В случае глубинных гранитных пород имеется значительно меньше полевых доказательств против ассимиляции. Это очевидно парадоксально с точки зрения низких температур их внедрения Однако фактором, благоприятствующим ассимиляционным реакциям, является длительный временной интервал эволюции глубинных гранитных пород во время орогенеза. В связи с этим необходимо пересмотреть старинный спор полувековой давности, противниками в котором были Н, Боуэн и Р. Дели, Суть его заключалась в том, какой из процессов (ассимиляция или фракционирование) является главным в эволюции таких образований. Вероятно, наилучшим образом это можно сделать, непосредственно рассмотрев некоторые хорошо изученные гранитные провинции.
Скарны. При изучении гранитов любой исследователь отметит характерные реакции, происходящие между гранитными породами и вмещающими карбонатными образованиями, особенно случай последующего высвобождения CO2 из разогретых карбонатов и возникновение высокоактивных оснований, например периклаза, MgO и брусита Mg(OH)2. Эти породы, обладающие очень низкой активностью кремнезема, приходят в соприкосновение с насыщенными кремнеземом породами, в результате чего кремний и другие элементы диффузионно переносятся в контактовую зону. Таким путем обычно возникают: 1) контактовые скарны в которых карбонатные породы замещаются Ca-, Mg- и Fe-силикатными минералами (гранат, пироксен и роговая обманка, часто сопровождающиеся значительными количествами шеелита, сульфидами цветных металлов и чистыми металлами); 2) соседние десилифицированные разновидности гранитных пород, такие как кварцевые сиениты, сиениты и даже нефелиновые сиениты. Эти явно дифференцированные магматические породы в точном смысле не являются результатом ассимиляции, а наоборот, связаны с избирательным высвобождением кремния и других элементов из гранита. Однако они специально включены в этот раздел, так как представляют многие явления, включая разнообразные реакции. Редкие примеры разновидностей десилицитизированных гранитов, прорывающих доломитизированные известняки, встречаются к северу от Оттавы в пров. Онтарио.
Родственные включения. Отвлечемся от этого случая, в основном характерного для верхнекоровых пород, где карбонатные породы еще не метаморфизованы до амфиболитов, и вернемся к рассмотрению глубинных гранитных пород, и особенно родственных включений (синоним — автолиты), так характерных для таких образований Эти загадочные включения, широко распространенные в различных количествах во многих мезозональных гранитных плутонах, имеют округлые очертания субэллипсовидной формы, различны по цветному индексу и существенно отличаются от инородных включений вмещающих пород, которые в противоположность первым встречаются вблизи контактов, чаще всего в кровле плутонов, и присутствие которых легко объясняется. В основном родственные включения обладают равновесными парагенезисами и состоят из тех же минеральных фаз, что и окружающие их граниты. Это соответствует данным Н. Боуэна, который рассматривал их как конечные продукты реакции. Повышенное количество темноцветных минералов отличает их от вмещающего гранита. Некоторые из них имеют сравнительно высокий цветной индекс и соответственно обладают темной окраской, другие более светлые и включают разновидности, по структуре и составу близкие к вмещающей породе. В ряде случаев как во включениях, так и в самих гранитах развиваются порфиробласты щелочных полевых шпатов или биотита, это подтверждает то, что данные кристаллы не являются фенокристаллами, ранее возникавшими из расплава, и указывает на значительные возможности субсолидусной перекристаллизации и вероятного метасоматоза в гранитных телах. Кроме минерального равновесия М. Фарранд продемонстрировал существенное сходство даже в содержаниях рассеянных элементов между анологичными минеральными фазами из родственных включений и вмещающих гранитов. Это явно демонстрирует действие реакционных процессов при достижении равновесия опять-таки по способу, предусмотренному принципами Боуэна.
Если бы мы должны были рассмотреть изменения, часто наблюдаемые в пределах одного обнажения в родственных включениях из гранитов, меняющихся по составу от темных, сравнительно мафических до лейкократовых, как эволюционную последовательность, то мы смогли бы постулировать, что имеет место удивительно полное минералогическое равновесие при постепенном движении к более полному парагенезису, включая необходимые взаимные реакции и, следовательно, ассимиляцию материала, который первоначально был либо случайным, либо непосредственной частью мигматитового комплекса, из которого сформировался этот гранит Итак, можно сделать вывод о том, что ассимиляция является более важным фактором в образовании некоторых гранитов, чем этого можно было бы ожидать, исходя из реальных данных по любому отдельному обнажению.
Батолит Прибрежного хребта. Обратимся теперь к конкретному примеру. В батолите Прибрежного хребта отчетливо видно образование гранитных тел в результате процессов гранитизации, описанных Б. Хатчисоном. По характеру тектоники различаются аллохтонные и параавтохтонные диапировые интрузии, переходящие при движении вниз по разрезу в автохтонные тела, корни которых, возможно, располагаются в древнем мигматитовом комплексе. Заметное уменьшение количества ксенолитов, в более эволюционированных (расположенных в более высоких структурных уровнях) телах, очевидно, связано с процессами ассимиляции. Это конечно не обязательный признак дифференциации, несмотря на то, что имеется некоторое общее изменение состава. Однако хорошо развитые аллохтонные тела — как более однородные, так и сравнительно более кислые — характеризуются повышенным содержанием кремнезема и преобладанием калиевого полевого шпата над плагиоклазом, более низкими содержаниями анортитового компонента в плагиоклазе и высокими отношениями биотит/роговая обманка. Очевидно, их образование связано не только с процессами гомогенизации, но и с концентрацией некоторой остаточной части тугоплавкого материала после кристаллизации эвтектического минимума вещества; количество жидкости, существовавшей на каждой стадии их развития, неизвестно, однако даже если оно было очень мало, по крайней мере в начале анатек-сиса, усилилась диффузия щелочей и кремнезема с изменением химических потенциалов при движении к верхним структурным частям интрузивных комплексов. По составу эти тела варьируют от диорита до гранита; преобладают в основном кварцевые диориты и гранодиориты; габбро и граниты встречаются значительно реже — результат избирательного действия процессов ассимиляции, гомогенизации и диффузии, воздействующих совместно на исходный материал мигматитовой природы, в целом диоритового состава.
Граниты Бирримайн из Ганы. Граниты Бирримайн образовались во время раннепротерозойской орогении, и в них проявляются признаки ассимиляции. В широком масштабе эти граниты «типа G2» (они содержат роговую обманку) относительно обогащены известью и пространственно явно связаны с преимущественно основными метавулканигами верхнебирримайнского комплекса. В противоположность им граниты «типа G1» содержат биотит. часто высокоглиноземистые с мусковитовыми и (или) альман-диносодержащими разновидностями, обеднены известью; они явно связаны и в большинстве случаев находятся в сложных взаимоотношениях с мигматитовыми зонами или ассоциируют преимущественно с пелитовыми породами нижнебирримайнского комплекса. Результаты полевых исследований, полученные при изучении плутонических пород, согласуются с прогрессивным физическим накоплением ксенолитового материала из мигматитов. В небольших масштабах явно однородные, обогащенные роговой обманкой разновидности, повсеместно преобладающих биотитсодержащих гранитов «типа G2», содержат амфиболизированные включения из-вестковистых граувакк. Полевые и петрологические свидетельства гранитизации метабазитов в районе развития гранитов Бирримайн «типа G2» довольно очевидны
Батолит п-ова Новая Шотландия. Гранитные породы южной части района Новой Шотландии (Канада), общая площадь обнажений которых составляет около 10 тыс. км2, представлены преимущественно гранодиоритами и адамеллитами. Их происхождение объяснялось фракционированием плагиоклаза и биотита из родоначальной магмы гранодиоритового состава или различной степенью плавления метаосадков. Повсеместно это до вольно кислые высокоглинозем истые породы, что выражается в присутствии такого сравнительно необычного для магматических пород минерала, как андалузит. Тем не менее при полевых исследованиях невозможно не удивляться обилию доказательств физического захвата ксенолитов из прорываемых, очень мощных пород группы Мегьюма, при этом состав батолитовых пород предположительно соответствует соотношению чистых ортокварцитов и пелитов в метаморфической толще. На расстоянии в несколько метров от верхнего контакта соприкасающиеся ксенолиты пород группы Мегьюма теряют свои резкие очертания и, очевидно, аналогичные перекристаллизованные включения обычны во многих магматических породах всего комплекса. Кварциты иногда содержат небольшие карбонатные желваки там, где ксенолиты окружены гранитами, эти желваки иногда выпячиваются из вмещающего ксенолита таким образом, что это предполагает преимущественный захват ксенолитов кварцитов гранитами. Конечно, вполне возможно, что дифференциация по степени ассимиляции могла предопределить характер фракционирования. Естественно, не совсем ясно, как одно только фракционирование сколько-нибудь значительных количеств плагиоклаза и биотита (в сочетании с общим высокоглиноземистым составом) из гранодиоритовой магмы может объяснить возникновение больших объемов высокоглиноземистых адамеллитов.
Хотя убедительные химические доказательства ассимиляции пока не получены, никто не может быть не удовлетворен достоверностью полевых наблюдений, приведенных выше. И было бы удивительно, если некоторые многочисленные и весьма детальные исследования, подобные проведенным для описанного гранитного комплекса в подтверждение модели фракционирования (жизнеспособное и, очевидно, весьма вероятное допущение относительно поведения основной магмы), не смогли дать при дифференцированном рассмотрении количественных данных, согласующихся с ассимиляцией, наблюдаемой в некоторых гранитных комплексах.
Батолит Сьерра-Невада. Попробуем проследить развитие некоторых идей за последние несколько лет относительно петрогенезиса и механизма дифференциации пород сложного многофазного батолита Сьерра-Невада. Аргументы, приводимые в качестве доказательств сложного строения массивов гранитов, в основном носят иллюстративный характер и здесь не рассматриваются, поскольку лишь в некоторой степени связаны с явлением ассимиляции. Являются ли магматические породы района Сьерра-Невада просто плутоническими эквивалентами эффузивных андезитов и ассоциирующих с ними пород или ремобилизованными коровыми породами, образовавшимися в результате разогрева магматическими интрузиями и увеличения мощности коры? Один из вариантов их происхождения, предполагающий, что они являются продуктами фракционирований базитовой магмы, очевидно, может быть исключен из-за огромного объема таких пород. Полевыми исследованиями установлены последовательность интрузий от гранодиоритов до аляскитов, внедрявшихся по мере увеличения крем-некислотности, а также значительное преобладание гранодиоритов и адамеллитов (обе разновидности присутствуют примерно в равных количествах). Имеются доказательства дифференцированного строения плутонов, всегда обладающих сравнительно меланократовой краевой фацией и более кислыми центральными частями; фракционирование происходило преимущественно по типу «кристаллизации застывания». Однако имеются локальные доказательства ассимиляции. Рассматривалась возможность корового анатексиса для образования исходной магмы, но высказанные в связи с этим определенные соображения по поводу утолщения коры, значений температурного градиента и поступления тепла при подъеме андезитовой магмы можно было бы отвергнуть как маловероятные. Равновесное плавление (если нижние части коры обязательно находились достаточно долго в необходимых условиях) могло привести к формированию магмы гранодиоритового состава, которая затем фракционно кристаллизовалась с образованием адамеллита и гранита. Однако, хотя гранодиориты и присутствуют в большом количестве, они не являются главным высокотемпературным конечным членом наблюдаемой интрузивной серии (кварцевые диориты и более основные породы). В аналогичном батолите Южной Калифорнии, который, возможно, представляет просто более нижнюю часть разреза по сравнению С интрузивным комплексом Сьерра-Невада, примерно 14 % всей обнаженной площади приходится на роговообманковые габбро. Было установлено общее обогащение гранитных пород Сьерра-Невада К2О по направлению к востоку, несмотря на непостоянные изменения размеров ингрузий в зависимости от широты и долготы. Это может быть согласовано с углублением зоны Беньофа к востоку по андезитовой модели или с анатексисом различного материала по модели корового переплавления. Ho в обоих случаях этих простых моделей имеются свои трудности. Ранние данные по изотопии стронция показали, что наиболее низкие начальные отношения 87Sr/85Sr соответствуют 0,7073±0,0010. Эти значения принято считать слишком высокими для магмы мантийного происхождения и слишком низкими для переплавленного среднего корового материала; более того, они могут согласоваться с анатексисом молодых граувакк, имеющих аналогичные отношения изотопов стронция, или с мантийными магмами, в некоторой степени контаминированными породами коры. Последующие исследования расширили интервал первичных отношений от 0.7030 до 0,7075. Наименьшие из них, как это повсеместно принято, очевидно, слишком низки для анатектической модели. Исследования P. Кистлера и З. Питермана показали отчетливое распределение первичных отношений на три группы: 1) значения больше 0,70600 в восточном перекрытии докембрийского основания; 2) значения в интервале 0,7040—0,7060 в центральной зоне, перекрывающейся палеозойскими геосинклинальными породами; 3) значения менее 0,7040 на западе (значительно западнее, чем восточный край офиолитов, перекрывающих предположительно океаническую кору). Три зоны разделены геосинклинальными глубинными разломами и поясами собственно гранитных интрузий и, вероятно, имеют основополагающее значение. Эти данные в самом деле, очевидно, согласуются с участием нижнекоровых пород в образовании магм, и соответственно зона плавления и (или) захвата коровых пород пересекает как верхнюю мантию, так и нижнюю кору с возникновением исходных магм большинства гранитных породСьерра-Невады.
Таким образом, косвенные изотопные доказательства соответствуют происхождению магм рассмотренного комплекса с участием ассимиляции некоторого количества корового материала мантийными магмами в глубинных условиях, что является компромиссом между двумя противоположными возможностями, отмеченными в начале этого раздела. Родоначальные магмы, сформировавшиеся таким образом, подвергаются последующим процессам фракционирования и ассимиляции в более высоких коровых горизонтах во время внедрения, что достаточно достоверно доказывается в полевых условиях.
Граниты юго-западной части Англии. В связи с рассматриваемым вопросом полезен обзор данных по классическим герцинским гранитам Корнуолл и Девон, обладающих интересными особенностями. В этом случае, как отмечают К. Экслей и М. Стоун, необходим осторожный подход к предложенным многочисленным механизмам их образования, среди которых ни одна из простейших гипотез дифференциации не может быть удовлетворительно использована, исключив остальные:
«Мы рассматриваем полигенетическое происхождение гранитов, которое согласуется с их региональным положением и «гранитными сериями» Г. Рида. Селективное плавление приведет к образованию жидкости, обладающей первоначально составом, близким к «природному» тройному минимуму, «контаминированному» твердым материалом, не входящим в раствор, таким как вещество ксенолитов. Плотностные различия между магмой и ее окружением могли бы обеспечите подъем первой частично в результате пластических деформаций вмещающих пород, частично при ассимилирующей гранитизации и частично при механической остановке... В высоких горизонтах произошла бы кристаллизация всего объема магмы; остаточные количества интерстиционной магмы постепенно переходили бы в интеретиционные водносиликатные флюиды, содержащие щелочи. Дифференциация могла бы пойти по двум направлениям: а) путем кристаллизационного фракционирования совместно с гравитационным удалением «контаминантов», что привело бы к образованию жидкости, имеющей состав природного тройного минимума; б) путем дифференциации интерстициального подносиликатного флюида.
Последний мог привести к заметному обогащению литием и флюоритом в некоторых гранитах, а также удалению калия и обогащению натрием.
Ho мере роста мегакристаллов калиевого полевого шпата, главным образом и результате действия внутреннего метасоматоза, при падении температуры, граниты как в значительной степени твердые тела, содержащие интерстициальные флюиды в виде смазки, занимали свое современное положение.
Следовательно, можно предположить, что разновидности гранитов возникли частично за счет магматической дифференциации контаминированной смеси жид кость — кристаллическая взвесь и частично благодаря ионно-обменным реакциям между породой и позднемагматическими флюидами, образовавшимися из магмы. Обнаружение некоторых особенностей, предполагающих замещение и признаки магматического происхождения — следствие проявления зависимых процессов, таких как замещение, за которым следует магматизм, накладывающийся на «гранитизацию» гранитов».
Удачной попыткой рассмотрения явлений генезиса гранитов служит обобщение К. Краускопфа, который обратил внимание на то, как много мы могли бы узнать об эволюции гранитного тела, если бы учитывали возможные результаты будущих исследований, к которым прямо апеллируют многие авторы в своих статьях. В ответ на эту широко известную публикацию появились статьи Дж. Шея. Читателям рекомендуется ознакомиться с полемикой по данной проблеме и выработать свою собственную точку зрения.
Главная