Обобщение магнитопетрологических данных

А. Разрезы докембрийских массивов, относимые ныне к нижней части континентальной коры, представляют собой большей частью вулканогенно-осадочные толщи и близповерхностные интрузивные тела архейского и протерозойского возраста, близкие к режиму формирования океанской коры. Впоследствии накопление осадков и магматизм наращивали кору "сверху", а коллизионные и др. складчатые процессы вели к погружению, мощным деформациям и глубинному метаморфизму пород. При формировании земной коры в архее в первичных магмах преобладали относительно восстановительные условия, близкие "силикатной" зоне; соответственно, из рудных минералов резко преобладают ильмениты и реже встречаются высокотитановые титаномагнетиты, близкие к ульвошпинели, которые на ранних стадиях остывания пород гетерофазно изменялись с выделением магнетита. Последний и является главным носителем магнетизма архейской земной коры. При погружении архейских толщ и их метаморфизме в условиях все той же "силикатной" зоны первично-магматические ильмениты и титаномагнетиты сохранялись, по крайней мере, частично.

В архее кора была преимущественно немагнитной и небольшой относительно мощности, так что вероятнее всего в архее вообще не было региональных магнитных аномалий.

В. Главные закономерности в распределении магнитных минералов в архейской земной коре: 1) Общегеологическая - осадочные породы обычно немагнитны, магматические - и магнитные, и немагнитные в зависимости от тектонической обстановки и процессов дифференциации, породы мантии - немагнитные; 2) Тектоническая - магматические магнитные породы относятся к зонам растяжения (зоны спрединга и т.п.), а магматические немагнитные - к зонам сжатия (коллизионный, соскладчатый магматизм); 3) Магматическая - "внутри" зон растяжения идет процесс магматической кристаллизационной дифференциации, который приводит к образованию двух групп пород - первая - это немагнитные и слабомагнитные кумуляты, вторая - продукты дифференциации - магнитные. Это деление четко выражается в концентрации магнитных минералов и ряде петрохимических характеристик (рис. 4-7). Магнитные породы - это исключительно исходно магматические породы, главным образом, основного состава, реже кислого и среднего. Крайне редки скопления магнитных минералов иного происхождения.

Следует обратить внимание на: а) Поразительное постоянство отношений TiO₂/(FeO+Fe₂O₃ ) в породах и титаномагнетитах, образующих два уровня: нижний - рифтовые базальты, океанические и континентальные (в породе 0,2-0,1, в титаномагнетите 0,28-0,31) верхний - все магнитные габбро (в породе 0,02-0,06, в титаномагнетите 0,06-0,12). Первый уровень соответствует узким пределам изменений окислительных условий в равновесной базальтовой магме рифтовых зон. Эти условия отвечают, видимо, уровню термодинамического равновесия базальтовой магмы на глубине первичных очагов - 50-60 км; второй уровень соответствует условиям островодужного магматизма и высокотемпературной переработки пород земной коры в однообразных окислительных условиях, на глубине 5-25 км [Петромагнитная модель..., 1994; Печерский и др., 1975]. б) Удивительную повторяемость закономерностей формирования и распределения магнитных и немагнитных пород от архейских до современных, что свидетельствует в пользу однотипности магматических процессов на протяжении геологической истории Земли.

С. Роль метаморфизма. Основная масса пород сохраняет первичное деление на магнитные и немагнитные, несмотря на глубинный метаморфизм: осадочные породы остаются обычно немагнитными и слабомагнитными, хотя содержания железа в них вполне достаточно для образования заметных концентраций магнетита; сохраняется в большинстве своем деление магматических пород на магнитные дифференциаты и немагнитные кумуляты. Есть, естественно, определенная доля вклада метаморфизма в намагниченность пород, но она невелика по сравнению с первично-магматическим вкладом. При остывании нижней коры, кислородный режим становился более окислительным, в результате чего происходил распад и перекристаллизация Fe-Ti окислов с образованием магнетита и, следовательно, обогащение гранулитов относительно низкотемпературным магнетитом. Процесс перекристаллизации in situ отражает первичное распределение Fe-Ti окислов в толщах архея и магматических телах в них.

Многие исследователи пишут о росте намагниченности от амфиболитовой к гранулитовой фации в архейских породах. На самом деле чаще встречается процесс наложения регрессивного метаморфизма на гранулиты, т.е. идет спад намагниченности от гранулитов к амфиболитам. Гранулиты - процесс "сухой" и близкий к изохимическому, когда железо, находящееся в силикатах, мало подвижно. Следовательно, главный процесс - перекристаллизация первичных рудных Fe-Ti минералов. Таким образом, магнетизм гранулитов, в некотором роде память о магнетизме первичных пород. Часть магнитных минералов гранулитов являются вторичными продуктами разрушения таких немагнитных рудных минералов как ильмениты, Mg-Al-Cr феррошпинели, которых в низах коры и верхах мантии достаточно много. Все мантийные породы, включая ильменитсодержащие, немагнитные, т.е. преобразование ильменита и немагнитных феррошпинелей в магнитные минералы идут в более окислительных условиях, чем верхнемантийные.

Магнетит обычно образуется при метаморфизме с участием флюида. Как показывают опыты, наличие флюида - условие необходимое для образования обособленных зерен магнетита, но недостаточное - флюид должен быть обогащен железом. Во многих работах подчеркивается нарастание с глубиной количества восстановленных газов Н, СО, СН и др., растет кислотность (падает pH ) таких флюидов и они являются хорошими растворителями и переносчиками железа. Это один из наиболее возможных путей образования обогащенных железом флюидов. Такой флюид разрушает Fe-Ti окислы, как менее устойчивые, чем породообразующие силикаты, следовательно, действие такого флюида приведет в первую очередь к уничтожению магнитных и других рудных минералов. Это, очевидно, и объясняет падение намагниченности пород при переходе от гранулитов к амфиболитам. По мере подъема флюида он окисляется, растет pH флюида. В результате создаются условия, благоприятные для осаждения железа в форме магнетита и близких ему феррошпинелей.

D. Специфика ксенолитов - вынос из приочаговых зон со специфическим режимом, где накапливается большое количество флюида, происходит подплавление пород с образованием высокотитановых титаномагнетитов, соответствующих режиму в очаге в момент захвата ксенолита или близкого времени. Отсюда, очевидно, сходство составов титаномагнетитов в "черных" пироксенитах и вмещающих базальтах ( x =0,6-0,65). Такое явление обогащения магнитными минералами глубинных пород в приочаговых зонах локально, о чем говорит, например, отсутствие региональных магнитных аномалий вдоль Курильских островов, в районах развития вулканизма Малого Кавказа и Монголии, где среди ксенолитов глубинных пород достаточно много магнитных.

Заключение

Из собственных исследований и обзора мировых данных следует, что главным источником магнетизма земной коры и региональных магнитных аномалий с архея доныне являются магматические породы, формировавшиеся в зонах растяжения в поверхностных и близповерхностных условиях. Эта ситуация сохраняется, несмотря на метаморфизм и перекристаллизацию магнитных минералов.

Из силикатов в условиях низов континентальной коры новообразование магнитных минералов не происходит (во всяком случае в масштабах, серьезно влияющих на аномальное магнитное поле). При благоприятном T-fO₂ режиме новообразование магнитных минералов возможно тремя путями: кристаллизация первичных минералов из расплава (а), из флюида, обогащенного железом (в) и перекристаллизация in situ Fe-Ti окислов в соответствии с меняющимися T-fO₂ условиями (с).

Область стабильного существования первично-магматических магнитных минералов (прежде всего это титаномагнетиты) распространяется на глубину до 40-50 км, область наиболее благоприятной их кристаллизации не глубже 30 км. Точки Кюри таких первичных титаномагнетитов обычно ниже 300^oС, т.е. в условиях нижней континентальной коры они немагнитны и не могут быть источниками региональных магнитных аномалий. Правда, первичные титаномагнетиты и ильмениты могут быть источником образования магнитных минералов, близких к магнетиту, в результате их перекристаллизации in situ. Тогда такие породы, содержащие первичные титаномагнетиты и ильмениты, становятся главными потенциальными источниками региональных магнитных аномалий.

Литература

Афанасьев Н. С., Корреляция физических параметров, минерального и химического состава в горных породах докембрия ВКМ, В сб.: Вопросы геологии КМА, с. 50-56, Воронеж. университет, Воронеж, 1978.

Баженова Г. Н., Шаронова З. В., Геншафт Ю. С. и др., Петромагнитное изучение кристаллических пород Алданского щита, Физ. Земли, (3), 29-36, 1998.

Баженова Г. Н., Геншафт Ю. С., Печерский Д. М. и др., Петромагнитные характеристики и рудные минералы кристаллических пород Алдано-Станового нуклеара, Физика Земли, 2001.

Богатиков О. А., Карпова О. В., Печерский Д. М. и др., Исследования Fe-Ti окисных минералов Патынского габброидного массива в связи с условиями его образования, Изв. АН СССР, сер. геол., (9), 3-15, 1971.

Богатиков О. А., Бродская С. Ю., Печерский Д. М. и др., Особенности Fe-Ti минерализации габбро-норит-анортозитовых комплексов Украины и западной Литвы, Сб. Магматизм и полезные ископаемые, с. 42-55, Наука, Москва, 1975.

Большаков А. С., Щербакова В. В., Термомагнитный критерий определения доменной структуры ферромагнетиков, Изв. АН СССР, сер. физика Земли, (8), 78-83, 1982.

Борисов А. А., Жаркова Е. В., Кадик А. А. и др., Флюиды и окислительно-восстановительное равновесие в магматических системах, 255 с., Наука, Москва, 1991.

Бродская С. Ю., Печерский Д. М., Шаронова З. В. и др., Методические рекомендации по изучению магнитных свойств пород, вскрытых сверхглубокими скважинами, 86 с., НПГП "ГЕРС", Тверь, 1992.

Булина Л. В., Обобщенный разрез магнитной неоднородности земной коры территории СССР, Геофиз. журн., 8, 79-84, 1986.

Гантимуров А. Ф., Флюидный режим железо-кремниевых систем, 69 с., Наука, Новосибирск, 1982.

Геншафт Ю. С., Экспериментальные исследования в области глубинной минералогии и петрологии, 208 с., Наука, Москва, 1977.

Геншафт Ю. С., Лыков А. В., Миронова Н. А. и др., Петромагнитное изучение пород фундамента Воронежского кристаллического массива, Физика Земли, (9), 38-45, 1997.

Геншафт Ю. С., Лыков А. В., Печерский Д. М., Петромагнитная характеристика ксенолитов и вмещающих пород Малого Кавказа, Изв. АН СССР, физика Земли, (1), 53-65, 1985.

Геншафт Ю. С., Печерский Д. М., Петрологическая и петромагнитная оценка возможных глубинных источников региональных магнитных аномалий, Геофиз. журн., 8, 61-67, 1986.

Геншафт Ю. С., Салтыковский А. Я., Термальные индикаторы эволюции режимов континентальных рифтов, Докл. АН СССР, 283, 1256-1259, 1985.

Геншафт Ю. С., Салтыковский А. Я., Физико-химическая динамика верхней мантии и образование щелочно-базальтовых магм, В сб.: Строение и эволюция тектоносферы, с. 151-169, ИФЗ АН СССР, Москва, 1987.

Геншафт Ю. С., Салтыковский А. Я., Каталог включений глубинных пород и минералов в базальтах Монголии, 71 с., Наука, Москва, 1990.

Геншафт Ю. С., Салтыковский А. Я., Исландия: глубинное строение, эволюция и интрузивный магматизм, 362 с., ГЕОС, Москва, 1999.