Геофизические исследования

Тектонический стресс как дополнительный термодинамический фактор метаморфизма

Категория: 16-1

 

УДК 551.24.035

 

А.Л. Кулаковский, Ю.А. Морозов, А.И. Смульская

 

Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН, г. Москва, Россия

 

На основе натурных наблюдений и аналитических исследований пород  зонально метаморфизованного палеопротерозойского ладожского комплекса юго-восточной части Балтийского щита (Северное Приладожье) вы­явлены приуроченные к зонам разломов тектониты по метаосадочным породам (стресс-ме­таморфиты) с аномально высокими (до 12 кбар) значе­ниями  давления и повышенными температурами преобразований, значительно превышающими фоновые параметры регионального метаморфизма. Охарактеризованы особенности структуры и состава  двух групп стресс-ме­таморфитов, относящихся к разным стадиям одного деформационно-мета­морфического этапа; опре­делены некоторые параметры и тренды стресс-метаморфизма каждой из стадий.  Исходя из этого, рассматриваются вопросы пространственно-временного соотношения процессов метаморфизма и деформаций и оценивается возможная роль тектонического стресса как дополнительного и весьма существенного термодинамического фактора метаморфических преобразований в земной коре.

 

Ключевые слова: тектонический стресс, термодинамические параметры, метаморфизм,  палеопротерозойский ладожский комплекс.

 

  

            Работа  выполнена  при  финансовой  поддержке Программы  фундаментальных  исследований ОНЗ РАН № 6 “Динамика континентальной литосферы: геолого-геофи­зические модели”.

 

Литература 

Аранович Л.Я., Бортников Н.С., Бушмин С.А., Викентьева О.В., Дубинина Е.О., Козловский В.М., Лебедева Ю.М. Флюидные потоки в региональных зонах деформаций // Петрология. 2009. Т. 17, № 4. С.415–436.

Балтыбаев Ш.К., Глебовицкий В.А., Козырева И.В., Шульдинер В.И. Мейер­ский надвиг – структура сочленения Карельского кратона и Свекофеннского пояса в Прила­дожье // Докл. РАН. 1996. Т. 348, № 3. С.353–356.

Балтыбаев Ш.К., Глебовицкий В.А., Козырева И.В,. Конопелько Д.Л., Левченков О.А., Седова И.С., Шульдинер В.И. Геология и петроло­гия свеко­фен­нид Прила­дожья. СПб.: Изд-во Санкт-Петербург. ун-та, 2000. 198 с.

Балтыбаев Ш.К., Левченков О.А., Левский Л.К. Свекофеннский пояс Фенноскан­дии: про­стран­ст­венно-временная корреляция раннепротерозойских эндогенных про­цессов. СПб.: Наука, 2009. 276 с.

Беляев О.А, Митрофанов Ф.П., Петров В.П. Локальные  вариации РТ-парамет­ров тек­тоно­метаморфизма  в  зоне  пластического сдвига // Докл.  РАН. 1998. Т. 361, № 3. С.370–374.

Великославинский Д.А. Сравнительная характеристика регионального метамор­физма уме­рен­ных и низких давлений. Л.: Наука, 1972. 190 с.

Глебовицкий В.А. Свекофеннский метаморфический пояс // Восточная часть Бал­тий­ского щита. Геология и глубинное строение. Л.: Наука, 1975. С.24–42.

Глебовицкий В.А., Балтыбаев Ш.К., Левченков О.А., Бережная Н.Г. Время, дли­тель­ность и РТ-пара­метры полистадийного метаморфизма свекофеннид Приладожья (Бал­тийский щит) (по дан­ным термобаро­метрии и U-Pb геохронологии) // Докл. РАН. 2002. Т. 384, № 5. С.660–664.

Ениколопян Н.С. Сверхвысокая молекулярная подвижность в твердых телах // Докл. АН СССР. 1985. Т. 283, № 4. С.897–899.

Ениколопян Н.С., Мхитарян А.А., Карагезян А.С. Сверхбыстрые реакции разложения в твердых телах под давлением // Докл. АН СССР. 1986. Т. 288, № 3. С.657–660.

Зиновьев С.В. Стресс-метаморфические комплексы Бухтарминского звена Иртышской зоны смятия. Новосибирск: Изд-во ОИГГМ, 1992. 128 с.

Козловский В.М., Вирюс А.А. Гранулитовые парагенезисы в локальных зонах де­фор­маций Восточного Беломорья // Гранулитовые и эклогитовые комплексы в исто­рии Земли: Материалы  научной  конференции  и путеводитель научных экскурсий. Петро­за­водск: Карельский научный центр РАН, 2011. С.93–97. Морозов Ю.А., Смульская А.И.

Козловский В.М., Кулаковский А.Л., Митрофанов Ф.П., Морозов Ю.А., Смульская А.И.  Об изменчивости тер­модинамических параметров метаморфизма в локаль­ных зонах деформа­ций // Материалы совещания “Современные проблемы магматизма и метаморфизма”. Т. 1. СПб., 2012. С.271–275.

Кулаковский А.Л. Об одном типе метаморфических пород в зонах разломов // Бюл. МОИП. Отд. геол. 2003. Т. 78, вып. 3. С.88–98.

Лиханов И.И., Ревердатто В.В., Козлов П.С. Коллизионные метаморфические комплексы Енисейского кряжа особенности эволюции, возрастные рубежи и скорость эксгумации // Геология и геофизика. 2011, Т. 52, № 10. С.1593–1611.

Лукьянов А.В., Лукьянова В.Т. Стресс-метаморфизм в фанерозойских толщах Памира и Тянь-Шаня // Проблемы структурной геологии и физики тектонических процессов. М.: ГИН АН СССР, 1987. С.29–48.

Морозов Ю.А. О роли транспрессии в формировании структуры свекокарелид Балтийского щита // Геотектоника. 1999. № 4. С.37–50.

Морозов Ю.А., Гафт Д.Е. О природе гранито-гнейсовых куполов Северного Приладо­жья // Структура и петрология докембрийских комплексов. М.: ИФЗ АН СССР, 1985. С.3–120.

Мясников В.П., Савельев А.А., Соколова Ю.Ф. Роль сдвиговых деформаций в метаморфизме горных пород // Структурные исследования в областях раннего докембрия. Л.: Наука, 1989. С.349–361.

Нагайцев Ю.В. Петрология метаморфических пород ладожского и беломорского комплексов. Л., 1974. 160 с.

Салоп Д.И. Гнейсо-гранулитовый комплекс-фундамент карелид в Приладожье и свеко­феннид на юге Финляндии // Бюл. МОИП. Отд. геол. 1979. Т. 54, вып. 5. С.3–17.

Синица С.М. Купола Северного Приладожья и взаимоотношение их гранито-гнейсо­вых ядер со слоистыми оболочками // Изв. АН СССР. Сер. геол. 1984. № 9. С.15–23.

Структура линеаментных зон динамометаморфизма. Новосибирск: Наука, 1988. 119 c.

Структура линеаментных зон стресс-метаморфизма / Ред. Чиков Б.М. Новосибирск: Наука, СО АН СССР, 1990. 217 с.

Судовиков Н.Г. Тектоника, метаморфизм, мигматизация и гранитизация пород Ла­дож­ской формации // АН СССР. ЛАГЕД. Тр. 1954. Вып. 4. 198 с.

Судовиков Н.Г., Глебовицкий В.А., Сергеев А.С., Петров В.П., Харитонов А.Л. Геологи­ческое разви­тие глу­бин­ных зон подвижных поясов (Северное Приладожье). Л.: Наука, 1970. 227 с.

Тугаринов А.И., Бибикова Е.В.  Геохронология Балтийского щита по данным цирконометрии. М.: Наука, 1980. 131 с.

Харкер А. Метаморфизм. М.: Изд-во Главзолото, 1937. 372 с.

Чиков Б.М. Физико-механические и механические предпосылки структурообразования в условиях стресс-метаморфизма // Структура линеаментных зон динамометаморфизма. Новосибирск: Наука, 1988. С.5–28.

Чиков Б.М. Об основах теоретической концепции стресс-метаморфизма // Структура линеаментных зон стресс-метаморфизма. Новосибирск, 1990. С.6–31.

Шульдинер В.И., Козырева И.В., Балтыбаев Ш.К., Поваркова А.В., Хрестенков С.А.  Плутоно-метаморфиче­ская эво­лю­ция Западного Приладожья (новая модель) // Региональная геология и ме­таллогения. 1995. № 4. С.52–62.

Шульдинер В.И., Козырева И.В., Балтыбаев Ш.К. Эволюция термального ре­жима све­ко­феннид Запад­ного Приладожья и ее геодинамическая интерпретация // Докл. РАН. 1997. Т. 352, № 3. С.380–383.

Aranovich L.Ya., Berman R.G. Optimized standard state and solution properties of miner­als: II. Comparisons, predictions, and applications // Contrib. Mineralogy and Petrol­ogy. 1996. V. 126. P.25–37.

Berman R.G., Aranovich L.Ya. Optimized standard state and solution proper­ties of miner­als: I. Model calibration for olivine, orthopyroxene, cordierite, garnet, and ilmenite in the system FeO-MgO-CaO-Al2O3-TiO2-SiO2 // Contrib. Mineralogy and Petrol­ogy. 1996. V. 126. P.1–24.

Bowes D.R., Halden N.M. Koistinen T.J., Park A.F. Stru­ctural features of basement and cover rocks in the eastern Svecokarelides, Finland // Precambrian Tectonics Illustrated / Eds. A. Kroner, R. Greiling. Germany. Stuttgart, 1984. P.147–171.

Brun J.P., Cobbold P.R. Strain heating and thermal softening in continental shear zones: a review // J. Struct. Geol. 1980. V. 2, N 1. P.149–158.

Coleman R.G., Wang X. (Eds). Ultrahigh pressure metamorphism. Cambridge: University Press, 1995. 528 p.

Duprat-Oualid S., Yamato P., Pitra P. Major role of shear heating in intracontinental inverted metamorphism: inference from a thermo-kinematic parametric study // Tectonophysics. 2013. V. 608. P.812–831.

Kapoor R., Nemat-Nasser S. Determination of temperature rise during high strain rate deformation // Mechanics of Materials. 1998. V. 27. P.1–12.

Leloup P., Ricard Y., Battaglia J., Licassin R. Shear heating in continental strike-slip shear zones: model and field examples // Geophys. J. Int. 1999. V. 136. P.19–40.

Li Z.H., Gerya T.V., Burg J.-P. Influence of tectonic overpressure P-T paths of HP-UHP rocks in continental collision zones: thermomechanical modelling // J. Metamorph. Geol. 2010. V. 28. P.227–247.

Likhanov I.I., Reverdatto V.V. Neoproterozoic collisional metamorphism in overthrust terranes of the Trans-Angarian  Yenisey Ridge, Siberia // Int. Geol. Rev. 2009. V. 53, N 7. P.802–845.

Likhanov I.I., Polyansky O.P., Reverdatto V.V., Memmi I. Evidence fgom Fe- and Al-rich metapelites for thrust loading in the Tgansangarian region of the Yenisei Ridge, eastern Siberia // J. Metamorph. Geol. 2004. V. 22. P.743–762.

Likhanov I.I., Polyansky O.P., Reverdatto V.V.,  Kozlov P.S., Vershinin A.E., Krebs M., Memmi I. Metamorphic evolution of aluminous  metapelites in the vicinity of the Panimbinsky overthrust (Yenisei Ridge): Mineral assemblages, P-T parameters and tectonic model // Russian Geology and Geophysics. 2001. V. 42.  P.1205–1220.

Mancktelow N.S. Tectonic pressure: theoretical concepts and modelled examples // Lithos. 2008. V. 103. P.149–177.

Moulas E., Podladchikov Y.Y., Aranovich L.Ya., Kostopoulos D. The problem of depth in geology: when pressure does not translate into depth // Petrology. 2013. V. 21, N 6. P.527–538.

Nebelec P., Whittington A., Hofmeister A. Strain heating as a mechanism for partial melting and ultrahigh temperature metamorphism in convergent orogens: Implications of temperature-dependent thermal diffusivity and rheology // J. Geophys. Res. 2010. V. 115. B.12417.

O’Hara K. Evaluation of asperity-scale temperature effects during seismic slip // J. Struct. Geol. 2005. V. 27. P.1892–1898.

O’Hara K., Mizoguchi K., Shimamoto T., Hower J.C. Experimental frictional heating of coal gouge at seismic slip rates: evidence for devolatilization and termal pressurization of gouge fluids // Tectonophysics. 2006. V. 424. P.109–118.

Park A.F., Bowes D.R. Basement-cover relationships du­ring polyphase deformation in the Svecokarelides of the Kaavi district, eastern Finland // Trans. R. Soc. Edinb. Earth Sci. 1983. V. 74. P.95–118.

Schmalholz S.M., Podladchikov Y.Y. Tectonic overpressure in weak crustal-scale shear zones and implications for the exgumation of high-pressure rocks // Geophys. Res. Lett. 2013. V. 40, Is. 10. P.1984–1988. DOI: 10.1002/grl.50417.

Wenk H-R., Johnson L., Ratschbacher L. Pseudotachylites in the Eastern Peninsular Ranges of California // Tectonophysics. 2000. V. 321. P.253–277.

Wu C-M., Zhang J., Ren L-D.  Empirical Garnet–Biotite–Plagioclase–Quartz (GBPQ) Geobarometry in Me­dium- to High-Grade Metapelites // J. Petrology. 2004. V. 45, N 9. P.1907–1921.

 

Сведения об авторах 

КУЛАКОВСКИЙ Алексей Львович – кандидат геолого-минералогических наук, стар­ший научный сотрудник, Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН. 123995, ГСП-5, Москва, 
Д-242, ул. Большая Грузинская, д. 10, стр. 1. Тел.: 8(499) 254-92-05. E-mail: akulakovskij@mail.ru 

МОРОЗОВ Юрий Алексеевич – доктор геолого-минералогических наук, зав. лаборато­рией, Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН. 123995, ГСП-5, Москва, Д-242, ул. Большая Грузинская, д. 10, стр. 1. Тел.: 8(499) 254-92-05. 

СМУЛЬСКАЯ Анна Игоревна – старший научный сотрудник, Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН. 123995, ГСП-5, Москва, Д-242, ул. Большая Грузинская, д. 10, стр. 1. Тел.: 8(499) 254-92-05.