnohvilʹovomunavantažennígírsʹkihporíd AT borodinati udarniimetamorfízmplagíoklazuíamfíbolupristupínčatomuudarnohvilʹovomunavantažennígírsʹkihporíd AT žernokletovdm udarniimetamorfízmplagíoklazuíamfíbolupristupínčatomuudarnohvilʹovomunavantažennígírsʹkihporíd AT sokolovsn udarniimetamorfízmplagíoklazuíamfíbolupristupínčatomuudarnohvilʹovomunavantažennígírsʹkihporíd AT žukaz udarniimetamorfízmplagíoklazuíamfíbolupristupínčatomuudarnohvilʹovomunavantažennígírsʹkihporíd AT milâvskiivv theimpactmetamorphismofplagioclaseandamphiboleinconditionsofstepwiseshockwaveloadingofrocks AT sazonovalv theimpactmetamorphismofplagioclaseandamphiboleinconditionsofstepwiseshockwaveloadingofrocks AT belâtinskaâiv theimpactmetamorphismofplagioclaseandamphiboleinconditionsofstepwiseshockwaveloadingofrocks AT borodinati theimpactmetamorphismofplagioclaseandamphiboleinconditionsofstepwiseshockwaveloadingofrocks AT žernokletovdm theimpactmetamorphismofplagioclaseandamphiboleinconditionsofstepwiseshockwaveloadingofrocks AT sokolovsn theimpactmetamorphismofplagioclaseandamphiboleinconditionsofstepwiseshockwaveloadingofrocks AT žukaz theimpactmetamorphismofplagioclaseandamphiboleinconditionsofstepwiseshockwaveloadingofrocks |