 | Мантийные и Коровые Гранатовые Перидотиты |
Мантийные и Коровые Гранатовые Перидотиты
Ультрамафические породы, содержащие гранат, широко распространены как небольшой, но существенный компонент в Dabie-Sulu VHP группе автохтонов. Хотя большинство поверхностных проявлений глубоко серпентинизировано, свежие образцы из карьеров и керн буровой скважины китайского Континентального Научного Проекта Бурения (Chinese Continental Scientific Drilling Project) состоят из garnet lherzolite, гарцбургита (harzburgite) и незначительной примеси wehrlite и дунитаe. Гранатовые перидотиты Dabie-Sulu классифицируются как мантийные (тип A) или коровые (тип B) на основе структурных, геохимических, и изотопических характеристик. Интрузии типа B появляются из небольших ультрамафических накаплений, связанных с доминирующими метагабброидными слоями различных составов, тогда как перидотиты типа А представляют собой метпморфизованные фрагменты мантии, некоторые из них содержат примеси эклогита и включения гранатового клинопироксена (garnet clinopyroxenite pods). Обе группы подверглись VHP метаморфизму в триасовой зоне субдукции; некоторые разности были метаморфизованы в глубинах мантии при P-T условиях более 5°C/км с давлением примерно до 6.7 GPa и T <950°C.
Морфология зон цирконовых зерен, и изотопические исследования U-Pb в SHRIMP (sensitive high-resolution ion microprobe) ядер и оправ, обеспечивают важные ограничения относительно того, действительно ли полученные мантийные гранатовые перидотиты испытали зональный субдукционный метаморфизм. Большинство цирконов китайских гранатовых перидотитов имеет округлую изометрическую форму без унаследованных ядер, подразумевая метаморфическое происхождение. U-Pb датирование цирконов от перидотитов и приложенных эклогитовых линз в области Sulu показало возраст VHP метаморфизма в 220-240 МА; данные совместимы с возрастами VHP метаморфизма во вмещающих породах в 230 МА. Однако, изучение reconnaissance study of Hf isotopic и U-Pb возрасты верхней точки пересечения цирконов приводят к раннему протерозою и даже архею, что моделирует возраст скоре всего других гранатовых перидотитов в Sulu и предлагается, что некоторые тела имели длительный резидентский стаж в мантийном клине до вовлечения в триасовую субдукцию.
Микроструктуры VHP Минералов
Exsolution of Mineral Lamellae –Экзолюция Минеральных Чешуек
Изучение микроинералов и структур экзолюции показало наличие многочисленных сохраненных от больших глубин образований , сформированных при еще более высоких давлениях P, чем по оценкам обычного геобарометра (например, Grt-Opx). Добржинецкая и др. выдвинули гипотезу, что exsolved FeTiO3 lamellae были первоначально высокобарическим полиморфным перовскитом по ильмениту (high-P perovskite polymorph of ilmenite), и что предшествующая фаза сформировалась в условиях 10-15 GPa (300-450 км). От количества, морфологии, кристаллографии, и топотаксии (topotaxy) этих окисей они вывели очень высокую растворимость высоко заряженных катионов (Ti и Cr). Последующие эксперименты подтвердили, что более одного объемного процента TiO2 может быть размещено в оливине. Дополнительное наблюдение экзольвированного кальциево обедненного пироксена (exsolved Ca-poor pyroxene), показывающего области антифазовых доменов в диопсиде, также поддерживает идею относительно чрезвычайно глубокого происхождения (> 300 км) для гранатового перидотита в Alpe Arami.
Precursor majoritic garnet постулировался в основаном на идентификации чешуек пироксена, экзольвированных от граната в норвежском орогенном гранатовом перидотите. Многоступенчатые процессы формирования majoritic garnet нодулей впоследствии были описаны для вероятной глубины примерно 180 км - глубины происхождения перидотита Otroy. Экспериментальное моделирование линии эксгумации мантийного материала показывает, что высокотемпературная (1,400°C) декомпрессия минерала lherzolite в условиях от 14 до 12 GPa кончается экзолюцией промежуточных волдырей (blebs) диопсида и чешуек Mg2SiO4 (wadsleyite) от родительского majoritic garnet. Последующие исследования, вовлекающее изучение концентрации редкоземельных элементов REE (rare earth element) в минералах и других геохимических характеристиках, так же как пересчет объема экзолюций включений пироксена в гранат позволили дать иное толкование происхождения гранатового перидотита в Otroy. Очевидно архейский (3.5 Ga) глубокомантийный перидот, содержащий majoritic garnet, подвергся экзолюции в течение резко подъема с глубины 350 км или больше и был подвергнут экстенсивному подплавлению; его остаток сформировал a garnet-bearing cratonic root (корень кратона). Эти литосферные фрагменты мантии протерозойского возраста (1.8-1.4 Ga) были затем включены в субдуцирующуюся сиалическую кору в течение каледонской коллизии континентов примерно 400 МА. Заключение о предсубдукционной экзолюции базировалось на детальных датировках возраста по Re-Os и Nd-Sm, на концентрациях REE и разделении между экзолвированными пироксенами и вмещающим гранатом (conclusion of presubduction exsolution was based on detailed Re-Os and Nd-Sm age data and on REE concentrations and partitioning between exsolved pyroxenes and the host garnet).
Многочисленные примеры экзолюции граната и клинопироксена в перидотитах и эклогитах Dabie-Sulu вероятные всего получены от предшествующего majoritic garnet, сформированного на значительных глубинах мантии. Крупнозернистые гранатовые клинопироксены (сoarse-grained clinopyroxenes) из гранатового клинопироксена Rizhao содержат до 25 % объема экзолированного граната и 4% объема - ильменитов. Петрологические и экспериментальные исследования предлагают, что предшественник такого прорастания был majoritic garnet, в котором произошли следующие превращения:
Ca2+Ti4 + --- 2Al3 +, Mg2+Si4 + --- 2Al3 +, и Na+Ti4 --- Ca2+Al3 + (octahedral sites).
Экзолированные иглы пироксена, рутила и апатита по плоскостям граната в эклогитовых слоях в перидотите Yangkou базируются на оптических и SEM наблюдениях.
О подобных чешуйках экзолюции существует предложение, что их предшественник, majoritic garnet, сформировался в глубинах более 200 км. Однако, несмотря на многочисленные сообщения о majoritic garnet во многих уголках Земли, формирование VHP метаморфизма возможно и в глубинахного верхней мантии, и затем позже, возможно, изолированного в мантийном клине (Норвегия), или в зоне субдукции типа Кокчетавской в северном Казахстане. Эта проблема остается не полностью исследованной.
Суперкремнeвый титанит был предложен для индикации предыдущей чешуек коесита (coesite) в титаните Кокчетавского мрамора (impure marble), который сформировался в P более 6 GPa. Другие чешуйки экзолюции кварца или K-полевого шпата с или без phengite в диопсиде от содержащих алмаз мрамора и гнейса; экзолюции кварца в эклогитовом омфаците (eclogitic omphacite), вместе с биологическим C-изотопом для микроалмазов (biologic C-isotope signatures for microdiamonds), позволяют заключить, что субдуцированный коровый felsic и карбонатный протолит достиг глубины мантии более 180 км. Трансмиссионный электронный микроскоп TEM (transmission electron microscopy) идентифицирует нанометрические включения арагонита (CaCO3) и магнезита (MgCO3) в микроалмазах, вместе с экспериментальной стабильностью этих карбонатов, далее предлагает, что имеющие алмаз породы Кокчетавского горного массива были субдуцированы на глубину 190-280 км. Очевидно, экзолюция произошла в течение декомпрессии/эксгумации пород VHP. Кроме того, толстые миллимикронные (до 2 mm) чешуйки а-PbO2, пропечатавшие TiO2, происходят между многочисленными сдвоенными кристаллами рутила и в случае diamond-bearing felsic rocks из Рудных гор (Erzgebirge), и в коесит содержащих эклогитах Dabie. Возникновение этих чешуек подразумевает субдукцию континентальных материалов на глубину более 200 км. Эти наблюдения, вместе с выведенным суперкремнёвыми титанитами Кокчетавского мрамора, позволяют заключить, что некоторые континентальные суперкоровые породы были субдуцированы на глубины по крайней мере в 300 км прежде, чем были возвращены на поверхность. Эти глубины метаморфизма демонстрируют, что вмещающие породы (country rock), возможно не так глубоко были захоронены, как некоторые гранатовые перидотиты, поднявшиеся от глубин субдукции (astonishing subduction depths).