Properties of fluids during metasomatic alteration of metamorphic rocks under P-T conditions of the middle crust: an example from the Bolshie Keivy region, Belomorian-Lapland orogen, Fennoscandian shield

Full Text

Введение

Флюиды играют важную роль во всех глобальных геологических процессах образования и преобразования земной коры – магматизме, метаморфизме, метасоматозе, рудогенезе и геодинамике. В метаморфическом и метасоматическом петрогенезисе, формировании гидротермальных месторождений флюидам принадлежит ведущая роль; флюидные потоки как рассеянные, так и локализованные являются движущей силой этих процессов, перенося тепло и вещество. Физико-химические свойства флюидов широко меняются, так как зависят от Р-Т параметров и состава в разных геологических обстановках, и эти различия сильно влияют на процессы петрогенезиса на разных уровнях глубинности. К таким свойствам относятся, например, фазовое состояние флюидов (гомогенное или гетерогенное), химический состав и плотность флюидных фаз, влияющая на их растворяющую способность (например, Файф и др., 1981; Шмулович, 1988; Perchuk, Gerya, 1993; Аранович и др., 2010; Ague, 2014; Manning, Aranovich, 2014; Аранович, 2017; Aranovich, Safonov, 2018; Manning, 2018; Newton et al., 2019; Иванов, Бушмин, 2019, 2021, 2022; Иванов, 2023; Steele-MacInnis, Manning, 2020; Mysen, 2022 и ссылки в этой работе). Знание этих свойств и особенностей их эволюции является ключевым для понимания причин геофизических аномалий, транспорта химических элементов, образования руд в земной коре.

Для исследования свойств флюидов при Р-Т условиях средней коры (амфиболитовая фация) выбран тектонический покров Большие Кейвы (например, Бушмин и др., 2011а) на Фенноскандинавском щите в пределах Беломорско-Лапландского коллизинного орогена с ярко и контрастно проявленными метаморфическими и метасоматическими событиями (например, Бушмин и др., 2023 и ссылки в этой работе).

На примере Больших Кейв нами исследованы свойства флюидов (фазовое состояние, химический состав и свойства гомогенного флюида и несмесимых фаз гетерогеного флюида, в том числе активность воды, плотность, соленость) при изменении Р-Т параметров метаморфических и метасоматических преобразований пород вдоль ретроградного Р-Т тренда на уровне амфиболитовой фации. Особое внимание уделено исследованию флюидных включений и сопоставлению этих результатов с предсказанием свойств флюидов на основе новых термодинамических моделей флюидных систем (Иванов, 2023).

Геологическая ситуация

Формирование тектонического покрова Большие Кейвы связано с надвигообразованием во время палеопротерозойских коллизионных процессов на северо-восточной границе Беломорско-Лапландского коллизионного орогена, который в настоящее время представляет собой тектонический коллаж, образованный различными блоками (террейнами) архейских и протерозойских пород (например, Харитонов, 1957; Bridgwater et al., 2001; Балаганский, 2002; Балаганский и др., 2009, 2011; Бушмин и др., 2011а и ссылки в этой работе). Тектонический покров Большие Кейвы протяженностью более 160 км (рис. 1) является верхней частью тектоно-стратиграфического разреза Кейвского террейна (гнейсы предполагаемого фундамента, метавулканиты лебяжинской серии, высокоглиноземистые сланцы кейвской серии, щелочные граниты), который является уникальной структурой. Кейвский террейн принципиально отличается от смежных территорий тем, что рассматриваемая структура не только вся целиком сложена архейскими образованиями, но и само его обособление произошло в конце неоархея, а последующая обширная переработка происходила во время палеопротерозойских коллизионных процессов. Обращает на себя внимание и уникальный легкий изотопный состав углерода графита, достигающий значений δ¹³С = – 47.8‰ PDB (Галимов, 1968; Бушмин и др., 2011б; Фомина и др., 2017) в богатых кианитом и кварцем метасоматических бластомилонитах с повышенным содержанием графита в Кейвском покрове.

 

Рис. 1. Схема покровных структур северной части Кейвского террейна, (Бушмин и др., 2011а), с изменениями. 1 – граниты, гранито-гнейсы и гнейсы Кольского кратона, 2 – анортозиты, 3 – щелочные граниты, 4 – гранат-биотитовые и гранат-амфибол-биотитовые гнейсы с телами амфиболитов, щелочные метасоматиты, 5 – высокоглиноземистые метаморфические и метасоматические породы с телами амфиболитов и плагиоклазитов (метаанортозитов), 6 – тектонические границы по надвигам, 7 – цветными знаками показаны места отбора образцов разных типов пород. Тип-1: а – метаморфические гнейсы и сланцы с графитом; б – амфиболиты; тип-2: в – метасоматические кварцевые породы с повышенным содержанием графита; тип-3: г – кианит-кварцевые жилы с околожильными метасоматитами; тип-4: д – метасоматические кианитовые породы; тип-5: е – анхимономинеральные кварцевые жилы. На врезке показано положение района исследований.

 

Покров Большие Кейвы сложен пластинами и линзами бластомилонитовых преимущественно высокоглиноземистых метаморфических и метасоматических пород (например, Бушмин и др., 2011б и ссылки в этой работе) кейвской серии (Бельков, 1963). Он контактирует по зонам сдвиговых деформаций с породами нижнего Лебяжинского покрова, сложенного преимущественно биотитовыми и гранат-биотитовыми гнейсами, в меньшей степени биотит-амфиболовыми гнейсами и амфиболитами (интерпретируемыми как метавулканиты), с многочисленными телами щелочных метасоматитов. Пластины и линзы пород в рассматриваемом покрове отделены друг от друга сдвиговыми зонами и, часто, переменными по мощности и протяженности зонами окварцевания.

Существует отчетливая пространственная связь неоднократно проявленного флюидного воздействия (кварцевые жилы и метасоматиты) с узкими, протяженными на десятки километров зонами сдвиговых деформаций. Такой метасоматоз ранее было предложено называть дирекционным в связи с характерными особенностями его пространственной локализации (Бушмин и др., 2009, 2011а), по аналогии с контактовым метасоматозом и метаморфизмом. Наблюдения, проведенные при детальном картировании типовых участков, свидетельствуют о существовании интенсивных флюидных потоков в сдвиговых зонах, вызвавших инфильтрационный метасоматоз (кислотное выщелачивание и комплементарное переотложение основных компонентов) с пространственной дифференциацией петрогенных элементов, образование многочисленных кварцевых жил. Такие гидротермальные и метасоматические процессы, установленные во всех породах Больших Кейв многими исследователями (например, Бельков, 1963; Дуденко, 1981; Жданов и др., 1983; Щеглова, Маслов 1994; Bushmin et al., 1997; Щеглова и др., 2000), происходили при снижении Р-Т параметров 1762–1721 млн лет назад (метасоматические Qz-Ky породы, оболочки циркона, U-Pb метод, SHRIMP-II, Бушмин и др., 2011а). Время проявление метасоматоза, а значит и тектоно-флюидной переработки пород Больших Кейв при формировании покровно-надвиговой структуры, свидетельствует о коллизионных процессах, сопровождавшихся эксгумацией тектонического покрова Большие Кейвы в течение относительно длительного интервала 1762–1721 млн лет. Этому не противоречат исследования (Щеглова, Маслов, 1994), результаты которых при изучении амфиболитов Больших Кейв указывали на этапы метаморфических преобразований, отличающиеся за счет разницы давления (550–600°C, 6–7 кбар и 550–600°C, 4 кбар).

Описание пород

Главными разновидностями пород в покрове Большие Кейвы являются метаморфические графитсодержащие и кианитсодержащие гнейсы и сланцы с переменным количеством кварца, плагиоклаза, ставролита, биотита и мусковита, иногда с гранатом и метасоматические богатые кианитом породы, в том числе зональные метасоматиты на контактах кварцевых жил. Среди метасоматических пород присутствуют участки плагиоклазитов и богатых плагиоклазом сланцев, интерпретируемые как остатки протолита (Бушмин и др., 2011а). Метасоматические породы присутствуют в разных частях покрова, но преимущественно сосредоточены в сдвиговых зонах его нижней и верхней частей покрова, на контакте с метавулканитами Лебяжинского покрова.

При близком минеральном составе богатые кианитом и кварцем метасоматиты отличаются от метаморфических сланцев формой геологического залегания (секущие метаморфическую сланцеватость жильные тела, ветвящиеся прожилковые зоны, жилы с зональными околожильными метасоматитами), а также отличаются присутствием повышенного количества графита или его видимым отсутствием.

Метасоматиты имеют разную морфологию, так как формировались и в процессе пластических деформаций при надвигообразовании и после деформаций и представлены: (1) породами с бластомилонитовой структурой; (2) среднезернистыми породами, слагающими сеть ветвящихся прожилков в бластомилонитовых породах; (3) порфиробластическими породами; (4) массивными средне-крупнозернистыми относительно однородными породами. Метасоматиты с бластомилонитовой структурой, слагающие зоны пластического течения, пластических сдвиговых деформаций на границах между отдельными тектоническими пластинами, чаще всего, представлены богатыми кварцем, кианитом и мусковитом метасоматическими сланцами, в которых порфиробласты ставролита и редкого граната иногда образуют S-образные структуры. Они имеют относительно резкие переходы к вмещающим метаморфическим гнейсам и сланцам и внутри себя содержат реликты этих же вмещающих пород.

С запада на восток Больших Кейв уменьшается степень флюидной переработки метаморфических пород: уменьшается количество кварцевых, кианит-кварцевых и кварц-кианитовых жил и метасоматитов и несколько меняется их состав. Начинают преобладать “исходные” метаморфические породы. Особенно это заметно по ставролит-кианит-плагиоклазовым сланцам (метаанортозитам), доля которых на востоке возрастает и для которых легко устанавливаются переходы в малоизмененные плагиоклазовые породы. На западе распространены мусковит-кварцевые и мусковит-кианит-кварцевые метасоматические породы с бластомилонитовой структурой и сланцеватой текстурой (метасоматические кварцито-сланцы), а на востоке они практически отсутствуют, возрастает доля кианит-плагиоклазовых, плагиоклаз-ставролитовых и гранатовых метасоматических пород. На западе породы пронизаны большим числом кварцевых и кианит-кварцевых жил самой различной мощности, которые ориентированы вдоль плоскостей милонитизации. Крупные жилы мощностью от десятков сантиметров до нескольких метров имеют протяженность от сотен метров и более. В кианит-кварцевых жилах кианит обычно сосредоточен в отдельных гнездах и в краевых зонах жил. Часто такие жилы имеют оторочки метасоматических пород, богатых кианитом, зонального строения мощностью до первых метров.

Геологические взаимоотношения между графитсодержащими метаморфическими породами, черными и темно-серыми богатыми графитом метасоматитами и светлыми метасоматитами без видимого графита состоят в следующем. Зоны богатых графитом метасоматических кварцевых пород содержат в себе реликты графитсодержащих метаморфических сланцев. Взаимоотношения этих пород позволяют предполагать, что формирование черных по цвету метасоматитов при окварцевании сопровождалось осаждением графита. В ряде мест графит распределен в них очень неравномерно и сосредоточен в виде скоплений между зонами перекристаллизованного светлого кварца и кианита. Светлые без графита участки и зоны кажутся более поздними.

Регионально распространенные жильно-прожилковые безграфитовые метасоматиты встречаются во всех частях структуры Большие Кейвы. Они пространственно не всегда сосредоточены около крупных кварцевых жил, но по минеральному составу часть из них полностью подобна околожильным метасоматитам. Поэтому формирование регионально распространенных и околожильных метасоматитов может быть единым, а может быть и многостадийным процессом метасоматических преобразований и отражать пути наиболее интенсивного просачивания разделенных во времени флюидных потоков близкого состава.

Для изучения свойств флюидов выбраны следующие типы пород: метаморфические сланцы и гнейсы с графитом (тип-1), метасоматические кварцевые бластомилониты и относительно массивные бластолиты с повышенным содержанием графита (тип-2), а также кварцевые жилы разных генераций (тип-3, тип-4, тип-5).

Тип-1. Метаморфические гнейсы и сланцы с графитом

Наименее измененные поздними преобразованиями гнейсы представляют собой мелкозернистые и среднезернистые породы со слабо или сильно выраженной сланцеватостью по биотиту и мусковиту. ±Ky±Ms-Qz-Pl-Bt¹¹ матрица содержит порфиробласты Grt, St и Ky различного размера и местами обладает пойкилитовой структурой. В сланцах при наличии аналогичных минеральных ассоциаций сильно варьируют содержания одной из слюд и плагиоклаза по отношению к кварцу. Видимый графит в переменных количествах присутствует во всех ассоциациях и, по наблюдениям, в шлифах его содержание достигает 3–5 об. %.

Исследованы образцы сланцев с ассоциациями: Qz + Pl_30–48 + St_14–17 + Ky + Bt_44–52^39–40 + Ms_15–20 ± ± Grt_8–13^6–12, Qz + Pl_22–24 + St_22–23 + Ky + Chl_64–66 + + Bt_58–63^38–39 + Ms_18–22 ± Grt_13–14^4–5, Qz + Pl_39–41 + + Ky + Chl₆₅ + Bt_53–55³⁹ ± Grt_11–14. Здесь и далее по тексту особенности химического состава минералов отражены в индексах: X_Mg для граната, биотита, ставролита, хлорита и X_Na для мусковита и плагиоклаза указаны в подстрочных индексах; X^Ca для граната и X^Al для биотита указаны в надстрочных индексах.

Тип-2. Метасоматические Qz породы с повышенным содержанием графита

Изученные породы с повышенным содержанием графита (по наблюдениям в шлифах его содержание достигает от 10–15 до 30–40 об. %) представлены среднезернистыми-крупнозернистыми полосчатыми кварцевыми, как правило, с кианитом породами, неоднородными по окраске черного или темно-серого цвета с бластомилонитовой или относительно массивной текстурой (бластолиты). Среди графитсодержащих метаморфических сланцев они присутствуют в виде жил, жилоподобных тел и зон окварцевания. Главными минералами в темно-серых и черных, богатых графитом породах являются кварц и игольчато-призматический кианит (30–80 об. %), местами преобладающий над кварцем. Массивные бластолиты слагают жилообразные зоны и участки разного размера в метасоматических бластомилонитах. В жильных телах кроме кианита могут присутствовать мусковит, ставролит и гранат. В зонах окварцевания также могут присутствовать в небольшом количестве в качестве второстепенных минералы из метаморфических сланцев. Мощность зон с такими черными по цвету, неоднородными по структуре породами варьирует от первых сантиметров до первых метров. Особенности состава минералов: Qz ± ± Ky ± второстепенные минералы (Ms_16–21, St_12–13, Grt_8–11^6–7, Bt_42–54^38–39, Pl_30–33, Chl_48–50).

Тип-3. Ky-Qz жилы с околожильными метасоматитами

Многочисленные кварцевые жилы мощностью от десятков сантиметров до первых метров, содержащие скопления кианита, распространены во всем покрове, но чаще встречаются в его северо-западной части. Жилы пересекают сланцеватость и полосчатость в пластинах окружающих метаморфических и метасоматических пород под различными углами. Их отличительной особенностью от других кварцевых жил является присутствие околожильных метасоматитов с характерной минеральной зональностью. Например, в одном случае (обр. Б880, жила 1–2 м) первой околожильной зоной является крупнозернистая кварц-кианитовая порода, в которой кристаллы голубого кианита шириной не больше 1 см и длиной 7–8 см врастают от контакта вглубь кварцевой жилы. Следующей удаленной зоной от контакта является массивная ±Qz-Pl-Ky порода. Еще дальше от контакта в сторону вмещающего слюдисто-ставролитового метаморфического гнейса в этой ассоциации появляется ставролит как в виде отдельных зерен, так и в виде их скоплений. В ином случае (обр. Б884) жила (всего первые десятки сантиметров) содержит больше кианита и имеет первую околожильную зону шириной 20–30 см, сложенную длиннопризматическими кристаллами кианита длиной от 5 до 10 см, которые растут перпендикулярно контакту вглубь жилы, при этом их ориентировка продолжает направление сланцеватости вмещающей полосчатой бластомилонитовой метасоматической породы. Общей чертой всех околожильных метасоматитов является их массивное, неравномернозернистое строение, присутствие порфиробластов реликтовых минералов. Особенности состава минералов, присутствующих в околожильных метасоматитах: Qz, Ky, Pl_21–35, St_17–23, Ms_21–27, Bt_58–62^37–41.

Тип-4. Метасоматические кварцсодержащие кианитовые породы

Это среднезернистые-крупнозернистые относительно массивные, богатые кианитом или существенно кианитовые кварцсодержащие породы, в которых могут присутствовать в переменных количествах плагиоклаз и ставролит, а также второстепенные мусковит и хлорит. Они слагают жилы и ветвящиеся прожилковые зоны в метаморфических сланцах и графитсодержащих метасоматических породах. Метасоматические породы этого типа присутствуют повсеместно, но больше тяготеют к верхней и нижней частям тектонического покрова Большие Кейвы.

Состав пород из прожилков разнообразен и подобен всем известным минеральным типам метасоматических пород из более мощных тел и зон. Это разнообразные существенно кианитовые породы, например кварц-кианитовые, плагиоклаз-кианитовые, ставролит-кианитовые и ставролит-хлорит-кианитовые. Особенности состава минералов: Ky + Qz ± Pl_13–33, St_19–37, Ms_18–34, Chl_58–73, Bt_57–65^38–39.

Тип-5. Анхимономинеральные Qz жилы

Протяженные мономинеральные кварцевые жилы мощностью 0.5–1 м, в целом субсогласные со сланцеватостью окружающих пород, располагаются вдоль контактов тектонических пластин и линз, сложенных различными породами покрова Большие Кейвы. Они прослеживаются на расстоянии более одного километра и практически не содержат околожильных метасоматитов. В одном случае наблюдалась кварцевая жила мощностью около 80 см, залегающая в белых мелкозернистых мусковитовых кварцито-сланцах с редким мелким ставролитом. Она была прослежена на расстоянии ~1.5 км, но заметной околожильной метасоматической зональности обнаружено не было. Только фрагментарно наблюдались оторочки (зоны) метасоматической породы небольшой мощности. На самом контакте жилы присутствовала зона шириной не более 3 см среднезернистого Ky кварцита, иногда со St. Следующая зона шириной не более 5 см состояла из Qz-St породы. Составы минералов: St₁₁ + Qz ± Ms₉, Chl₁₅.

Флюидные включения в минералах

Методы исследования

В минералах изученных пород выделены первичные, первично-вторичные и вторичные флюидные включения. Первичные включения (p) представлены отдельными, единичными или группами включений, не приуроченных к каким-либо плоскостям и трещинам в зернах минералов. Первично-вторичные (ps) и вторичные (s) включения расположены в плоскостях или вдоль линейных зон. Первично-вторичные включения не выходят за пределы минерального зерна и возникают, как и первичные, в зонах микродефектов во время кристаллизации минерала или возникают за счет первичных включений при их перераспределении в другие дефекты или микроразрывы. Таким образом, они относятся к категории относительно ранних включений, первоначально образовавшихся при кристаллизации минерала. Вторичные включения расположены в плоскостях и зонах пересекающих границы минеральных зерен. Их химический состав может быть аналогичен составу первичных включений в результате, например, миграции включений внутри кристаллов, но может и отличаться от состава первичных включений в результате потери Н₂О или СО₂ из включений за счет селективной диффузии и дефектов в кристалле (например, Roedder, 1984; Baumgartner et al., 2014 и ссылки в этой работе; Bakker, 2017). В большинстве случаев вторичные включения являются результатом позднего флюидного воздействия, их состав отличается от составов первичных и первично-вторичных включений. Они были исключены из дальнейшего рассмотрения.

По составу выделялись существенно водно-солевые (включения рассолов) и существенно газовые включения. Идентификация твердых и газовых фаз (CO₂, N₂, CH₄, C₂H₆ и более тяжелые углеводороды, H₂) во включениях проводилась методом рамановской спектроскопии (микроскоп Olympus BX43 с рамановским спектральным анализатором РамМикс М532/785, ИГГД РАН, Санкт-Петербург). Определение температур фазовых переходов во флюидных включениях при нагревании после замораживания выполнено методом микротермометрии (микроскоп Olympus BX51 c термокриометрическим модулем Linkam THMSG600, ИГГД РАН). Измерения температур контролировались стандартами включений известного состава (Н₂О 0°C; СО₂ 56.6°C; СН₄ 82°C; N₂ 147°C). Когда температуры плавления СО₂ включений были занижены, предполагалось присутствие азота либо метана во включениях, что проверялось методом рамановской спектроскопии. Гомогенизация включений СО₂ наблюдалась в жидкой и газовой фазах. Плотность включений СО₂ определялась по температуре гомогенизации СО₂ (T_hCO₂).

Во включениях рассолов определялись начальные и конечные температуры плавления твердых фаз после замораживания. Когда во включениях присутствовал галит, определение температуры плавления галита (T_mH) сопровождалось определением температуры исчезновения газового пузыря (гомогенизация жидкость–газ). В исследованных случаях температура исчезновения газового пузыря была меньше T_m галита. Начальные температуры плавления (T_m1) от –50 до –21°C позволили предполагать систему CaCl₂-NaCl-H₂O (Борисенко, 1982), конечные температуры плавления (T_mf) позволяли судить о концентрации солей во включении. Во включениях, не содержащих галит, по T_m1 и T_mf определялось соотношений солей NaCl и CaCl₂ (мас. %). В случае присутствия галита, соотношение солей NaCl и CaCl₂ могло определяться по T_m1, T_mf и T_mH галита. Не всегда удавалось определить T_m1. Поэтому содержание солей было определено по T_mf и T_mH. Использовалась численная модель для тройной системы CaCl₂-NaCl-H₂O (Steele-MacInnis et al., 2011, 2016; Chu et al., 2016). При идентификации твердых фаз, возникающих при охлаждении и исчезающих при последующем нагревании, внимание обращалось на относительный рельеф фаз, положительный или отрицательный по отношению к флюиду и окружающему кварцу, а также на температуры их плавления относительно друг друга. Если это не удавалось, особенно в мелких включениях, принималось, что во включениях без галита первым плавится гидрогалит, а последним лед, а во включениях с галитом предпоследней твердой фазой перед плавлением галита является гидрогалит (Steele-MacInnis et al., 2011).

Для включений, не содержащих галит и имевших Т_m1 ~ –21°C, предполагалась бинарная система NaCl-H₂O. При этом принималась во внимание ассоциация в одних линейных зонах таких ps-включений с включениями, содержащими две соли CaCl₂ + NaCl и/или галит. Во включениях с низкой концентрацией соли часто наблюдалось только быстрое (почти мгновенное) полное плавление льда (T_mf). По температуре плавления льда T_mf в таких включениях определялось содержание NaCl.

Нельзя не отметить, что во многих включениях рассолов, не содержащих и содержащих кристаллы галита, были определены очень низкие T_m1 (от –74 до –58°C) и T_mf (от –59°C). Присутствие в них забюйелита (Li₂CO₃, рамановская спектроскопия) позволило предполагать систему LiCl-NaCl-H₂O (например, Dubois et al., 2010; Steele-MacInnis et al., 2016). Включения рассола, содержащие LiCl, были обнаружены во всех типах изученных нами метасоматических и жильных пород среди зон более поздних изменений, в том числе на контактах кварцевых жил. Исследование флюидных включений, содержащих LiCl, выходит за рамки настоящей работы, так как заслуживает отдельного внимания.

Для построения изохор использовалась программа (Bakker, 2003). Для изохор СО₂ выбрана градуировка (Duan et al., 1992). Все изученные включения находились в кварце, иногда в кианите, что отмечено нами в тексте.

Тип-1. Включения в метаморфических гнейсах и сланцах с графитом

В этом типе пород включений мало. Редкие включения СО₂ и СН₄ обнаружены только в двух образцах; преобладают включения рассолов. Состав включений представлен в табл. 1, содержание солей во включениях рассолов продемонстрировано на рис. 2, фотография включений на рис. 3.

 

Таблица 1. Результаты исследования флюидных включений методом микротермометрии и КР-спектроскопии

Номер образца

CO2

CH4

Tm1, °C рассол

Tmf, °C рассол

TmH

S, мас. %

S1, мас. %

xNaCl

xCaCl2

xsalt

xNaCl/xsalt

msalt

Тип-1. Метаморфические сланцы и гнейсы с графитом

Б878-2

–44/–28

–24.5/–10

14/22.8

0.007/0.021

0.016/0.042

0.0344/0.0490

0.15/0.54

1.98/2.86

Б878-4

p, ps + CH4

–25/–24.5

–3.5/–3

5.4/6.1

0.01/0.012

0.004

0.0139/0.162

0.72/0.76

0.78/0.91

–2/1.5

2.5/3

0.008/0.011

0.0078/0.0107

0.44/0.60

Б890-2

–46/–42

–22.5/–22

21.8/21.9

0.006/0.008

0.039/0.040

0.0463/0.469

0.13/0.17

2.69/2.73

Б892-3

ps

–26/–25

–5/–4

6.9/8.3

0.013/0.014

0.005/0.007

0.0180/0.0209

0.66/0.72

1.02/1.19

–3.5/–2

3.4/5.9

0.011/0.019

0.0107/0.0190

0.60/1.07

K13

–42/–26.5

–33.5/–5.5

9.1/26.6

0.01/0.014

0.008/0.050

0.0226/0.0597

0.17/0.63

1.29/3.52

Тип-2. Метасоматические Qz породы с повышенным содержанием графита

Е3-1

ps + CH4

ps + CO2

–34

–16

110

34.2

0.046

0.052

0.0974

0.47

5.99

E3-1a

ps

–52/–34

–20.5/–15

105/200

34.4/40.8

0.036/0.076

0.048/0.065

0.0989/0.1282

0.36/0.61

6.10/8.16

–52/–24.5

–27/–5.5

9.3/24

0.003/0.033

0.009/0.043

0.0181/0.0535

0.18/0.76

1.02/3.14

–11.5/–1

1.6/5.5

0.021/0.054

0.0050/0.0535

1.21/3.14

E3-1б

ps + CH4

–36/–24

–22/–12.5

93/205

33.1/41.3

0.042/0.075

0.043/0.062

0.0938/0.1336

0.44/0.62

5.74/8.56

–15.5/–2.5

16.4/18.9

0.057/0.067

0.0570/0.0670

3.36/3.99

Е6-9

ps

–45

13

400

54.6

0.207

0.207

0.2455

0.85

18.06

Е5-1

p, ps +CO2

E5-4

ps + CH4

ps + CnHm, H2

–52/–45

–20/–18

270/440

44.6/61.3

0.108/0.252

0.048/0.054

0.1607/0.2993

0.67/0.84

10.63/23.71

K8-a

p, ps + CnHm

–52

–18.5

360

52.6

0.171

0.050

0.2213

0.77

0.19

K8-д

p, ps

p, ps + C2H6

–32/–30

–10/–5.5

270/370

38.7/49.8

0.117/0.18

0.026/0.035

0.1433/0.2123

0.80/0.85

9.28/14.96

–2

3.4

0.011

0.0107

0.60

Тип-3. Ky-Qz жилы c околожильными метасоматитами (MS)

Б880-5 жила

ps

–11/–3

5/15

0.016/0.052

0.0160/0.0516

0.90/3.02

Б880-7 жила

ps + CH4

ps + CO2

–48.5/–21.5

–21.5/–15

135/150

35.8/39.6

0.043/0.051

0.054/0.069

0.1050/0.1170

0.39/0.48

6.51/7.36

–2/–1.5

2.5/3.4

0.008/0.011

0.0078/0.0107

0.44/0.60

Б884-2 жила

p, ps, ps в Ky

–39

–12

135

34.3

0.056

0.047

0.1023

0.54

6.33

Б880-2 MS

p + CH4

Б880-6б MS

ps + N2 CH4

ps + N2

–47/–45

–19/–17.5

19.4/20.2

0.004/0.006

0.035/0.037

0.0401/0.0418

0.10/0.14

2.32/2.42

Б884-1в MS

p, ps, ps в Ky

–52

–30/–23

22.1/25

0,005

0.042/0.048

0.0465/0.0538

0.10/0.11

2.71/3.15

Тип-4. Метасоматические Qz-содержащие Ky породы

Б891

p, ps

–28

–26.5

24.8

0.037

0.031

0.0675

0.55

4.01

–8.5/–4

6.6/12.4

0.021/0.042

0.0213/0.0418

1.21/2.42

Б892-8

ps в Ky + Cal

Б901-1

p, ps + CH4

–27

25.3

0.043

0.029

0.0713

0.60

4.26

Б901-4

p, ps, ps в Ky

–29/–26

25./25.9

0.034/0.48

0.025/0.035

0.0692/0.0728

0.50/0.66

4.12/4.36

Б901-5

p, ps

ps

–25.5/–24.5

–22,5

23/23.3

0.046/0.054

0.017/0.21

0.0673/0.0711

0.69/0.76

4.01/4.25

–3/–0.5

0.6/5.1

0.002/0.016

0.0019/0.0163

0.10/0.92

Б901-6

p, ps + CH4

–42/–39

–20/–18

130/155

36.0/38.5

0.045/0.056

0.056/0.062

0.1046/0.1151

0.42/0.50

6.49/7.22

–40

–25.5/–20

20.8/23.4

0.009/0.01

0.036/0.042

0.0448/0.0517

0,19

2.60/3.02

Тип-5. Анхимономинеральные Qz жилы

Б926-1 жила

p, ps

–5/–3.5

5.9/8.1

0.019/0.026

0.0190/0.0265

1.07/1.51

Б926-3 жила

p, ps

–35.5/–29

–11.5/–4.5

7.9/15.4

0.005/0.011

0.010/0.023

0.0166/0.0337

0.27/0.50

1.06/1.94

–5/–6

8.1/9.4

0.026/0.031

0.0265/0.0310

1.51/1.78

Б926-3a Qz-St зона

p, ps

–46/–22

–28/–5

8.1/24.3

0.005/0.024

0.002/0.046

0.0228/0.0527

0.13/0.94

1.43/3.09

–5.5/–5

8/8.8

0.026/0.029

0.0265/0.0289

1.51/1 .65

Примечание. Все включения в Qz, второй минерал указан символом Ky. p – первичные включения, ps – первично-вторичные включения, Т_m1 – температура первого плавления, T_mf – температура окончания плавления, T_mH – температура плавления галита. Во всех колонках цифры, разделенные косой чертой, означают вариации значений от/до. S – общая соленость (сумма NaCl+CaCl₂) во включениях вода–две соли, S₁ – соленость во включениях вода–NaCl. Колонки СО₂ и CH₄ – преобладающий состав включений. + Cal, CO₂, CH₄, C₂H₆, C_nH_m, H₂ – присутствие примесей, подтвержденное или определенное рамановской спектроскопией, x_NaCl – мольная доля NaCl во включениях вода–две соли, x_CaCl2 – мольная доля CaCl₂ во включениях вода–две соли, x_salt = x_NaCl + x_CaCl2, x_NaCl/x_salt – отношение мольных долей, m_salt = (1000/18.015) x_salt/(1– x_salt) – моляльность суммы солей во включениях вода–две соли (моль/кг Н₂О).

 

Рис. 2. Фото образцов разных типов пород и содержание солей во включениях рассолов. Тип-1: (а) и (б) – гнейсы и сланцы с графитом, Bt₁ и Bt₂ – биотит ранней и поздней генерации, (в) – содержание солей в гнейсах и сланцах (желтые треугольники – включения только с NaCl). Тип-2: метасоматические Qz породы с повышенным содержанием графита, (г) – черный полосчатый богатый графитом Ky-Qz бластомилонит, (д) – увеличенный участок бластомилонита, (е) – черно-серый массивный богатый графитом кварцевый метасоматит, (ж) – содержание солей в метасоматических Qz породах, богатых Gt (желтые кружки – включения только с NaCl).

 

Рис. 3. Фото включений в исследованных типах пород. BR – рассол, H – галит, L – жидкая фаза, V – газовая фаза. Тип-1: (а) – р-включение СО₂ с Gt и ps-включения рассола, обр. Б878-4; тип-2: (б) – ps-включения рассола с галитом и ps-включения СО₂, обр. Е3-1а; (в) и (г) – ps-включения рассола с галитом ±СО₂ и ps-включения СО₂, обр. Е1-3б; (д) – ps-включения рассола с галитом и ps-включения СО₂, обр. Е5-4; (е) – ps-включения рассола с галитом, СО₂, Cal и ps-включения СО₂, обр. Е5-4; (ж) – ps-включения CH₄ с C_nH_m и Н₂, обр. Е5-4; (з) – p-включения СН₄ с C_nH_m и Gt, обр. К8-а; (и) – p-включение C₂H₆ c C_nH_m и CH₄, обр. К8-д.

 

В ps-включениях рассолов CaCl₂ преобладает над NaCl при широком диапазоне общего содержания солей 5–27 мас. %. Иногда рядом присутствовали редкие ps-включения рассола низкой солености 3–6 мас. % NaCl. Присутствуют редкие p-включения СО₂ (T_h –32 и –42°C), ps-включения СО₂ с примесью СН₄ и ps-включения СН₄, которые располагались в одних линейных зонах с включениями рассолов. Кальцит обнаружен во включениях СО₂ и включениях рассолов низкой солености.

Тип-2. Включения в метасоматических Qz породах с повышенным содержанием графита

В этом типе пород особенно много флюидных включений. Состав включений представлен в табл. 1, содержание солей во включениях рассолов продемонстрировано на рис. 2, фотографии включений на рис. 3. В одной и той же линейной зоне и скоплениях могут присутствовать разные ассоциации сингенетичных p- и ps-включений: СО₂, СН₄, рассол, рассол + СО₂ ± галит ± Cal.

Включения с СО₂ и СН₄. Включения СН₄ заметно преобладают над включениями СО₂. Хотя в ряде образцов (Е3-1, Е3-1а, Е3-1б) c относительно меньшим содержанием графита (темно-серые относительно однородные или контрастные по цвету отчетливо полосчатые породы) больше ps-включений СО₂ с примесью CH₄. В этих включениях T_m занижена до –59°C. Только в одном образце встречены включения СН₄ с примесью СО₂. Присутствуют ps-включения СО₂, содержащие воду.

В образцах Е5, Е6, К8 с высоким содержанием графита (относительно однородные черные или пятнисто-полосчатые темно-серые/черные бластомилонитовые породы) преобладают p- и ps-включения СН₄ с примесью СО₂. Присутствуют включения СО₂ с примесью СН₄. Во включениях с СН₄ при охлаждении не наблюдалось образование твердых фаз и при нагревании после охлаждения гомогенизация наблюдалась в жидкую и газовую фазы. Также присутствуют чистые включения СН₄ без СО₂. В ряде образцов с СН₄ включениями обнаружены С₂Н₆ и более тяжелые углеводороды C_nH_m без конкретизации, а в одном из образцов – H₂. В единичных р-включениях СО₂ T_h в жидкость от –41 до –38°C, во многочисленных ps-включениях СО₂ пик T_h в жидкость около 0°C, в редких ps-включениях СО₂ T_h в газ от –25 до –5°C. Во многочисленных и преобладающих по количеству ps-включениях СН₄ T_h в жидкость от –74 до –56°C, T_h в газ от –50 до –28°C. Кальцит обнаружен во включениях СО₂, в том числе во включениях рассолов с СО₂.

Включения рассолов с NaCl и CaCl₂. В образцах с разным содержанием Gt много ps-включений высокой солености с галитом и газовым пузырем, встречаются p-включения. В таких включениях гомогенизация в жидкую фазу наблюдалась при температуре ниже температуры растворения галита. В них обычно присутствуют карбонаты. Часть p- и ps-включений с галитом содержит СО₂, также часто присутствуют карбонаты. Полную гомогенизацию включений (растворение углекислоты) не всегда удавалось получить из-за декрепитации включений. Растворение галита наблюдалось при температурах от 93 до 440°C. Наибольшие температуры растворения галита от 270 до 440°C наблюдались во включениях, не содержащих и содержащих углекислоту, в наиболее богатых Gt черных по цвету образцах Е5, Е6, К8. В таких включениях выделяются два кластера с разным соотношением солей: в одном CaCl₂ преобладает над NaCl с общей соленостью ~40 мас. %, в другом NaCl преобладает над CaCl₂ с общей соленостью ~60 мас. %. Также присутствуют ps-включения с NaCl низкой–средней солености (2–19 мас. %).

Тип-3. Включения в Ky-Qz жилах с околожильными метасоматитами

Много флюидных включений. Состав включений представлен в табл. 1, содержание солей во включениях рассолов продемонтрированы на рис. 4, фотографии включений на рис. 5. В одних и тех же линейных зонах и скоплениях обнаружены ps-включения рассолов (две соли и только NaCl) и p-, ps-включения СО₂, как в Qz, так и в Ky (их мало), рассол + СО₂ ± галит ± Cb.

 

Рис. 4. Фото образцов разных типов пород и содержание солей во включениях рассолов. Тип-3: (а) и (б) – Ky-Qz жила с околожильным метасоматитом и содержание солей (желтые кружки – включения только с NaCl). Тип-4: (в) и (г) – метасоматические Ky породы и содержание солей (желтые кружки – включения только с NaCl). Тип-5: (д) – анхимономинеральная Qz жила, (е) – околожильная зона ~0–5 см, (ж) – содержание солей в Qz жилы (желтые кружки – включения только с NaCl).

 

Рис. 5. Фото включений в исследованных типах пород. BR – рассол, H – галит, L – жидкая фаза, V – газовая фаза. Тип-3: (а) – ассоциация ps-включенй рассола, рассола с Н и Cal, включений СО₂ в Ky-Qz жиле, обр. Б880-6а; (б) – ps-включение СН₄ среди включений СО₂ в околожильном метасоматите, обр. Б880-6б; (в) – ps-включение СО₂ в околожильном метасоматите, обр. Б884-1в. Тип-4: (г) – ps-включения рассола с Н, обр. Б901-6; (д) – p- и ps-включения СО₂, обр. Б901-6. Тип-5: (е) – ассоциация ps-включений рассола и включений СО₂, рядом группа p-включений СО₂, обр. Б926-3.

 

Включения в жилах

Включения с СО₂ и СН₄. Преобладают чистые ps-включения СО₂, реже p-включения СО₂ (T_m 57–58°C) с T_h в жидкость от –57 до –27°C. В крупных кристаллах кианита единичные ps-включения СО₂ также гомогенизируют в жидкость. Присутствуют редкие ps-включения СО₂ с примесью СН₄ с занижением T_h до –62°C и единичные включения СН₄ с примесью СО₂. Присутствуют включения СО₂ с Н₂О.

Включения рассолов с NaCl и CaCl₂. В редких включениях с двумя солями преобладает CaCl₂. В ps-включениях повышенной солености с галитом и газовым пузырем, не содержащих и содержащих СО₂, растворение галита происходило при 135 и 150°C. Гомогенизация в жидкость наблюдалась при температуре, ниже температуры растворения галита. В таких включениях повышенной солености CaCl₂ преобладает над NaCl при общей солености ~40 мас. %. Присутствуют и ps-включения с одной солью NaCl низкой–средней солености (3–15 мас. %).

Включения в околожильных метасоматитах

Включения с СО₂ и СН₄. Преобладают включения СО₂, меньше включений рассолов. Обычны многочисленные p- и ps-включения СО₂ как с примесью СН₄, так и чистые СО₂. Иногда присутствует примесь N₂. Во включениях СО₂ с примесью СН₄ занижение T_m до –63°C. Первичные включения СО₂ с T_h в жидкую фазу от –30 до +20°C. Преобладают ps-включения с T_h в жидкую фазу от –58 до +15°C. В крупных кристаллах кианита единичные ps-включения СО₂ с T_h в жидкую фазу от +5 до +30°C. Включения СН₄ отсутствуют. Только в одном образце обнаружены ps-включения СО₂, содержащие примесь СН₄ и N₂ и единичные включения СН₄ с примесью N₂.

Включения рассолов с NaCl и CaCl₂. В немногочисленных ps-включениях с двумя солями преобладает CaCl₂. Включения рассола и СО₂ встречаются в одних линейных зонах включений.

Тип-4. Включения в метасоматических Qz-содержащих Ky породах

Много флюидных включений. Состав включений представлен в табл. 1, содержание солей во включениях рассолов продемонстрировано на рис. 4, фотографии включений на рис. 5. В одних и тех же скоплениях и линейных зонах обычно присутствие p- и ps-включений рассолов и СО₂ ± ± галит ± Cb. Также обычно присутствуют ps-включения NaCl низкой солености.

Включения с СО₂ и СН₄. Во всех образцах обычны многочисленные p- и ps-включения СО₂. Включения СО₂ практически чистые, без примесей СН₄, с Т_m около –57°C. Во включениях СО₂ в кианите присутствует кальцит. Реже встречаются включения СО₂ с примесью СН₄. Единичные включения CH₄ определены только в одном образце. Во многочисленных р-включениях СО₂ T_h в жидкую фазу от –16 до +20°C, во многочисленных рs-включениях СО₂ T_h в жидкость от –10 до +28°C, в редких рs-включениях СО₂ T_h в газ от +14 до +24°C.

Включения рассолов с NaCl и CaCl₂. Много ps-включений с двумя солями с незначительным преобладанием CaCl₂. В одном образце присутствуют p- и ps-включения повышенной солености с галитом и включения с галитом и с СО₂. Растворение галита происходило при 130 и 155°C. В таких включениях CaCl₂ преобладает над NaCl при общей солености ~40 мас. %. Гомогенизация в жидкую фазу наблюдалась при температуре, ниже температуры растворения галита. Также обычно присутствуют ps-включения с NaCl низкой солености.

Кальцит обнаружен во включениях СО₂ в кварце и в кианите, а также во включениях рассолов низкой солености (1–12 мас. %).

Тип-5. Включения в анхимономинеральных Qz жилах

Много флюидных включений: p- и ps-включения СО₂ и ps-включения рассолов встречаются совместно. Состав включений представлен в табл. 1, содержание солей во включениях рассолов продемонстрированно на рис. 4, фотографии включений на рис. 5.

Включения с СО₂. Преобладают p-включения СО₂ без примеси СН₄ с T_h в жидкую фазу от –57 до –41°C. Много и ps-включений такого же состава и с близкой T_h. Очень редкие единичные включения с примесью метана. Включений с преобладанием СН₄ или чисто СН₄ включений не обнаружено.

Включения рассолов с NaCl и CaCl₂. Присутствуют ps-включения с двумя солями низкой солености с незначительным преобладанием CaCl₂ и средней солености за счет заметного преобладания CaCl₂ при общей солености ~25 мас. %. Также обычно присутствуют ps-включения NaCl низкой солености (6–9 мас. %).

Термобарометрия

Методы оценки Р-Т условий

Для оценки P-T условий выбран метод мультиравновесной термобарометрии с оценкой степени неравновесности минеральной ассоциации avPT (Powell, Holland, 1994), реализованный в программе THERMOCALC с базами термодинамических данных для метаморфических пород версии 3.40 (ds622) (Powell, Holland, 1988; Holland, Powell, 1998). Для целей исследования важно то, что база данных программы TERMOCALC содержит модель твердого раствора ставролита, а сам метод позволяет провести реалистичную оценку погрешности P-T определения. Погрешность Р-Т оценок методом avPT определяется параметрами, рассчитываемыми программными средствами (Powell, Holland, 1994): два sd (стандартные отклонения по температуре и давлению) и sigmafit (fit). Параметр fit характеризует степень согласования трех и более линейно независимых реакций. В идеальном случае на P–T плоскости все реакции (равновесия) должны пересечься в одной точке (пучок линий), которая при данном составе равновесных минералов будет соответствовать искомым Р и Т, в этом случае параметр fit будет равен 0. Возможности метода avPT существенно расширены в использованных нами программах TC–Comb (версия 1.1) и TriQuick (Доливо-Добровольский, 2012, 2013). В них применен комбинаторный подход к решению проблемы поиска равновесных составов при наличии большого количества аналитических данных, а также визуализация результатов вычислений на P–T диаграммах.

Мультиравновесная термобарометрия и барометрия по включениям СО₂

При выборе образцов для исследования было обращено внимание на то, что большинство метаморфических линзовидно-полосчатых сланцев и гнейсов очень неоднородны по составу и структуре. Микроструктурные наблюдения обнаруживали в них признаки перекристаллизации матричных минералов (укрупнение зерен, реакционные структуры) и присутствие порфиробластов главных минералов разных генераций.

Наибольшие температуры (~650°C) обнаружены в полиминеральных ассоциациях, отвечающих дивариантному равновесию Qz + Ms + St = Ky + Grt + + Bt + Н₂О. Сланцы с ассоциацией этих минералов представляют собой полосчатые породы с зонами и участками перекристаллизации первичной более мелкозернистой Qz-Ms-Ky-St-Bt матрицы, в которых появляются порфиробласты биотита новой генерации в ассоциации с Ky и Grt (например, рис. 2а). Локальные участки с новообразованным биотитом и гранатом демонстрировали наиболее высокие температуры.

При этом нельзя не отметить, что ряд исследователей рассматривали сланцы Больших Кейв только в рамках единой метаморфо-метасоматической системы, считая все сланцы или частично или полностью метасоматически и гидротермально переработанными под воздействием флюидов (например, Дуденко, 1981; Жданов и др., 1983). Тем не менее выбранные образцы были исследованы как типичные представители разных групп пород.

В результате получены следующие интервалы вариаций Р-Т параметров: для метаморфических сланцев и гнейсов с признаками поздней (более высокотемпературной) локальной перекристаллизации 7.7–6.0 кбар и 670–580°C, для метасоматических кварцевых пород, обогащенных графитом (тип-2), 6.5–7.6 кбар и 550°C, для метасоматических кварцевых пород без видимого графита (тип-3 и тип-4) 5.9 кбар и 500°C (табл. 2, рис. 6).

 

Таблица 2. Р-Т параметры исследованных образцов метаморфических и метасоматических пород Больших Кейв

Номер образца	Порода	Ассоциация	Р, кбар	Т, °C	fit	IR
Б991-2	Гнейс	QzPlBtGrtStKyMs	7.7	671	0.20	5
Б992-5	Гнейс	QzPlBtGrtKyIlmRt	7.4	636	0.32	4
Б983-2	Сланец	QzPlBtGrtStMsChlIlmRt	6.0	583	0.13	5
Б887-3	Сланец	QzPlMsBtGrtKy	6.9	580	0.27	4
А348-1	Амфиболит	QzPlGrtHblIlmRt	6.9	567	0.00	3
Б979-13	Амфиболит	QzPlGrtHblIlmRt	6.4	559	0.00	3
Е6-2	Метасоматический Ky-Qz бластомилонит черный (Gt)	QzKy (+StGrtPlMsBtTt)	7.6	551	0.09	3
Е6-2	То же	То же +Н2О	7.5	560	0.05	4
Б911-2а	Метасоматит массивный черный, богатый Qz и Gt	QzStGrt (+PlMsBt±Ky)	6.5	550	0.04	4
Б911-2а	То же	То же +Н2О	6.5	549	0.03	5
К31-к3	Метасоматический кварцит без Gt	QzKy (+GrtMsBtPlIlmRt)	5.9	499	0.03	4

Примечание. Подчеркнуты минералы, использованные в расчетах. В скобках второстепенные минералы. fit – степень согласованности линейно независимых реакций, IR – число независимых реакций.

 

Рис. 6. Р-Т условия образования исследованных метаморфических и метасоматических пород гнейсово-сланцевой толщи тектонического покрова Большие Кейвы. Условные обозначения типов пород как на рис. 1. Метаморфические фации: GS – зеленосланцевая, AM – амфиболитовая, GR – гранулитовая, EC – эклогитовая (Bushmin, Glebovitsky, 2016). Прерывистая красная линия – обобщенный Р-Т тренд ретроградного изменения условий образования пород. 1 – область Р-Т параметров (Р ~ 7–6.5 кбар, Т ~ 525–500°C) Ky-Qz жил с околожильными метасоматитами (тип-3) по (Бушмин и др., 2011б); 2 – область декомпрессии (6.8–3.4 кбар при ~500°C) по данным микротермометрии включений СО₂ (табл. 3) в Ky-Qz жилах с околожильными метасоматитами (тип-3), Qz-Ky жилах, прожилках и прожилковых зонах (тип-4) и анхимономинеральных Qz жилах (тип-5).

 

Поскольку среди гнейсов и сланцев не удалось выбрать разновидности, совсем не затронутые перекристаллизацией и разнообразными метасоматическими изменениями, то для оценки Р-Т неизмененных метаморфических пород были привлечены амфиболиты, залегающие среди гнейсов и сланцев. Для образцов из центральных частей тел амфиболитов, не затронутых наложенными процессами перекристаллизации и метасоматоза, получены Р-Т оценки: 6.4–6.9 кбар и 560–570°C (табл. 2).

Погрешность полученных Р-Т оценок методом avPT (параметры sd) варьировала от 0.7 до 1.2 кбар и от 20 до 96°C. Примеры результатов расчета Р-Т параметров приведены на рис. 7.

 

Рис. 7. Примеры результатов расчета Р-Т параметров методом avPT типичных образцов исследованных типов пород. (а, б) – метаморфические гнейс и сланец; (в, г, д) – метасоматические кварцевые породы с повышенным содержанием графита; (е) – метасоматический Ky кварцит.

 

Величины активности воды по равновесным минеральным парагенезисам методом avPT удалось рассчитать только в черных по цвету, богатых графитом метасоматических кварцевых породах (тип-2) по двум образцам: Е6–2 – а_Н2О = 0.45–0.62, среднее 0.54, и Б911–2а – а_Н2О = 0.43–0.48, среднее 0.46.

На основании полученных значительных вариаций Р-Т параметров мы предположили, что на более холодную (550–570°C) метаморфическую толщу Больших Кейв в рассматриваемой геологической ситуации изначально воздействовал внешний более горячий флюидный поток (~650°C). В процессе фильтрации и охлаждения потока в широком Р-Т интервале формировались частично перекристаллизованные и метасоматизированные гнейсы и сланцы и, наконец, тела богатых графитом кварцевых метасоматических пород.

Дополнительно оценки давления получены для всех типов метасоматических и жильных пород по p- и ps-включениям СО₂, исходя из температуры гомогенизации СО₂, измеренной методом микротермометрии и из независимой оценки температуры образования пород, полученной методом мультиравновесной термобарометрии. Давление рассчитывалось в соответствии с линиями постоянной плотности CO₂ (изохорами), определенной по температуре гомогенизации включений. Изохоры построены для наиболее плотных первичных включений (как с наибольшей вероятностью сохранивших условия захвата флюида) (табл. 3). В первую очередь, эти оценки оказались необходимой информацией для пород типа-4 и типа-5, представленных моно- и маломинеральными породами. Полученные данные указывают на условия декомпрессии от 6.8 до 3.5 кбар при формировании поздних генераций метасоматитов и кварцевых жил.

 

Таблица 3. Р-Т условия захвата СО₂ включений с Р-Т координатами изохор в разных типах исследованных пород

Номер образца	Генерация включений	Тh, °C	Плотность, см3/гр	500°C	550°C
Тип 2. Включения в метасоматических Qz породах с повышенным содержанием графита
К8-д	р	–41	0.88	6.2	6.5
Тип 3. Включения в Ky-Qz жилах с околожильными метасоматитами (MS)
Б880-7 (жила)	ps	–57	0.85	6.8	7.3
Б880-2 (MS)	p	–27	0.94	5.1	5.5
Б884-2 (край жилы)	p	–38	0.99	5.8	6.2
Б884-1 (MS)	p	–2	1.09	3.4	3.7
Тип 4. Включения в метасоматических Qz-содержащих Ky породах
Б891	p	–16	0.99	4.3	4.7
Б901-1	p	4	1.10	3.4	3.6
Б901-4	p	–2	1.07	3.6	3.9
Б901-6	ps	–7	1.04	3.8	4.1
А355-2	ps	–4	1.05	3.7	4.0
Тип 5. Включения в анхимономинеральных Qz жилах
Б926-1 (жила)	ps	–41	0.88	6.2	6.5
Б926-3 (жила)	p	–57	0.85	6.8	7.3
Б926-3а (край) Qz-St зона	p	–31	0.93	5.3	5.7

Примечание. Р-Т условия захвата включений выделены жирным шрифтом. p – первичные включения, ps – первично-вторичные включения. T_h – температура гомогенизации включений СО₂.

 

Таким образом, на основе метода мультиравновесной термобарометрии и плотности включений CO₂ был реконструирован ретроградный Р-Т тренд для метаморфических и метасоматических пород Больших Кейв, по-видимому, отражающий историю эволюции пород при их эксгумации в верхнюю кору (рис. 6).

Сравнение данных по а_Н2О (минеральные равновесия) и содержанию солей (включения) со свойствами модельного флюида

Для пород тип-2 по образцам Е6, Е5, К8 методом avPT был получен набор пучков с высокой сходимостью (параметр fit), в среднем дающих температуру 560°C и давление 7.5 кбар (например, обр. Е6-2 на рис. 6). Среднее значение активности воды для этих образцов (0.45–0.62) составило a_H2O = 0.54. Исследования включений рассолов оценили относительное содержание NaCl и CaCl₂ (табл. 1). В выбранных образцах присутствует компактная группа водно-солевых включений, содержащих 14.2–45.1 мас. % NaCl и 14.1–25.2 мас. % CaCl₂. Соответствующие мольные доли этих солей для флюида H₂O-NaCl-CaCl₂: NaCl от x_NaCl = 0.062 до x_NaCl = 0.252, CaCl₂ от x_CaCl2 = 0.040 до x_CaCl2 = 0.064. Суммарная соленость (в мольных долях) для системы H₂O-NaCl-CaCl₂ колеблется в пределах от x_salt = 0.143 до x_salt = 0.299 (табл. 1) при средней величине x_salt = 0.221. Отношение средней мольной доли NaCl (x_NaCl = 0.166) к средней мольной солености составляет x_r = 0.75. Помимо включений рассолов в образцах присутствуют включения CO₂, не содержащие и содержащие Н₂О. Совместное присутствие этих двух типов включений позволяет предположить их образование из гомогенного флюида, испытавшего распад на две фазы при снижении P-T параметров до значений, определенных нами для этих образцов, т. е. T = 560°C, P = 7.5 кбар.

С целью сравнения природных и модельных свойств флюида построена фазовая диаграмма с теоретическим сольвусом (толстая синяя линия) для флюида H₂O-CO₂-NaCl-CaCl₂ при 560°C и 7.5 кбар и соотношении мольных долей NaCl и CaCl₂ (общая соленость 75% NaCl и 25% CaCl₂, рис. 8). Мольные доли компонентов в четверной системе H₂O-NaCl-CaCl₂-CO₂ здесь и далее будут обозначаться как y_H2O, y_CO2, y_NaCl, y_CaCl2. При y_CO2 = 0, что графически соответствует левой стороне треугольника составов, y_NaCl = x_NaCl, y_CaCl2 = = x_CaCl2, y_H2O = x_H2O. В противном случае мольные доли четверной системы, соответствующие x_NaCl, x_CaCl2, x_H2O, линейно снижаются с ростом y_CO2.

 

Рис. 8. Сечение фазовой диаграммы флюидной системы H₂O-NaCl-CaCl₂-CO₂ через вершины Н₂О-СО₂-отношение солей. y_salt – мольные доли общей солености в четверной системе, y_CO2 – мольные доли СО₂ в четверной системе. Сольвусы и фазовые поля при T = 560°C, P = 7.5 кбар и x_r = 0.75 (отношение мольной доли NaCl к суммарной мольной доле соли). Цифры обозначают области (поля) различного фазового состава: 1 – гомогенный флюид, 2 – две сосуществующие флюидные фазы, 3 – две флюидные фазы, сосуществующие с твердой фазой NaCl (границы обозначены для T = 560°C, P = 7.5 кбар, x_r = 0.75 – жирные зеленые линии). Тонкие черные линии соединяют точки сольвуса с одинаковыми активностями воды. a – x_salt = 0.299, b – x_salt = 0.143, c – x_salt = 0.221 – точки максимальной, минимальной и средней солености водно-солевого флюида в обр. Е6, Е5, К8.

 

Красные залитые кружки на левой стороне треугольника составов (рис. 8), обозначенные как a, b и c, соответствуют приведенным выше значениям солености водно-солевой составляющей природного флюида (флюидные включения). Точка a отвечает максимальной солености x_salt = 0.299 (в мольных долях), точка b соответствует минимальной солености x_salt = 0.143, точка c отвечает средней солености x_salt = 0.221. Прерывистые линии соединяют их с точками на сольвусе, отвечающими тем же составам водно-солевой части флюида. Активность воды для этих точек на сольвусе составляет: a_H2O = 0.46 для a, a_H2O = 0.59 для b и a_H2O = 0.53 для c. Тонкие черные линии на рис. 8 соединяют точки, соответствующие составам a, b и c, с точками на нижней ветви сольвуса, где активность воды имеет те же значения, что и в точках a, b и c. Эти точки на нижней ветви сольвуса соответствуют составам богатого СО₂ и не содержащего солевую составляющую флюида, равновесного с высокосоленым флюидом a, b и c. Последнее мы отождествляем с углекислотными включениями, найденными в исследованных образцах.

Следует отметить хорошее соответствие природных и модельных данных как в отношении вариаций a_H2O, так и для усредненной по солености точки c и a_H2O = 0.54.

Обсуждение результатов

Главные типы флюидных включений и их ассоциации

В метаморфических сланцах и гнейсах с графитом (тип-1), по сравнению с другими типами пород, включений мало. В них преобладают водно-солевые включения, а включения СО₂ и СН₄ редки. Во всех других типах исследованных пород (тип-2–тип-5), имеющих отчетливые геологические и минералогические отличия, включений много и они образуют близкие или одинаковые по фазовому составу ассоциации включений рассолов и газов, более редких первичных и преобладающих первично-вторичных. Эти ассоциации отличаются, главным образом, относительным содержанием СО₂, СН₄ и главных солей NaCl и CaCl₂. Включения в кварце, реже в кианите, представлены почти чистыми включениями СО₂ и/или включениями СО₂ с примесью СН₄, почти чистыми включениями CH₄ и/или включениями CH₄ с примесью СО₂, и включениями рассолов с двумя солями или одной солью NaCl. Во всех типах пород, кроме метаморфических гнейсов и сланцев, встречались углекислотно-водные включения с разным соотношением СО₂ и Н₂О. Они обычно среди включений СО₂ без видимой Н₂О и рассолов.

Эти ассоциации включений сосуществуют в одних и тех же генерациях ранних включений: более ранних первичных и преобладающих первично-вторичных в виде скоплений и линейных зон. Поэтому мы считаем их сингенетичными, возникшими (а) при распаде условно первичного гомогенного флюида близко к началу образования породы, и (б) при продолжавшемся дальнейшем распаде в термоградиентном поле захваченных включений. В пользу последнего свидетельствует тенденция к появлению все более “чистых” монофазных включений либо газов, либо рассолов (например, Бушмин и др., 2020 и ссылки в этой работе).

Установленные различия в составе флюидов в разных типах пород, записанные во флюидных включениях, обнаруживают, начиная от пород типа-2, тенденцию к уменьшению содержания метана, вплоть до его отсутствия в типе-5, где в газовых включениях остается только СО₂. Также падает общая соленость включений рассолов. Такие изменения состава наблюдаемых водных флюидов от пород типа-2 к породам типа-5 при снижении Р-Т, по-видимому, происходят при поступлении новых внешних флюидов в комплекс пород Большие Кейвы в процессе эксгумации в верхнюю кору (рис. 9). Полученные данные свидетельствуют и о том, что во всех типах пород соотношения двух солей меняются по-разному, не обнаруживая тенденции к последовательному изменению, при этом обращает на себя внимание постоянное присутствие включений рассолов NaCl средней–низкой солености.

 

Рис. 9. Относительное присутствие в кварце включений газов (СО₂ и СН₄) и рассолов (Н₂О, соли с учетом мас. % солей) в исследованных типах пород: (а) тип-1, (б) тип-2, (в) тип-3, (г) тип-4, (д) тип-5.

 

Фазовое расслоение флюида при вскрытии захваченных включений рассола во время снижения Р-Т при эксгумации пород

Обобщив все данные, полученные по флюидным включениям, мы обратили внимание на систематическое присутствие во всех типах исследованных пород, наряду с включениями рассолов высокой солености, состоящих из двух солей, и на присутствие включений рассолов с одной солью NaCl средней–низкой солености (рис. 2в, 2ж, 4б, 4г, 4ж). Мы предположили, что включения низкой солености могут быть продуктами фазового расслоения водно-солевых включений на две несмесимые фазы различного состава при их вскрытии и перемещении в новые структурные полости кварца на фоне продолжавшегося стресса в сочетании со снижением Р-Т параметров в процессе эксгумации пород. Вследствие различия в свойствах смачивания этими образовавшимися флюидами стенок микротрещины естественно ожидать пространственное разделение этих флюидных фаз по различным первично-вторичным включениям. В случае же контакта с межзерновым пространством будет происходить дальнейшая модификация состава включений. Еще более сложная картина должна возникать при многократном открытии включений. Подробный анализ событий открытия включений в ходе подъема пород к поверхности требует прецизионного исследования большого числа включений. Однако общие черты разделения флюидных фаз при преобразовании захваченных включений могут быть показаны на примере включений в минералах из пород типа-2 и типа-4.

Этот возможный процесс расслоения рассмотрим на основе численного моделирования в рамках термодинамической модели четверной системы H₂O-NaCl-CaCl₂-CO₂ (Иванов, 2023) на примере пород типа-2 и типа-4. Присутствие СО₂ является необходимым условием распада гомогенного флюида на несмесимые фазы в указанной четверной системе. Отсутствие информации о реальном содержании углекислого газа предопределило относительно произвольный выбор мольной доли CO₂ по солености исходного флюида во включениях (примеры приведены в подписях к рис. 10 и 11) для перехода в четверную систему с СО₂, величина которой ограничена гомогенностью флюида в исходных включениях при P-T условиях захвата.

 

Рис. 10. Включения в породах типа-2. Серые кружки – водно-солевые составы исследованных флюидных включений в обр. Е3 (а) и Е5, Е6, К8 (б). Цветные символы – составы флюидов исходных включений и соответствующие им составы расслоенных флюидов. Точки, соответствующие составам флюидов исходных включений дополнительно отмечены знаком + того же цвета. Составы модельных флюидов исходных включений (y – мольные доли компонентов в четверной системе H₂O-NaCl-CaCl₂-CO₂), Р-Т параметры, при которых произошло фазовое расслоение:

1. y_H2O= 0.719, y_CO2 = 0.197, y_NaCl = 0.049, y_CaCl2 = 0.035, T = 320°C, P = 2 кбар;
2. y_H2O= 0.712, y_CO2 = 0.205, y_NaCl = 0.043, y_CaCl2 = 0.040, T =320°C, P = 2 кбар;
3. y_H2O= 0.736, y_CO2 = 0.184, y_NaCl = 0.038, y_CaCl2 = 0.042, T = 320°C, P = 2 кбар;
4. y_H2O= 0.653, y_CO2 = 0.237, y_NaCl = 0.090, y_CaCl2 = 0.020, T = 500°C, P = 4 кбар;
5. y_H2O= 0.614, y_CO2 = 0.222, y_NaCl = 0.140, y_CaCl2 = 0.024, T = 500°C, P = 4.3 кбар;
6. y_H2O= 0.522, y_CO2 = 0.391, y_NaCl = 0.072, y_CaCl2 = 0.016, T = 470°C, P = 2 кбар.

 

Рис. 11. Включения в породах типа-4. Состав модельного флюида исходного включения: y_H2O = 0.734, y_CO2 = 0.211, y_NaCl = 0.028, y_CaCl2 = 0.028. T = 390°C, P = 1.4 кбар. См. также подпись к рис. 10.

 

На рис. 10 в двух разных масштабах серыми кружками показаны составы флюидных включений H₂O-NaCl-CaCl₂ для пород типа-2, а на рис. 11 – для пород типа-4. Из них выбраны для исследования составы, отмеченные крестами. Исходные параметры: 550°C, 7 кбар для пород типа-2 и 500°C, 4.0 кбар для пород типа-4. Затем производился расчет состава флюида до более низких параметров с выраженным распадом исходного флюида на две флюидные фазы контрастного состава. Состав этих новообразованных фаз обозначен на рис. 10 и 11 теми же цветными символами, верхним и нижним, но без крестов. Примеры состава исходных включений и Р-Т условия их фазового расслоения приведены в подписи к рис. 10 и 11.

Одна из полученных модельных фаз сопоставима по составу с включениями рассола с NaCl низкой солености (рис. 10 и 11), куда переходит основная доля исходного СО₂. На рис. 10а и 10б мольная доля СО₂ в таких новообразованных малосоленых включениях составляет: 1. y_CO2 = 0.532; 2. y_CO2 = 0.536; 3. y_CO2 = 0.521; 4. y_CO2 = 0.541; 5. y_CO2 = 0.628; 6. y_CO2 = 0.580. На рис. 11 в новообразованном малосоленом включении y_CO2 = 0.384.

Вторая модельная фаза сопоставима с включениями рассолов высокой солености с преобладанием CaCl₂ над NaCl (рис. 10 и 11) или преобладанием NaCl над CaCl₂ (рис. 10б), куда переходит остаток СО₂. На рис. 10 мольная доля СО₂ в таких новообразованных включениях наибольшей солености составляет: 1. y_CO2 = 0.046; 2. y_CO2 = 0.042; 3. y_CO2 = 0.046; 4. y_CO2 = 0.069; 5. y_CO2 = 0.046; 6. y_CO2 = 0.015. На рис. 11 в новообразованном высокосоленом включении y_CO2 = 0.034. Дальнейшее удаление СО₂ из включений мы объясняем последующими нарушениями их целостности и распаде при более низких Р-Т параметрах.

В процессе моделирования выяснились две особенности эволюции состава включений. Во-первых, вариации мольной доли CO₂ в составе исходного включения существенно влияют на степень разделения флюидных фаз по солености, но оказывают достаточно слабое влияние на соотношение CaCl₂ и NaCl в этих фазах. Во-вторых, сходным образом влияет на солевые составы флюидных фаз величина давления, при котором происходит открытие исходного включения.

Таким образом, на основе новой термодинамической модели многокомпонентного флюида показано, что часть из наблюдаемых включений, прежде всего включения Н₂О-NaCl низкой солености и включения рассолов с двумя солями с наибольшей соленостью, могут быть продуктами эволюции состава захваченных включений при их вскрытии и гетерогенизации флюида, вызванной снижением Р-Т параметров во время эксгумации породы в верхнюю кору. Такие включения не всегда могут являться свидетельством поступления новых порций NaCl-флюидов низкой солености.

Свойства флюидов вдоль обобщенного ретроградного Р-Т тренда, отражающего Р-Т историю пород при эксгумации: синтез природных и модельных данных.

На рис. 12 представлены фазовые диаграммы для флюидов состава H₂O-NaCl-CaCl₂-CO₂ с их привязкой к P-T параметрам исследованных метаморфических и метасоматических пород вдоль обобщенного Р-Т тренда покрова Большие Кейвы. Все фазовые диаграммы получены для случая равных мольных долей CaCl₂ и NaCl во флюиде. Красными кружками в предположении y_CO2 = 0 обозначены составы водно-солевых включений с максимальной концентрацией соли, обнаруженные в соответствующем типе пород (табл. 1). В случае, если возможно допустить присутствие в данных включениях умеренной доли CO₂, эта точка соединена прерывистой желтой линией с точкой на сольвусе с такой же мольной долей соли в водно-солевой части четырехкомпонентного флюида.

 

Рис. 12. Фазовые диаграммы флюидов вдоль обобщенного Р-Т тренда ретроградного изменения условий образования исследованных типов метаморфических и метасоматических пород покрова Большие Кейвы. (а) – тип-1, (б) – тип-2, (в) – тип-3, (г) – тип-4, (д) – прерывистая красная линия – обобщенный Р-Т тренд. Жирные синие линии – сольвусы. Обозначения фазовых полей – см. подпись к рис. 8. Незалитые кружки – критические точки сольвусов, в которых активность воды достигает максимального значения, возможного в области гетерогенного флюида. Красные кружки – максимальные мольные доли соли в водно-солевой части флюида для каждого из типов пород. Пунктирная красная линия на рисунке (а) – сольвус для P-T условий пород типа-2. а_Н2О – активность воды, ρ – плотность флюидных фаз (г/см³).

 

В качестве примера важнейших параметров, характеризующих свойства флюидов, рассчитаны активность воды и плотность флюидных фаз, влияющие, например, на метаморфические и метасоматические реакции, на перенос и отложение элементов, изменяющие температуры плавления. От плотности зависит растворяющая способность растворов электролитов, а от разницы плотностей несмесимых флюидных фаз зависит степень фракционирования продуктов гидролиза солей (например, HCl и NaOH), что определяет кислотные свойства рассолов и водно-углекислотных флюидов при снижении P-T параметров.

На рис. 12а представлена фазовая диаграмма для пород типа-1. Максимальная величина x_salt в этих породах очень близка к мольной доле соли в водно-солевой части флюида с составом, соответствующим критической точке сольвуса. Однако такого сорта флюиды должны также содержать большое количество углекислого газа (не менее y_CO2 = 0.3), но включения СО₂ редки. Таким образом, метаморфогенный флюид пород типа-1 был гомогенным, существенно водным и малосоленым.

Концентрация солей в водно-солевых включениях в метасоматических породах типа-2 (рис. 12б) принципиально выше, чем в породах типа-1. Также в породах этого типа имеется значительное число углекислотных включений в ассоциации с включениями рассолов, содержащих и не содержащих углекислоту (рис. 3). Оба эти обстоятельства приводят к сделанному выше выводу о том, что включения в породах типа-2 представляют собой гетерогенный флюид, состоящий из водно-солевой и углекислотно-водной фаз. Для случая наиболее высокой солености, представленного на рис. 12б, разделение фаз является очень контрастным. Водно-солевая фаза содержит малую долю CO₂, в то время как углекислотно-водная фаза практически полностью лишена солей, а доля CO₂ в ней значительно превосходит долю воды. На рис. 12а, помимо сольвуса для максимальных P-T условий пород типа-1, показан также сольвус, соответствующий Р-Т условиям пород типа-2. Оба эти сольвуса практически совпадают. Как сказано выше, малосоленые включения в породах типа-1 не могли образоваться из гетерогенного флюида при P-T условиях типа-1. Верно и обратное, фазовое расслоение высоко соленых включений, найденных в породах типа-2, не могло привести к образованию низко соленых включений, присутствующих в породах типа-1. Тем самым, отсутствует какая-либо генетическая связь между флюидами, найденными в породах типа-1 и типа-2.

В породах типа-3 и типа-4 (рис. 12в, 12г), так же как в породах типа-2, нами обнаружены как водно-солевые, так и углекислотно-водные включения (рис. 5а–5д). Концентрация солей в водно-солевых включениях здесь заметно ниже, чем в породах типа-2, но вполне достаточна для того, чтобы включения в этих типах пород происходили из гетерогенного флюида. Значительно более низкая соленость флюидов в этих породах делает сомнительной их возможную связь с флюидом пород типа-2. В то же время имеется значительное сходство между флюидами из включений в породах типа-3 и -4.

Таким образом, последовательное снижение P-T условий от пород типа-1 к породам типа-2, далее к типам 3 и 4, (рис. 12) сопровождается контрастной сменой состава и состояния флюидов. Происходит переход от гомогенного существенно водно-солевого средней–низкой солености (тип-1) к гетерогенным метаново-водным высокой солености (тип-2). За этим происходит переход к углекислотно-водным высокой солености (тип-3 и -4) и, наконец, к углекислотно-водным флюидам средней–низкой солености, характерным для наиболее поздних Qz жил (тип-5). Вдоль ретроградного Р-Т тренда, представленного на рис. 12, наблюдается изменение активности воды во флюиде: а_Н2О = 0.88 – тип-1, а_Н2О = 0.48 – тип-2, а_Н2О = 0.62 – тип-3, а_Н2О = 0.66 тип-4. Максимально возможная активность воды в гетерогенном флюиде также возрастает вдоль Р-Т тренда от а_Н2О = 0.63 (тип-2) до а_Н2О = 0.66 (тип-3) и к а_Н2О = 0.70 для P-T условий пород типа-4. Обращает на себя внимание не только изменение плотности несмесимых флюидных фаз при гетерогенном состоянии флюидов, но и разница между плотностями, которая максимальная для флюида пород типа-2. Синтез природных и модельных данных приводит к выводу, что в указанном ряду (тип-1–тип-5) флюиды в целом не могут рассматриваться как продукты эволюции единого флюида.

Полученные результаты свидетельствуют о том, что в метаморфических и метасоматических процессах, сформировавших породы Больших Кейв, участвовали по мере снижения Р-Т параметров флюиды, различавшиеся по фазовому состоянию (гомогенное или гетерогенное), свойствам гомогенного флюида и свойствам несмесимых фаз гетерогенного флюида, таким как активность воды, соленость, плотность и газовый состав. Время проявление метасоматоза 1762–1721 млн лет (Бушмин и др., 2011а), а значит и тектоно-флюидной переработки пород Больших Кейв при формировании покровно-надвиговой структуры, что свидетельствует о коллизионных процессах, сопровождавшихся эксгумацией тектонического покрова Большие Кейвы в течение относительно длительного интервала ~40 млн лет.

Геологическая информация, полученная в настоящей работе и касающаяся распространенности пород, содержащих графит и значительное содержание СН₄ во флюидных включениях, ставит вопросы о происхождении графита и метана, а также дополнительного анализа фазовых соотношений в системе С-О-Н. Эти вопросы требуют расширенного анализа, который и предполагается провести в наших дальнейших исследованиях.

Выводы

Выявленные особенности флюидов Больших Кейв, с нашей точки зрения, имеют не только региональный характер, но и являются примером проявления общих закономерностей в свойствах и эволюции флюидов, сопровождающих эксгумацию пород, по крайней мере с уровня средней коры. Они заключаются в следующем:

1. Состав флюидов, записанный в геологической последовательности метасоматических и жильных пород, нельзя объяснить только эволюцией метаморфогенного флюида на ретроградном этапе истории пород при их эксгумации, происходившей, как мы предполагаем, в флюидонасыщенном канале, в котором флюиды разного происхождения играли роль “смазки”, облегчающей выдавливание наверх блока пород.
2. Наблюдается контрастная смена состава и состояния флюидов, от гомогенного существенно водно-солевого средней–низкой солености, к гетерогенным метаново-водным высокой солености, далее к углекислотно-водным высокой солености и, наконец, к углекислотно-водным флюидам средней–низкой солености. В указанном ряду флюиды в целом не могут рассматриваться как продукты эволюции единого флюида и, таким образом, кроме первого метаморфогенного флюида представляют собой порции внешних флюидов.
3. Проявления дискретных потоков внешних флюидов разного химического состава и фазового состояния, не являющихся продуктами эволюции флюида из одного источника, по-видимому, не являются уникальными событиями на разных уровнях коры. Может происходить и многостадийное поступление в канал локализованных порций внешних углекислотно-водных флюидов разного химического состава, усложняющих общий состав флюида в канале.
4. Возможно, закономерной является и обнаруженная в покрове Большие Кейвы тенденция к уменьшению содержания метана и солености в порциях внешних водных флюидов с уменьшением глубины их поступления в канал. Это не может не отражаться на продолжающейся метасоматической и гидротермальной переработке поднимающихся к поверхности пород.

Благодарности. Авторы благодарны рецензентам О.Г. Сафонову и Л.И. Ходоревской за замечания, способствовавшие улучшению работы.

Источники финансирования. Исследование выполнено при поддержке гранта Российского научного фонда № 22-27-00270, https://rscf.ru/project/22-27-00270/.

 

¹ Аббревиатура минералов и другие условные обозначения согласно (Whitney, Evans, 2010), за исключением графита (Gt) и галита (H). Также используются обозначения особенностей химического состава минералов. Для граната: X_Mg^Ca = Mg,Ca/(Mg + Fe + Mn + Ca); биотита, ставролита и хлорита: X_Mg = Mg/(Mg + Fe); биотита: X^Al = Al/(Al + Si); плагиоклаза и мусковита: X_Na = Na/(Na+Ca).

About the authors

S. А. Bushmin

Institute of Precambrian Geology and Geochronology, Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: s.a.bushmin@ipgg.ru
Russian Federation, St. Petersburg

E. A. Vapnik

Ben-Gurion University of the Negev

Email: s.a.bushmin@ipgg.ru

Department of Geological and Environmental Sciences

Israel, Beer-Sheva

М. V. Ivanov

Institute of Precambrian Geology and Geochronology, Russian Academy of Sciences

Email: s.a.bushmin@ipgg.ru
Russian Federation, St. Petersburg

A. В. Kol’tsov

Institute of Precambrian Geology and Geochronology, Russian Academy of Sciences

Email: s.a.bushmin@ipgg.ru
Russian Federation, St. Petersburg

Y. М. Lebedeva

Institute of Precambrian Geology and Geochronology, Russian Academy of Sciences

Email: s.a.bushmin@ipgg.ru
Russian Federation, St. Petersburg

О. V. Aleksandrovich

Institute of Precambrian Geology and Geochronology, Russian Academy of Sciences

Email: s.a.bushmin@ipgg.ru
Russian Federation, St. Petersburg

Е. V. Savva

Institute of Precambrian Geology and Geochronology, Russian Academy of Sciences

Email: s.a.bushmin@ipgg.ru
Russian Federation, St. Petersburg

References

Supplementary files