Файл: Осипов М.А. Контракция гранитоидов и эндогенное минералообразование.pdf

А К А Д Е М И Я Н А У К С С С Р

Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии

М. А. ОСИПОВ

КОНТРАКЦИЯ ГРАНИТОИДОВ И ЭНДОГЕННОЕ МИНЕРАЛООБРАЗОВАНИЕ

ИЗДАТЕЛЬСТВО «НАУКА»

М о с к в а 197.4

Т Р О Л Ь Н Ы Й Ѳ К 3 Е М П Л Р

ВВЕДЕНИЕ

В геологических исследованиях несомненна важность знаний физи­ ческой сущности природных процессов. Это относится и к проблеме формирования интрузивов. Теория этого сложного многогранного про­ цесса не разработана. Она пока базируется главным образом на гео­ логических наблюдениях и экспериментальных данных физической хи­ мии. Построения и интерпретации, сделанные на основе геологических наблюдений методами физической химии, геохимии и т .д ., могут счи­ таться достоверными только в том случае, если они не противоречат законам физики.. В ряду прочих почти отсутствуют детальные иссле­ дования по такому процессу, как термическое сокращение объема маг­ матических тел. Термическое расширение и сокращение веществ, в том числе в рассматриваемых геологических условиях, - процесс, вероят­ ность которого сомнению не подлежит. Интенсивность явления позво­ ляет судить о значительных масштабах,вызываемых им изменений, ко­ торые могут происходит как в самих магматических телах, так и в • ореолах их воздействия во вмещающих породах. Так, последствиями термической усадки интрузивов могут быть различные дислокации,по­ явление свободных объемов, больших перепадов давлений, миграция подвижных фаз и другие процессы, интересующие геологов различных специальностей, в том числе рудников. Это позволяет рассматривать проблему термического сокращения как одну из важных сторон тео­ рии формирования интрузивов и считать существенным звеном при ре­ шении вопросов связи интрузивного магматизма с эндогенным рудообразованием.

Настоящая работа посвящена анализу явлений, происходящих при остывании и сокращении объема интрузивов гранитоидов формации ма­ лых глубин, формирующихся в относительно спокойной тектонической обстановке. В интрузивах, располагающихся в тектонически активных зонах, процессы, связанные с термическим сокращением их объема, сильно затушевываются, видоизменяются. Поэтому все закономерности, характерные для этого явления, можно в относительно чистом виде наблюдать только в тех плутонах, формированию которых не мешали сторонние факторы. Вследствие этого все изложение материала ве­ дется применительно к интрузивам, формировавшимся в спокойной тек­ тонической обстановке. Обращение к интрузивам тектонически актив­ ных зон оговаривается в каждом случае особо.

3

Часть первая

ГРАНИЦЫ ЯВЛЕНИИ. УПОТРЕБЛЯЕМЫЕ ПОНЯТИЯ

Нестационарность большинства геологических процессов вызывает необходимость рассматривать эти процессы в пределах отдельных пе­ риодов и условий, где обстановка существования систем хотя бы при­ близительно однообразна или изменяется в пределах, которые можно представить и оценить.

Например, недопустимо рассматривать совместно условия сущест­ вования магм в местах их зарождения - магматических очагах и в объеме интрудировавших масс. Теплофизические условия обеих систем резко различны. Нельзя также делать однозначные выводы для основ­ ных и кислых магм, физические параметры состояния которых ( на­ пример, вязкость, реологические свойства) также неодинаковы. К со­ жалению, в геологической теоретической литературе часто таких чет­ ких разграничений не делается.

Определение граничных условий, явлений логично предопределяет более точное определение понятий и терминов, учитывая, что в гео­ логии с упорядоченностью терминологии дело обстоит не совсем бла­ гополучно.

а) Магматический очаг. Будем рассматривать магмы, образующий­ ся в результате анатексиса, палингенеза за счет расплавления пород земной коры. Это расплавление происходит в магматических очагах.

Системы таких очагов, если существующие представления о них верны, получают тепло от некоего неизвестного нам источника, функ­ ционирующего в течение геологически измеримого времени. В своем развитии магматический очаг проходит активную стадию и стадию ос­ тывания. Активная стадия полагает увеличение количества тепла, по­ ступающего к любой точке сечения магматической камеры (за исклю­ чением частного случая, когда устанавливается равновесие между теп­ лом источника и теплом, необходимым для поддержания жидкостного состояния уже образовавшегося расплава).

Наиболее вероятное состояние таких очагов в активную стадию - это расплавление вмещающих пород, расширение магматической каме­ ры, так как любому количеству поступающей тепловой энергии может соответствовать некоторое эквивалентное в данных условиях количест­ во расплавляющихся пород (см. ч. I , и).

б ) Гипабиссальные условия. Гипабиссальными, или условиями ма­ лых глубин, будем считать условия, отвечающие глубинам порядка примерно 1-4 км.

5

Принятое определение не вполне удовлетворительно. Аналогичные условия, например в отношении температуры и давления, могут воз­ никать как в более высоких горизонтах, так и на несколько больших глубинах. Однако в этих случаях появление таких условий будет крат­ ковременным и локальным.

в) Интрузивы. Интрузивами формации малых глубин или гипабис­ сальными интрузивами будем полагать порции магмы, внедрившиеся в относительно высокие и холодные горизонты земной коры и потеряв­ шие связь с первичным источником тепла - магматическим очагоіц - а если и сохраняющие ее, то лишь локально и в той мере, которая не исключает охлаждения интрузива. Следовательно, система интрузива с самого начала ее существования - система охлаждающаяся. Расплав­

спокойной тектонической обстановке. Это бывает возможно в позднеорогенный период формирования регионов. В этих условиях магматичес­ кие тела сохраняют то внутреннее строение, которое они приобретают в результате автономного развития, без воздействия сторонних факто­ ров, например тектонических подвижек. В соответствии с современ­ ными представлениями форма таких интрузивов в основном грибооб­

разная, с относительно узким подводящим каналом. Пространство, зани­ маемое интрузивами, образуется в результате раздвигания стенок ка­

в частности, на основе наблюдений, свидетельствующих о продолжаю­ щемся внедрении интрузива, когда его верхняя куполообразная часть уже затвердела. О механической активности магм однозначно свиде­

мевают период формирования до момента их окончательной кристалли­ зации, включая кристаллизацию даже локальных внутриинтрузивных участков расплава. В этом случае большая часть интрузива тверда и уже находится в постмагматической стадии развития. Таким образом, налицо одновременность существования обеих стадий, отсутствие их четкого разграничения.

Естественно, что физические процессы, происходящие в твердой по­ роде и еще -жидком или дисперсном расплаве, различны. Поэтому це­ лесообразно ( а с позиций физики необходимо) рассматривать не маг­ матическую или постмагматическую стадии развития интрузива в це­ лом,а одноимменные стадии состояния вещества (может быть в преде­ лах отдельных участков) интрузива. Под магматической стадией

6

состояния расплава мы будем понимать существование его как жид­ кости, суспензии и в период затвердевания в виде жесткого каркаса соприкасающихся кристаллических зерен, межзерновое пространство ко­ торых заполнено остаточным расплавом. Постмагматическая стадия формирования данного участка интрузива начинается после полной крис­ таллизации расплава. Межзерновые поры могут быть заполнены лишь

высчитывалось разными авторами. С учетом скрытой теплоты крис­ таллизации это сделали Е .С . Ларсен ( Larsen, 1945) и Д .Н . Казанли

(1952).

По данным Д .Н . Казанли, время полного (до центра тела) затвер­ девания интрузивов, по форме, размерам и- глубине залегания сопоста­ вимых с рассматриваемыми, колеблется в пределах 10-100 тыс. лет. Тот же порядок цифр следует из работы Е .С . Ларсена.

е)Температура магмы. Весьма существенным в познании процессов формирования интрузивов является знание теплового режима их осты­ вания. По этому поводу существует довольно большая литература, в основном касающаяся закономерностей распространения тепла в околоинтрузивном пространстве. Число исследований температурного режи­ ма внутри интрузивов меньше.

Теоретическое решение Вопросов, связанных с тепловым состояни­ ем интрузивов, очень сложно. Известные задачи о закономерностях ос­ тывания магматических тел, прогреве вмещающих пород и т.д. (напри­ мер, задача Стефана) касаются простейших случаев и не учитывают все вероятные факторы, способные влиять на указанные процессы. По­ этому представления, основанные на теоретическом моделировании на базе известных теплофизических законов, следует рассматривать лишь как дополнительный источник информации. Основное внимание, осо­ бенно для рассматриваемых гипабиссальных интрузивов, следует уде­ лять геологическим наблюдениям (например, прямым и косвенным за­ мерам температур и т .д .), а также экспериментальному моделирова­ нию, в том числе хорошо изученным закономерностям остывания от­ ливок в металлургии и др.

На основании наблюдений в природе (см. сводные данные, Лавринг, 1959) и экспериментальных данных (Р.Горансон; ■ Sabatier, 1956; Jahns, Burnham, 1958; Tuttle. Bowen, 1958; Winkler , 1961-1962; Хитаров, Пу­ гин, 1962; Вилли, Таттл, 1963; Кренк, Ойя, 1963; Shaw, 1963; Лебе­ дев, Хитаров, 1964 и др .) температура существования гранитной маг­ мы в .зависимости от содержания воды и давления теоретически может колебаться в пределах 550-1200 .

О начальной температуре магмы при формировании интрузивов ма­ лых глубин можно судить по следующим данным.

Т .С . Лавринг на основании анализа наблюдений, известных до 1955 г ., расчетов и эксперимента полагает, что начальная температура ин­

трузивов кварцевых монцонитов и гранитов равна 850-900 . Е .С . Лар­ сен (Larsen, 1945) при расчете тепловых процессов в южно-калифор­ нийском гранитном батолите принимал начальную температуру магмы 820 , температуру полной кристаллизации 620 . А .Н . Заварицкий и

7