Шун-Лунг Хванг, Тзен-ФУ Ю, Хао-Тсу Чуанд, Поуян Шен
Шун-Лунг Хванг, Тзен-ФУ Ю, Хао-Тсу Чуанд, Поуян Шен
Кианит и ставролит находятся как субмикронные включения в гранатах (альмандинах) из метаморфизованных палео-горизонтов метаморфического комплекса Тананао в Тайване, которые богаты алюминием и железом (Хванг и соавт., 2001). Субмикронные кварц, рутил / брукит и циркон также присутствуют как включения. Было предположено, что эти, субмикронного масштаба, минералы образовались при давлении > 8,3-8,8 кбар и температуре <660-690 °C. Эти условия давления и температуры отличаются от (например, 5-7 кбар и 530-550 °C), пород, богатых альмандином, которые сложены гранатом, мусковитом, хлоритом, хлоритоидом, плагиоклазом, кварцом, апатитом, ильменитом (Ю и соавт., 1992). Хотя эти субмикронные включения в гранате, возможно, сформировались во время предыдущей тектонической активизации, но вполне вероятно, что они являются реликтами, сформировавшимися, в P-T (давление-температура) условиях Пенглайского орогенеза.
Ключевые слова: субмикронные включения, кианит, ставролит, метаморфический комплекс Тананао в Тайване.
Тананайский метаморфический комплекс является основанием третичных пород Тайваня. Он имеет сложную истории тектонических активизаций и метаморфизма (Ю и соавт., 1990). Хотя зеленосланцевая, доамфиболитовая фация минеральных комплексов была зарегистрирована и в других литологических типах, типичных минералов, характеризующихся высокой степенью метаморфизма (ставролит и дистен) обнаружено не было. Поэтому было принято считать, что, за исключением локальных участков, подвергшихся внедрению гранитных интрузий и некоторых экзотических блоков амфиболитовой фации, степень метаморфизма комплекса Тананао, скорее всего ниже ставролитовой зоны (Чен и Ванг, 1995). Однако, используя аналитический электронный микроскопии (AЭM), Хванга и соавт. (2001) недавно сообщили об открытии, с высокой степенью достоверности, дистена и ставролита как субмикронных включений в альмандине на востоке Тайваня, а также предоставили данные о температуре и давлении (PT), ограничивающих их формирование. В этом документе, который добавили Хванг и соавт. (2001), мы обсудим некоторые неясности в установлении этого нового открытия с привязкой к истории тектонических активизаций и метаморфизму.
Метаморфический комплекс Тананао состоит из двух частей: западной - пояса Таилуко и восточной - пояса Юли (Йена, 1963). Считается, что после юрского комплекса образовался меловой комплекс (Ю и соавт., 1990, 1998). Пояс Тайлуко в основном состоит из трех горных пород, филлит-кварц-слюдяные сланцы с метапесчаниками, метабазит-роговые мрамора и массивные мрамора, прорваные меловыми гранитными породами. В отличие от которого, пояс Юли состоит в основном из кварц-слюдистых сланцев и офиолитовых пород. Доступные данные возраст свидетельствуют о том, что пояс Таилуко пережил три стадии метаморфизма, каждая из которых соответствует отдельной тектонической активизации: высокое давление метаморфизма в середине юры (I тектоническая активизация), высокотемпературный метаморфизм в конце мелового периода (II тектоническая активизация), и высокие и средние давления метаморфизма в течение позднего кайнозоя (III тектоническая активизация). Пояс Юли подвергся только последним двум этапам метаморфизма: метаморфизму высокого давления в конце мелового периода (II тектоническая активизация), и высокие и средние давления метаморфизма в течение позднего кайнозоя (III тектоническая активизация) (Лиу и Эрнст, 1984; Ю и соавт., 1990, 1998).
T-P условия для первого этапа метаморфизма (тектонической активизации) ограничены не достаточно достоверно потому, что нет четких минеральных образований. Т-Р условия для второй (II тектоническая активизация) и третьей (III тектоническая активизация) стадий метаморфизма были установлены: 550-650 °C / 5 кбар и <350-475 °C/2-4 кбар, соответственно (Чу,1981, Лю и Эрнст, 1984; Эрнст и Ян, 1987; и Лан Ванг Ли, 1992).
Посредством AЭM исследований пород, богатых альмандином, северной области пояса Тайлуко, Хванга и соавт. (2001) определили субмикронных размеров кианитовые и ставролитовые включения в гранат-хлоритоидных породах. Впервые обнаружил Чао (1991) и позже отметил Ю и соавт. (1992,1994), эта гранат- хлоритоидная порода имеет особый химический состав. Порода в этой области постепенно переходит в метабазит и обладает очень высоким содержанием алюминия (Al2O3 = 25,68 – 29,95мас.%), Fe (FeO = 18,85 – 23 мас.%), титана (TiO2 = 3,76 – 6,76 мас.%), K (K2O = 1,03 - 2.17 мас.%), Rb, Cs и Ва (Ю и соавт., 1994). С помощью детального геохимического сравнения, было показано, что гранат-хлоритоидные породы образовались, возможно, в результате подводного выветривания из базальтовых пород (Ю и соавт., 1994).Минеральные ассоциации в этой породе состоят из граната, мусковита, хлорита, хлоритоида, плагиоклаза, кварца, апатита, ильменита. Размер включений, таких как мусковит, хлорит, плагиоклаз, кварц, апатит, ильменит – микрометр, и являются стабильными в гранате. Химический состав в породах, богатых альмандином, изменяется с заметным зонированием (например, Fe) к контуру. На основании гранат-плагиоклаз-мусковит-кварц геобарометра (Хоиш, 1991) и гранат-фенгититового геотермометра (Хайнс и Форест, 1988), по оценкам, условий формирования матриц, установили, что минералы образовались в P-T условиях: 5-7 кбар и 530-555 °C (Ю и соавт., 1992).
Субмикронного размера многофазные включения с минеральными ассоциациями кианит-брукит-кварца, ставролит-брукита-кварц-циркона, ставролит-кварц-рутила, кианит-кварц-циркон-брукита и брукит-кварц-циркона были обнаружены как скопления в пустотах граната. Обратите внимание, что образцы имеют порфиробластовую текстуру: в гранатах, размером ~ 2 мм, содержится камера с минералами: мусковит, хлорит, хлоритоид, плагиоклаз, кварц, апатит, ильменит. Субмикронные включения кианита, ставролита, рутила и брукита расположены обособлено от камеры. Хорошо развиты грани низкотемпературных кристаллов кианита / ставролита / брукита / рутила, что исключает возможность того, что они обломочного происхождения. В противном случае, эти субмикронные включения не метаморфического происхождения.
Формирование условий этих включений может быть ограничено следующими двумя реакциями:
3 ильменит + Al2SiO5 + 2 кварц = альмандин + 3 рутила (I)
6 ставролит + 12,5 кварца = 4 альмандин + 23 кианит + 6 H2O (II)
Эти две реакции экспериментально определены Боленом и соавт. (1983) с Гангули(1972) и Рао с Йоханнес (1979), которые пришли к одному выводу не зависимо друг от друга. P-T условия оцениваются в: > 8,3-8,8 кбар и <660-690 °C - Хванга и соавт., (2001). Из-за различий в минеральной ассоциации и метаморфических условиях P-T между матрицей минералов и субмикронными включениями гранат-хлоритоидных пород, Хван и др. (2001) предположил, что субмикронные кианитовые / ставролитовые включения указывают на незадокументированные ранее процессы метаморфизма.
Как упоминалось ранее, пояс Тайлуко метаморфического комплекса Тананао якобы пережил три этапа метаморфизма. Гранат-хлоритоидные породы, исследуемые в настоящее время, которое относится к поясу Тайлуко, испытывали эти три этапа метаморфизма, т.е. метаморфизмвысокого давления - в середине юрского времени, высокотемпературный метаморфизм - в конце мела, а такжеметаморфизм высокого и среднего давления - в конце кайнозоя. Поскольку метаморфические условияя ТP ( 530-555 °C и 5-7 кбар) оброзования матрицы минеральных гранат-хлоритоид пород сапоставимы со вторым этапом метаморфизма ( 550-650 °C и 5 кбар), Хванга и соавт. (2001) сделал заключение, что II тектоническая активизация могла быть ответственной за образование минералов в матрице гранат-хлоритоид пород. Таким образом, субмикронные включения в гранате, можно интерпретировать как, минеральные образования второй тектонической активизации, после, которой породы испытали заметный метаморфизм. Кроме того, минеральные включения могут быть реликтами I тектонической активизации. После их формирования, эти минералы были в значительной степени уничтожен в течение последующих стадий метаморфизма / тектонических активизаций, и только очень небольшое количество этих минералов сохранились как субмикронные включения в гранате. Хотя Хванг и соавт. (2001) отдает предпочтение последнему.
В районе Хопинга гранат содержится не только в гранат-хлоритоидных породах, но и в гранитных милонитах и пелитовых сланцах ~ 1 км на север (Чао, 1991; Лу, 1992). В последних породах кварц, гранат, биотит, мусковит, хлорит, плагиоклаз - основные минералы, а эпидот, кальцит, ильменит, пирит, апатит, турмалин второстипенные. Минеральные включения в гранате не являются редкостью, но слишком малы, чтобы быть идентифицированы (Лу, 1992). Кианита и ставролита не было обнаружено. О химическом составе граната в этих породах, сообщили Ю и соавт. (1992) и Лу (1992). Гранат из гранат-хлоритоидных пород имеет более высокий альмандин-компонент, чем граната в милонитовых сланцах, вероятно. Лу (1992) показал, что граната в милонитовых сланцах обладает однородным химическим ядром, которое имеет очень низкое содержание гроссуляра. Помимо однородного ядра, содержание гроссуляра / альмандина показывает внезапное увеличение / уменьшение. После изучения гранат-биотитового геотермометра Гангули и Саксена (1984) и гранат-биотит-плагиоклаз-мусковитового геотермометра Пауэлла и Голландии (1988), Лу (1992) выяснилось, что интервалТР условий образования граната: 500 – 570 °C и 7-8,5 кбар. Учитывая высокую погрешность геотермометра, т.е. ± 50 ° С и ± 1 кбар (Ессне, 1989), эту оценку можно сравнить с полученной из матрицы минералов гранат-хлоритоидных пород: 530-555 °C и 5-7 кбар. Несмотря на такой высокий уровень T-P, состояние, в целом, относится ко второму этапу метаморфизма (см. выше). Лу (1992) предположил, гранат был сформирован во время Пенгалайского орогенеза, т.е. во время III тектонической активизации. Если это соотношение верно, кианитовые /ставролитовые включения в гранате гранат-хлоритоидных пород - результат III тектонической активизации. А также – включения, которые образовались при II тектонической активизации.
Отметим, что однородный гранат милонитов / гранатовых сланцев по химическому составу похож на гранат в роговообманковых безбиотитовых гранитах, пегматитах и мигматитах в северной части Тайлукского пояса (Ю, 1993). Последние гранаты, вероятно, были сформированы в ходе II тектонической активизации и в результате внедрения гранитного интрузива (Ю и Дженг, 1990). С другой стороны содержание гроссуляра может означать различные условия давления. Низкое содержание гроссуляр также согласуется с представлением о том, что, вообще говоря, второй этап метаморфизма в поясе Тайлуко происходил в условиях высоких температур и низкого давления. Субмикронные кианитовые / ставролитовые включения в гранат-хлоритоидных породах, образовавшиеся при давлении выше, чем 8,3-8,8 кбар (Хванга и соавт., 2001), указывают на третий этап метаморфизма. Если это так, то породы области Хоуп могут содержать минералы, которые были сформированы при самих высоких T-P условиях, т.е. - на больших глубинах, по сравнению с породами в других областях Тайлукского пояса во время III тектонической активизации. Это означает, что породы область Хоуп испытали наибольшее количество поднятий в течение этого тектонического этапа. Это согласуется с представлением о том, что площадь Хоуп была местом, где в промежутке между Евразией и плато Филиппинского моря начался Пенглайский орогенез (Лу и Maлaвиелле, 1994).
В связи с тем, что гранат-хлоритоидные породы богаты алюминием, присутствие ставролита и кианита в этой породе не обязательно говорит об условиях метаморфизма, характерных для ставролитовой или кианитовой субфаций (Мияширо, 1994). Однако, поскольку внешняя часть граната в гранатсодержащих милонитовых и пелитовых сланцах проявляется изменением химического состава (Лу, 1992), трудно представить себе, как минеральные включения ставролиовой субфации сформировались под еще более высокими условиями ТР (если включения - реликты предыдущих тектонических активизаций). Как следствие, оценку температуры метаморфизма граната, Хванга и соавт. (2001), следует перенести на более низкий диапазон. Кроме того, реакцию II также можно сдвинуть к низким температурам за счет снижения активности воды. Например,если активность воды была 0,8, то по термодинамическим расчетам Хванга и соавт. (2001) температура реакции II, уменьшится примерно на 60 °C. Следует отметить, что с понижением активности воды, теоретически, также понижается температура реакции разложения ставролита / образования хлоритоида. Расчетная температура метаморфизма хлоритоид-гранатовых пород была 530-550 °C (Ю и соавт., 1992). Эта оценка очень близка к экспериментальным результатам разложения ставролита / формирования хлоритоида полученных Ричардсоном (1968) при присутствии почти чистой H2O флюидной фазы. Это означает, что в при P-T поныжении, повышении активности воды, за счет уменьшения других летучих компонентов, таких, как CO2 или CH4, может возникнуть последующий распад ставролита и формирование хлоритоида. Играет ли роль такое временное изменение состава флюида в возникновении минералогических изменений в гранат-хлоритоидных породах во время метаморфизма – тема, достойная исследования будущего.
Для любого метаморфического комплекса, собственно, установление тектонической / метаморфической истории формирования минеральных включений иногда бывает трудным без знания точного ограничения возраста пород. Открытие субмикронных кианитовых / ставролитовых включений метаморфического комплекса Тананао пояса Тайлуко является примером в этом отношении. Эта статья показывает, что трудно было установить: субмикронные кианитовые / ставролитовые включения были сформированы в течение первой или третьей стадии метаморфизма. Sm / Nd определение возраста граната может быть одним из путей решения этой неопределенности. Кроме того, из-за своеобразного химического состава, наличие субмикронных кианитовых / ставролитовых включений в гранат-хлоритоидных породах не обязательно говорит о метаморфических условиях равных или выше, чем для ставролита. Флюидный состав был также предложен, как один из возможных важных факторов.