ГЛАВА 7

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МЕТАМОРФИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ В ТЕКТОНИЧЕСКОМ АНАЛИЗЕ

В предыдущих главах мы постарались показать, что метаморфические процессы в разных тектонических обстановках характеризуются значительными вариациями состава протолита, разными РТ-трендами, отражающими изменение термальной структуры глубоких горизонтов земной коры, различным стилем синметаморфических деформаций, и значительными вариациями положения в современной структуре. Коль скоро это так, то особенности их состава и строения могут быть использованы для реконструкции эволюции разноранговых геологических структур. Для этого необходимо выделение индикаторных признаков (а лучше совокупности индикаторных признаков), позволяющих: а) достаточно определенно судить об особенностях тектогенеза, обусловивших термальную и деформационную переработку породных комплексов; б) реконструировать геодинамическую обстановку проявления эндогенных процессов; в) выделять определенные стадии эволюции геологических структур, соответствующие процессам формирования и переработки континентальной коры. В качестве таких признаков можно использовать разные характеристики метаморфических комплексов.

Прежде всего, к ним относятся особенности термодинамических преобразований пород. «Точечное» определение РТ-условий метаморфизма того или иного комплекса, хотя и является важным, и может в некоторых случаях приводить к принципиальным тектоническим следствиям (например, в случае высокобарических пород), но на современном уровне возможностей может использоваться только в качестве «первого приближения» при тектонических реконструкциях. Намного информативнее корректное построение РТ-трендов метаморфических преобразований, которые позволяют судить об изменении термальной структуры коры в определенном (иногда очень значительном) временном интервале, соответствующим одной или нескольким эпохам тектогенеза. При этом проградная ветвь РТ-тренда фиксирует изменение термальной структуры коры на начальном и кульминационном этапе метаморфизма. Корректная реконструкция РТ-условий может позволить оценить характер тектонических процессов, контролирующих преобразование вещества (субдукция, утолщение коры при коллизии, надвигообразование в пределах океанической или континентальной коры) или возможное влияние мантийных источников дополнительного прогрева. Но еще более информативной может оказаться ретроградная ветвь РТ-тренда, нередко имеющая сложную конфигурацию. Напомним, что в большинстве случаев для метаморфических комплексов удается реконструировать именно условия их охлаждения после кульминационного метаморфизма. Прежде всего, для некоторых комплексов удается выделить несколько стадий метаморфизма, иногда соответствующих разным эпохам тектогенеза. Кроме того, принципиально возможно обоснование тектонических механизмов, контролирующих выведение фрагментов нижней и средней коры к поверхности (крупноамплитудные пологие сбросы в случае комплексов метаморфических ядер, возвратный поток в зонах субдукции и др.).

Весьма информативными могут оказаться некоторые структурно-текстурные характеристики метаморфических пород, отражающие условия глубинных деформаций. Характеристика складчатых форм, линейность и другие структурные элементы метаморфических комплексов, описанные неоднократно в отечественной и зарубежной литературе (например, Геологическая.., 1996) позволяют судить об эволюции полей напряжения во время метаморфизма, обосновывать последовательность метаморфических и деформационных событий и выделять тектоно-метаморфические циклы. Но здесь мы хотели бы заострить внимание на классе метаморфических тектонитов – специфических метаморфических пород, образующихся в достаточно узких зонах, которые можно интерпретировать как глубинные «корневые зоны» крупных разрывных нарушений. К таким породам относятся бластомилониты, некоторые типы диафторитов, псевдотахилиты и др.

Геохимические исследования метаморфических пород позволяют реконструировать природу протолитов, что в свою очередь делает возможным обоснование геодинамических обстановок формирования исходных интрузивных, вулканических или осадочных пород.

В данной главе мы подробнее остановимся на двух важных вопросах в проблеме соотношения процессов метаморфизма и тектоники: использовании метаморфических комплексов для реконструкции геодинамических обстановок и использовании особенностей метаморфических процессов в террейновом анализе.

7.1. Метаморфические комплексы – индикаторы геодинамических обстановок
При реконструкции палеогеодинамических обстановок в истории развития складчатых поясов и краевых частей кратонов обычно применяется комплекс признаков, среди которых приоритет отдается особенностям осадочных и вулканогенно-осадочных отложений и геохимическим характеристикам магматических комплексов разного состава. Применение в реконструкциях метаморфических пород ограничивается обычно высокобарическими комплексами (эклогиты, глаукофановые сланцы). В регионах с широким развитием метаморфических образований умеренных и высоких температур к последним применяют те же подходы, что и к магматическим или осадочным комплексам, предварительно «убрав» с той или иной степенью корректности метаморфические наложения. Другими словами, производится реконструкция первичного состава, строения и структуры протолита (осадочных или магматических комплексов). Собственно метаморфические преобразования являются фактором, только осложняющим жизнь исследователям. Нет сомнений в важности и необходимости использования всех индикаторных признаков осадконакопления и магматизма, но «отбрасывание» метаморфизма за ненадобностью выглядит непозволительной роскошью и обусловлено только лишь неумением пользования важными индикаторными признаками. Даже в случае высокобарических комплексов нередко констатируется только существование палеозоны субдукции, хотя изучение метаморфических пород может приводить к реконструкции многих важных деталей, но требуются детальные исследования, касающиеся особенностей метаморфизма. Начнем обзор индикаторных особенностей метаморфических образований именно с высокобарических комплексов.

В главе 4 предложен вариант типизации высокобарических комплексов. Каждый из выделенных типов соответствуют несколько отличающимся моделям тектогенеза. Глаукофанзеленсланцевый тип высокобарических комплексов в большинстве случаев не имеет никакого отношения к субдукционным процессам. Некоторое повышение давления по отношению к «нормальной» геотерме может быть обусловлено процессами надвигообразования, затрагивающими средние уровни коры (10-15 км) при аккреционных событиях в условиях «среднего» или пониженного теплопотока. Приуроченность комплексов повышенных давлений к подошвам картируемых надвигов может служить аргументом в пользу проявления механизмов тектонического сверхдавления. В принципе, не исключается возможность проявления этого типа метаморфизма при субдукционных процессах, поскольку не исключена вероятность полного замещения ранних, более высокобарических ассоциаций.

Глаукофансланцевый и эклогит-глаукофансланцевый типы метаморфизма характеризуют разные уровни субдуцируемой океанической плиты, а также некоторые различия в механизме их эксгумации. Для складчатых структур с участием рассматриваемых образований характерна низкая степень последующего прогрева на поздних стадиях метаморфизма. В большинстве случаев проградная и ретроградная ветви РТ-трендов практически совпадают. Если поздние термальные события и фиксируются, то они значительно оторваны во времени от тектогенеза, обусловившего проявление высокобарического метаморфизма и вовлечение метаморфических комплексов в покровно-складчатую структуру. Отсутствие значительных термальных воздействий позволяет говорить, что рассматриваемые типы высокобарических комплексов являются индикаторами аккреционных событий – причленению к кратонным блокам разнообразных островодужных, задуговых и прочих периокеанических комплексов на границе континент-океан. Прирост коры переходного типа может иметь место и на некотором отдалении от собственно континентального блока (аккреция в пределах внутриокеанической островной дуги или дуги, отделенной от континента задуговым бассейном). Но в конечном итоге все эти комплексы все равно причленяются к континентальному блоку.

Метаморфические комплексы ультравысокобарического типа соответствуют еще более глубоким уровням субдукционных зон и также являются индикаторами аккреционных событий. Но есть одно существенное различие. В главе 4 мы отмечали, что для эксгумации высокобарических комплексов необходима «закупорка» зоны субдукции, обусловленная попаданием в зону участков с утолщенной корой (океанические острова, внутриокеанические островные дуги или океанические плато). Так для ультравысокобарического метаморфизма необходимо попадание в зону субдукции массива (микроконтинента) с континентальной корой. Другими словами, ультравысокобарический тип фиксирует аккреционные события с попаданием в субдукционную зону блоков с континентальной корой.

Эклогит-гранулитовый и гранулит-амфиболитовый типы метаморфизма можно рассматривать в качестве индикаторов перерастания субдукционных процессов в коллизионные. Они фиксируют одновременно и субдукционный процесс, продолжающийся вплоть до столкновения континентальных масс, разделенных прежде океаническим пространством, и последующий разогрев коры, во многом обусловленный ее значительным утолщением в процессе коллизионных преобразований. Различие между этими типами в сторону уменьшения давлений при фиксированных температурах для гранулит-амфиболитового типа может объясняться более высокой температурой коры в раннем докембрии. Напомним, что комплексы рассматриваемого типа встречаются только в позднем архее и раннем протерозое.

Очень важными индикаторами постколлизионного внутриконтинентального растяжения являются комплексы метаморфических ядер. Не будем повторяться и приводить доказательства их образования при растяжении коры. Они рассмотрены в главе 5. Обратим внимание лишь на двойную индикаторную «начинку» этих комплексов. С одной стороны, они действительно фиксируют этап мощного растяжения с формированием глубокопроникающих пологих сбросов, при смещении по которым экспонируются средние и нижние уровни континентальной коры. С другой стороны – для образования комплексов необходимо предшествующее утолщение и разогрев коры, которое является результатом коллизионных или аккреционных событий. Причем временной разрыв между коллизионными процессами и последующим растяжением в хорошо изученных случаях не превышает 10-30 млн. лет. Таким образом, комплексы метаморфических ядер являются индикаторами внутриконтинентального растяжения и одновременно, предшествующей коллизии.

Важным индикатором коллизионных процессов являются зональные инвертированные метаморфические комплексы. Выше мы отмечали (см. главу 6), что эти комплексы могут также проявляться в зонах субдукции и при обдукционных процессах в пределах океанической коры. Но в последних двух случаях существует много других критериев обоснования геодинамической природы породных ассоциаций и метаморфизма, например, присутствие глаукофановых сланцев. В случае же метаморфических комплексов, связанных с коллизией именно метаморфические признаки являются определяющими для выделения геодинамических условий тектогенеза. Обнаружение инвертированных комплексов и определение возраста метаморфизма, являющегося одновременно и возрастом коллизионного тектогенеза, для некоторых складчатых поясов позволило поставить вопрос выделения важной эпохи в эволюции этих поясов.

Другие типы метаморфических комплексов не являются однозначными индикаторами геодинамических обстановок проявления метаморфических процессов. Тем не менее, в каждом конкретном случае результаты их изучения и корректная корреляция метаморфических преобразований с другими эндогенными процессами нередко позволяют воссоздавать достаточно полную картину формирования или переработки изучаемых сегментов земной коры. Построение качественных, а тем более, численных моделей тектонических процессов во многом опираются на данные о термальной структуре и ее эволюции во времени, реконструируемой именно на основе данных метаморфической петрологии.

Результаты исследований процессов метаморфизма нередко приводят существенному, а иногда и кардинальному пересмотру представлений о тектонической эволюции разноранговых геологических структур. Приведем лишь два наиболее типичных примера для Центрально-Азиатского складчатого пояса. Первый из них касается комплексов метаморфических ядер, охарактеризованных в главе 5.

В Южном Забайкалье и прилегающих территориях Северной Монголии прослеживается в СВ направлении цепочка куполовидных, овальных выступов, сложенных, в основном, гранитоидами, гранитогнейсами и гнейсами (рис. 7.1). В рамках геосинклинальных представлений они рассматривались в качестве купольных структур с длительной историей развития от докембрия до мезозоя. То, что протолит имеет докембрийский (включая раннедокембрийский) возраст, не вызывало сомнений. Другими словами, выступы считались массивами переработанного фундамента среди палеозойских и мезозойских образований. С позиций плитной тектоники трактовка выступов принципиально не изменилась. Все тот же докембрий, но не «местный», а представляющий собой фрагменты Станового выступа Сибирского кратона, по сложной системе сдвигов перемещенные вглубь складчатой области (Парфенов и др., 1996). Молодые датировки, как и во многих других случаях, традиционно объясняли омоложением в результате каких то поздних процессов. Использование концепции комплексов метаморфических ядер наряду с детальными структурными, петрологическими и геохронологическими исследованиями (Скляров и др., 1997) позволило убедительно показать, что метаморфические процессы имеют позднемезозойский возраст, и что в пределах выступов мы имеем абсолютно тот же спектр пород, что и во всем регионе. Только в пределах ядер на них наложен мезозойский динамометаморфизм, обусловленный процессами крупноамплитудного внутриконтинентального растяжения после закрытия Монголо-Охотского океана. Ядра можно представить себе в качестве тектонических «окон» в средние и нижние горизонты земной коры данного сегмента складчатого пояса.

Другой пример относится к высокометаморфическим комплексам в южном обрамлении Сибирского кратона (рис. 7.2). С начальных этапов изучения до последних лет высокая степень метаморфизма (гранулиты и амфиболиты) была непоколебимым аргументом в пользу раннедокембрийского возраста (вариации в пределах поздний архей – ранний протерозой). Даже сейчас, после корректного датирования метаморфических процессов, однозначно показывающего нижнепалеозойский возраст метаморфизма, многие знатоки геологии региона не сомневаются в древности обсуждаемых комплексов. Недаром в геологическом сообществе давно существует такой афоризм: «Геологические идеи вымирают только вместе с их носителями». Но рассмотрим сложившуюся ситуацию. Основным и, можно сказать, единственным аргументом в пользу древнего возраста была высокая степень метаморфизма. Выяснилось, что метаморфизм относительно молодой. Это, конечно, не исключает архейского возраста протолита, но значительно расширяет его возможный возрастной диапазон. Становится вполне логичным предположение о верхнедокембрийских осадочно-вулканогенных толщах, неметаморфизованные аналоги которых можно искать в регионе для корректных корреляций. В то же время обоснование раннепалеозойского возраста метаморфических событий и их коллизионной природы становится очень важным для тектонических построений. Если метаморфические комплексы являются фрагментами фундамента кратона, оторванными в результате каких то событий – это одно дело. Но если метаморфизм фиксирует процессы коллизии кратона с террейнами, проявленные очень рельефно и широко, то это совсем другая картина.

Таких примеров существенной смены представлений на геологическую эволюцию структур разного масштаба и в разных регионах мира можно привести очень много. Все эти примеры показывают, что процессы метаморфизма можно и должно использовать для палеогеодинамических (тектонических) реконструкций.

7.2. Использование метаморфических комплексов в террейновом анализе
Террейновый анализ геологических систем и территорий является одной из современных форм обобщающих тектонических исследований. Имеющиеся в настоящее время тенденции противопоставления террейнового анализа составлению геодинамических карт (Борукаев, 1999) вероятнее всего не имеют под собой серьезной почвы. Оба подхода подразумевают отражение геодинамических обстановок формирования тех или иных геологических комплексов и предполагают отображение геологической эволюции рассматриваемых регионов. Но трудность составления любых карт и схем с попыткой отражения процесса или процессов состоит в том, что «динамику» (суть процесса) очень сложно показать в «статической форме» (карта), особенно в случае многократного проявления процессов. И методология отражения «динамики в статике» у террейнового и геодинамического анализа разные. И прежде, чем перейти к описанию использования метаморфических комплексов в террейновом анализе, необходимо рассмотреть некоторые базовые понятия последнего. Следует также подчеркнуть, что процессы метаморфизма в террейновом анализе не то что бы игнорируются полностью, но им отводится второстепенная и вспомогательная роль, которая сводится к выделению специфического типа метаморфических террейнов кратонных или складчатых областей.
7.2.1. Базовые понятия и определения в террейнологии
Среди ключевых понятий террейнового анализа можно выделить следующие: кратон, террейн, аккреция, амальгамация, дисперсия, перекрывающие и «сшивающие» образования, шовная зона (сутура) (Парфенов и др. 1998).

Кратон – жесткий крупный фрагмент докембрийской континентальной коры.

Террейн – крупный блок земной коры ограниченный со всех сторон разломами и отличающийся по истории своего геологического развития от смежных с ним блоков (террйнов). Террейны, как правило, представляют собой фрагменты более крупных тектонических блоков которые были дезинтегрированы в результате процессов аккреции. По особенностям строения и геологической истории формирования различаются следующие типы террейнов: кратонные, миогеосинклинальные (террейны пассивных континентальных окраин), окраинно-континентальной магматической дуги (террейны активных континентальных окраин), островодужные, террейны аккрекционного клина и океанические. Многие террейны содержат в своем строении геологические комплексы различной геодинамической специфики. Например, среди раннедокембрийских кратонных образований могут встречаться более молодые рифтогенные вулканические комплексы. В подобном случае террейн характеризуется по «верхнему», т.е. более молодому геодинамическому комплексу. Террйны часто представляют собой коллаж субтеррейнов – т.е. пространственное сочетание ограниченных разломами частей террейнов со сходной, но не вполне идентичной историей геологического развития.

Основные принципы выделения террейнов определяются конечными задачами террейнового анализа, а именно проведением глобальных и региональных палеотектонических реконструкций на основе составляемой карты террейнов.

Шовная зона (сутура) – тектоническое выражение зоны коллизии, т.е. столкновения отдельных террейнов. Сутуры наиболее широко проявлены в пределах орогенных поясов. Шовные зоны часто содержат фрагменты офиолитов и высокобарические метаморфические образования с глаукофаном и лавсонитом. Комплексы сутур часто входят в состав террйнов аккреционного клина, поэтому шовные зоны, как правило, не выделяются в качестве самостоятельных тектонических единиц.

Аккреция – тектоническое причленение террейна или группы террейнов к краевым областям кратона. Аккреция может происходить в процессе субдукции, при столкновении островодужных комплексов с активной или пассивной континентальной окраиной, либо в результате обдукции, т.е. надвигания океанической коры на окраину континента. Кроме этого аккруция может осуществляться путем крупных сдвиговых перемещений развивающихся параллельно окраине континента. Геологические образования относительно времени их формирования могут быть разделены соответственно на доаккреционные и постаккреционные.

Амальгамация – тектоническое объединение двух или нескольких террейнов в единый более крупный террейн, происходящее на доаккреционной стадии, т.е. до причленения данной новообразованной структуры к кратону. В ходе амальгамации возникают составные террейны и супертеррейны. Составные террейны включают в себя террейны одинаковой геодинамической природы (например только островодужные). Супертеррейны составлены террейнами различной геодинамической специфики (например островодужными и океаническими). Достаточно часто супертеррейны возникают при объединении в единую структуру различных составных террейнов.

Коллизия – столкновение террейнов друг с другом, либо с кратоном.

Дисперсия – тектоническое расчленение на отдельные террейны ранее объединенных в результате процессов аккреции и амальгамации супертеррейнов и составных террейнов. Дисперсия осуществляется, главным образом тремя основными способами (Howell et al., 1985): 1) путем перемещения фрагментов террейна на значительные расстояния по крупным региональным сдвигам (трансляция); 2) путем разъединения ранее единых террейнов в процессе рифтогенеза; 3) путем расчленения террейна на серию пластин в результате заложения глубинных надвигов, по которым к земной поверхности выводятся (эксгумируются) нижние горизонты земной коры или даже верхней мантии. Отдельные части террейнов разделенные в результате процессов дисперсии выделяются в качестве фрагментов террейна.

Перекрывающие образования – осадочные, вулканогенно-осадочные и вулканогенные серии накапливающиеся на составных террейнах или супертеррейнах после их образования в результате аккреции или амальгамации отдельных разрозненных террейнов. Перекрывающие образования стратиграфически перекрывают два или более смежных террейна или террейны и окраину кратона. Возраст перекрывающих образований позволяет оценивать максимальный возрастной предел завершения процессов амальгамации и аккреции.

«Сшивающие» образования – пояса магматических и вулканических пород, рои даек и метаморфические комплексы развитые в зоне сочленения террейнов и окраинных областей кратонов. Формирование этих образования связано с аккрецией и амальгамацией террейнов и кратонов, а также с процессами субдукции и рифтогенеза (Парфенов и др. 1998).
7.2.2. Метаморфические процессы на разных стадиях эволюции террейнов
В основе террейнового анализа лежит выделение разнообразных комплексов, характеризующих три стадии эволюции террейнов: доаккреционную, аккреционную и постаккреционную. В первую стадию в определенной геодинамической обстановке образуются осадочные, вулканогенные и магматические комплексы, во вторую стадию формируется основная структура террейна и его аккреция к кратону или другим террейном, и, наконец, третья стадия характеризуется полной консолидацией (кратонизацией) более крупной структуры с образованием разнообразных магматических, осадочных и вулканогенных комплексов. По сути, третья стадия объединяет в себе разновозрастные процессы переработки сформировавшихся ранее террейнов.

Основной особенностью предлагаемой классификации является выделение типов метаморфизма в зависимости от главных стадий формирования и эволюции террейнов (рис. 7.3). Типы метаморфизма классифицированы, прежде всего, на доаккреционные, аккреционные и перекрывающие (постаккреционные). Для каждого из этих подразделений выделены возможные тектонические обстановки проявления метаморфических процессов и, наконец, для каждой обстановки показаны характерные типы метаморфизма (рис. 7.4-7.6).

Охарактеризуем вкратце типы метаморфизма, проявляющиеся в разные стадии эволюции террейнов.
7.2.2.1. Доаккреционнная стадия
Доаккреционная история террейнов может включать самые разнообразные комплексы и процессы, проявленные в разнообразных тектонических обстановках. Здесь возможно появление самых разных типов метаморфизма с соответствующим возрастным разнообразием. Поэтому в предложенной классификации выделены важнейшие и наиболее характерные тектонические обстановки проявления метаморфизма: океаническая, островных дуг, и континентальных окраинных дуг. Кроме того, предлагается выделять фрагменты докембрийского метаморфического фундамента, в которых определение природы метаморфизма является непринципиальным для террейнового анализа и (или) имеющиеся данные не позволяют однозначно судить о тектонической природе метаморфизма.

Океаническая обстановка

В пределах океанических обстановок можно выделить следующие типы метаморфизма (рис. 7.4): 1. Собственно океанический; 2. Метаморфизм в зонах трансформных разломов; 3. Метаморфизм, связанный с процессами надвигания в океанах (метаморфическая «подошва»). Полная характеристика этих типов метаморфизма приведена в главе 2.

Собственно океанический тип метаморфизма фиксируется в достаточно сохранившихся фрагментах офиолитов и характеризуется резкой зональностью от высоких ступеней амфиболитовой фации в нижних габбро до зеленосланцевой в комплексе параллельных даек, низкими давлениями (1-3 кбар) и псевдоморфным характером метаморфических изменений с сохранностью первично магматических структур и текстур. Метаморфические преобразования связаны с циркуляцией гидротермальных растворов во время образования офиолитов (Miyashiro, 1973), а зональность обусловлена температурным градиентом от магматической камеры до верхних горизонтов новообразованной океанической коры.

Метаморфизм в зонах трансформных разломов предполагается для объяснения природы флазер-габбро и амфиболитов, драгированных в некоторых районах океанического дна (Силантьев, 1995). Его отличительной особенностью является интенсивная пластическая деформированность габброидов и субвулканических пород в сравнительно высокотемпературных условиях. Случаи сколько-нибудь успешного выделения этого типа метаморфизма в образованиях складчатых областей не известны.

Чешуи метаморфических пород, описанные в литературе как «метаморфическая подошва», отмечаются во многих офиолитах (Добрецов, 1995) и характеризуются сравнительно высокими температурами и умеренными давлениями метаморфизма. Их особенностью является приуроченность к основанию пакетов, сложенных породами офиолитовой ассоциации, резкие переходы по РТ-параметрам метаморфизма от подстилающих и перекрывающих комплексов и сравнительно малая мощность. Существуют различные точки зрения на тектоническую обстановку проявления этого типа метаморфизма, наиболее популярная и обоснованная из которых предполагает «песвдоконтактовый» метаморфизм подстилающих отложений при надвиге новообразованной и горячей океанической пластины на океанические же породы или пассивную континентальную окраину (Karamata, 1980).

Несмотря на важность выявления и изучения метаморфических процессов океанического типа в петрологическом аспекте, их значение для террейнового анализа сравнительно невелико, поскольку в складчатых образованиях метаморфические изменения этого типа фиксируются только во фрагментах океанической коры - офиолитах, которые достаточно надежно выделяются по геолого-петрологическим критериям.

Обстановка островных дуг

Метаморфические процессы в пределах островных и континентальных окраинных дуг (конвергентных границах плит) имеют много общих черт и характеризуются, главным образом высокоградиентным зональным метаморфизмом андалузит-силлиманитового типа и наличием гранулитов малоглубинного типа (низких давлений). Сразу следует оговориться, что в данной классификации мы отказываемся от популярной концепции парных метаморфических поясов (Miyashiro, 1973), поскольку считаем, что сохранность законсервированных фрагментов «островная дуга - зона субдукции» при последующих аккреции и коллизии весьма проблематична. Кроме того, в отличие от предшествующих классификаций, метаморфические процессы в субдукционных зонах не рассматриваются, как принадлежащие к островодужной тектонической обстановке, а субдукционный тип метаморфизма отдельно не выделяется. Причины этого будут рассмотрены ниже.

Зональный метаморфизм андалузит-силлиманитового типа считается типичным для обстановки континентальных окраинных дуг и связан с активной магматической деятельностью в надсубдукционной плите.

Обстановка континентальных окраинных дуг

Метаморфические процессы сравнительно легко и надежно фиксируются в молодых образованиях тихоокеанского побережья, однако попытки их выявления в более древних комплексах внутриконтинентальных областей сталкиваются с большими трудностями. Последнее объясняется тем, что низкобарический андалузит-силлиманитовый тип метаморфизма не является спецификой только вышеотмеченных тектонических обстановок, а может проявляться также в коллизионных зонах (England, Thompson, 1986; Lux et al., 1987) и обстановке внутриконтинентального растяжения (Wickham, Oxburg, 1985; Barton, Hanson, 1989).

Принципиальная модель проявления зонального низкобарических метаморфических процессов в континентальных окраинных дугах не отличается от таковой в островных дугах. Отметим лишь, что поскольку объемы магматизма в континентальных дугах намного выше, чем в островных, то и метаморфические преобразования проявлены более широко.

Кроме зональных комплексов нередко отмечается присутствие гранулитов низких давлений. Широкое развитие гранитоидных плутонов и образование так называемых магматических поясов (Barton, Hansen, 1989) приводит к значительному повышению температурных градиентов в земной коре, что в свою очередь способствует появлению высокотемпературных метаморфических ассоциаций соответствующих гранулитовой фации в достаточно высоких горизонтах земной коры. В большинстве известных случаев гранулиты являются высокотемпературной частью зональных комплексов андалузит-силлиманитового типа. В то же время в полях широкого развития интрузивных образований отмечаются гранулиты без видимых переходов к более низкотемпературным метаморфическим ассоциациям. В то же время размеры таких выходов обычно не значительны.

Метаморфический фундамент

Отдельно следует остановиться на проблеме выделения докембрийского метаморфического фундамента. Можно предложить два различных подхода для метаморфических образований кратонов и складчатых областей. В пределах щитов древних кратонов, где метаморфические породы пользуются широким распространением и хорошо изучены петрологически и геохронологически, возможно выделение террейнов, характеризующих наиболее ранние докембрийские стадии тектонической эволюции, как это сделано для Алданского щита (Смелов, 1996). В складчатых же поясах выходы метаморфических пород в большинстве случаев незначительны по размерам, а степень их изученности (особенно геохронологической) оставляет желать лучшего. Для тектонического анализа важно лишь корректное обоснование относительно древнего возраста метаморфического фундамента, а выяснение особенностей метаморфической эволюции является отдельной самостоятельной проблемой. В то же время нельзя не отметить еще один вопрос, связанный с метаморфическим фундаментом. Практически любые метаморфические комплексы умеренных и высоких температур в пределах складчатых образований традиционно рассматривались в качестве докембрийских. За последние десятилетия для многих из этих комплексов после детального петрологического и геохронологического изучения был обоснован палеозойский или даже мезозойский возраст. В качестве одного из наиболее ярких примеров можно привести раннепалеозойские гранулиты Южного Прибайкалья (Донская и др., 2000) и мезозойские комплексы метаморфических ядер в Забайкалье (Скляров и др., 1997), рассмотренные в главе 5. Оказалось, что большинство из хорошо изученных метаморфических выступов в Центрально-Азиатском складчатом поясе нельзя рассматривать в качестве фрагментов метаморфического фундамента, так как метаморфизм связан с фанерозойской эволюцией складчатых систем.

7.2.2.2. Аккреционная стадия
При террейновом анализе выделение процессов и соответствующих им комплексов аккреционной стадии является одной из важнейших и сложных задач. Характерной особенностью этой стадии является присутствие метаморфических комплексов повышенных и высоких давлений при широких вариациях температурных условий (рис. 7.5). В существующих классификациях и моделях высокобарический метаморфизм (эклогиты, глаукофановые сланцы) считается индикаторным для зон субдукции (Ernst, 1988; Добрецов, 1995 и др.), однако при террейновом анализе представляется более целесообразным относить его к аккреционной стадии. Дело в том, что в развитии метаморфического процесса можно выделить две главные стадии - кульминационную и эксгумационную, каждая из которых может характеризоваться отличающимися тектоническими условиями. Так в случае высокобарического метаморфизма кульминационная стадия в большинстве случаев действительно соответствует субдукции холодной океанической плиты на конвергентных границах плит, однако эксгумация высокобарических комплексов отвечает совершенно другим тектоническим условиям. Выведение высокобарических комплексов к поверхности и вовлечение в складчатую структуру осуществляется на орогенной стадии. Более того, эксгумация эклогитов и глаукофановых сланцев фиксирует момент прекращения субдукции и начало аккреции. Таким образом, независимо от обстановки образования высокобарических комплексов, они являются индикаторными для начальных стадий аккреционных процессов. Косвенным свидетельством корректности такого подхода может служить и периодичность процессов высокобарического метаморфизма, надежно фиксируемая для мезозоя и кайнозоя и менее отчетливо проявленная в более ранние периоды (Dobretsov et al., 1987). Несмотря на продолжительные периоды функционирования субдукционных зон, в распределении возрастов известных глаукофансланцевых комплексов четко фиксируется периодичность в 30 млн. лет. То есть возраст комплексов отражает только эпохи тектонических перестроек системы или, другими словами, возраст аккреционных процессов.

Тектонические обстановки аккреционных процессов в соответствии с особенностями тектогенеза можно разделить на два основных класса: а) обстановки соответствующие перерастанию субдукционных процессов в аккреционные; б) обстановки аккреции без предшествующего высокобарического метаморфизма. В качестве еще одного классификационного признака можно использовать температурный режим тектонических обстановок, что отражается соответствующим образом на метаморфических минеральных ассоциациях. Таким образом, можно выделить 4 типа тектонических обстановок аккреционной стадии эволюции террейнов (рис. 7.5): 1) субдукционно-аккреционная низких и умеренных температур; 2) субдукционно-аккреционная высоких температур; 3) аккреционная низких давлений; 4) аккреционная умеренных и высоких температур. Хотя для части из этих обстановок в литературе обычно применяется термин «коллизия», а не «субдукция», в соответствии с принятой терминологией для террейнового анализа (Parfenov et al., 1995) мы не используем первого термина.

Обстановка субдукции - аккреции при низких - умеренных температурах

Эта обстановка является одной из самых типичных для аккреционной стадии эволюции террейнов. Характерными типами метаморфизма для нее являются глаукофансланцевый и эклогит-глаукофансланцевый. Высокобарические образования обычно включены в виде чешуи и пластин в сложные тектонические пакеты, в составе которых могут присутствовать фрагменты офиолитов, построек океанических островов, осадочные образования аккреционных клиньев и некоторые другие типы пород. Детальная характеристика рассматриваемых типов метаморфизма приведена в главе 4.

Обстановка субдукции - аккреции при высоких температурах

Эта обстановка характеризуется более высокой прогретостью коры на аккреционном этапе, что предполагает ее значительно большее утолщение. Последнее в свою очередь объясняется вовлечением блоков континентальной коры в зону субдукции (Coleman, Wang, 1995). Такая обстановка рассматривается для части норвежских каледонид (Krogh, Carswell, 1995), зоны Дора Майра Альпийской системы (Compagnoni et al., 1995), Кокчетавского массива (Zhang et al., 1997) и гор Дабы Китая (Wang et al., 1995). Для нее характерны ультравысокобарический и эклогит-гранулитовый типы метаморфизма, рассмотренные в главе 4.

Обстановка аккреции при низких температурах

Эта обстановка характеризуется низкотемпературным метаморфизмом, промежуточным по давлению между зеленосланцевой и глаукофансланцевой фациями. Поэтому метаморфические преобразования этого типа относят либо к низкобарическим субфациям глаукофансланцевой фации (Эклогиты..., 1989; Скляров, Добрецов, 1990), либо к высокобарическим субфациям зеленосланцевой фации (Дук, 1987; Зоненшайн и др., 1990). Особенности глаукофанзеленосланцевого типа метаморфизма, характеризующего данную обстановку, рассмотрены в главе 4.

Обстановка аккреции (коллизии) при умеренных - высоких температурах

Наиболее характерным для данной обстановки является кианит-силлиманитовый тип метаморфизма, фиксируемый как в молодых, так и древних зонах орогенеза. Более того, этот тип метаморфизма считается большинством исследователей единственным, проявленным в коллизионных зонах. Однако в известных и хорошо изученных случаях (например, Гималаи) отмечается и зональный метаморфизм низких давлений. Кроме того, тесная пространственная и временная сопряженность умеренно и низкобарических типов метаморфизма также может оказаться важной для целей тектонического анализа.

Для террейнового анализа гораздо более интересным и индикаторным могут оказаться парные пояса, то есть метаморфические пояса, где андалузит-силлиманитовый и кианит-силлиманитовый типы метаморфизмы тесно связаны в пространстве и времени. Такие случаи достаточно хорошо известны в складчатых областях разного возраста. Одним из таких примеров может быть район южного Прибайкалья (рис. 7.2) Принципиальная модель одновременного проявления зонального метаморфизма низких и умеренных давлений рассмотрена К Ходжесом и Д. Силвербергом (Hodges, Silverberg, 1988) для Высоких Гималаев (рис. 2.8). В случае синметаморфического надвигания горячей пластины при близких температурах режим давления будет разным для верхней и нижней пластин. При этом метаморфические комплексы, характеризующиеся разными давлениями будут сближены в пространстве, образуя «парный» пояс. Такие парные пояса, в случае корректного обоснования их близкого возраста, являются намного более надежным критерием существования коллизионной обстановки по сравнению с метаморфическими комплексами кианит-силлиманитового типа, поскольку последние по существующим представлениям могут отражать и обстановку внутриконтинентального растяжения (см. ниже).

Еще одним важным признаком метаморфических комплексов может оказаться инвертированная метаморфическая зональность, охарактеризованная в главе 6. Общим для обстановок проявления инвертированного метаморфизма являются процессы надвигообразования, причем в этот процесс вовлечены достаточно глубокие горизонты земной коры (Jamieson, 1986; England, Molnar, 1993; Ruppel, Hodges, 1994). Независимо от различий в объяснении теплового источника (горячая верхняя пластина или разогрев при трении), этот тип метаморфизма фиксирует процессы надвигообразования, то есть аккреционную стадию эволюции террейнов.

7.2.2.3. Постаккреционная стадия (перекрывающие комплексы)
При террейновом анализе территорий, сложенных разновозрастными образованиями, для которых возможно выделение террейнов широкого возрастного диапазона, весьма вероятна ситуация, когда процессы доаккреционной и аккреционной стадии в эволюции более молодых террейнов будут являться одновременно перекрывающими для более древних террейнов (рис. 7.6). Поэтому для этой стадии рассматриваются только наиболее типичные постаккреционные тектонические обстановки, к которым относятся зоны внутриконтинентального растяжения и континентальных окраинных дуг.

Зоны внутриконтинентального растяжения (рифтогенеза)

В последнее десятилетие метаморфические процессы в разнотипных зонах внутриконтинентального растяжения привлекают повышенное внимание (Wickham, Oxburg, 1986; Barton, Hansen, 1989 и др.). Прежде всего, это связано с выявлением своеобразных структур, получивших название «комплексы метаморфических ядер» (Crittendon et al., 1980; Extensional..., 1987; Lister, Davies, 1989 и многие другие). Однако не менее важным является и выявление высокоградиентного зонального метаморфизма в рифтогенных зонах (Wickham, Oxburg, 1985), поскольку ранее практически не рассматривалась возможность проявления метаморфических процессов в обстановке растяжения. Наиболее характерными для рассматриваемой тектонической обстановки являются комплексы метаморфических ядер, детально охарактеризованные в главе 5.

В пределах Провинции Бассейнов и Хребтов (Lachenbruch, Sass, 1978) был описан кианит-силлиманитовый тип метаморфизма. В то же время его выделение в качестве проявленного в момент растяжения далеко не столь однозначно, поскольку проблема корректного датирования для магматических и метаморфических комплексов региона стоит достаточно остро. Некоторые исследователи полагают, что метаморфизм умеренных давлений был проявлен не во время растяжения, а во время предшествующих эпох аккреции в юрское и позднемеловое время. Тем не менее, нельзя полностью исключать возможность проявления кианит-силлиманитового типа метаморфизма в зонах растяжения. По-видимому, появление андалузит-силлиманитового или кианит-силлиманитового типов метаморфизма в значительной степени зависит от характера и интенсивности процессов, приводящих к экспонированию метаморфических комплексов. В случае быстрого экспонирования во время растяжения реализуется первый из отмеченных типов метаморфизма, когда же метаморфические комплексы остывают в средне-нижнекоровых условиях и их экспонирование значительно оторвано во времени от времени формирования, фиксируются более высокие давления, отвечающие кианит-силлиманитовому типу метаморфизма.

Низкобарические гранулиты являются одними из обычных элементов внутриконтинентальных рифтогенных обстановок (Wickham, Oxburg, 1985, De Yoreo et al., 1991). Их образование связано с утонением континентальной коры и повышенным теплопотоком в зоне рифтогенеза. Гранулиты обычно являются составной частью высокоградиентных зональных комплексов андалузит-силлиманитового типа. Один из классических комплексов такого типа описан в герцинском массиве Троис Сейнере в Пиренеях (Wickham, Oxburg, 1985), где температура метаморфизма превышает 700° при давлениях 3-5 кбар. В то же время в обстановке растяжения не исключается появление в нижних горизонтах коры более высокобарических гранулитов, с интервалом давлений при метаморфизме 6-8 кбар (Sandiford, Powell, 1986).

Континентальные окраинные дуги

Характерные типы метаморфизма для континентальных окраинных дуг были рассмотрены выше. Отметим лишь, что в ряде случаев метаморфические процессы, связанные с эволюцией континентальных дуг, могут происходить после процессов аккреции и, соответственно, являться перекрывающими для аккретированных ранее террейнов.

7.2.3. Метаморфические комплексы – индикаторы аккреционной и постаккреционной стадий тектогенеза
Использование всех вышеописанных типов метаморфизма при тектоническом анализе вряд ли целесообразно, поскольку часть их них является «сквозными» для разных типов тектонических обстановок, а часть может фиксироваться, но не добавлять принципиально новой и важной информации по отношению к другим вещественным и тектоническим признакам. В рисунках 7.4-7.6 приведены индикаторные типы метаморфизма, выделение которых может играть существенную роль в террейновом анализе. Как видно из этих рисунков использование метаморфизма наиболее эффективно для аккреционной стадии эволюции террейнов. При этом по специфике метаморфизма можно судить и о характере аккреционных процессов.

Так, обстановка низкотемпературной субдукции-коллизии, фиксируемая по появлению глаукофансланцевого и эклогит-глаукофансланцевого типов метаморфизма, весьма типична для активных континентальных окраин с развитием островных дуг и задуговых бассейнов. Аккреционные процессы в этом случае связаны с разрастанием континентальной коры за счет причленения периокеанических террейнов.

По-видимому, тектоническая обстановка низкотемпературной аккреции также характерна для активных континентальных окраин с широким развитием надвигов в верхних горизонтах земной коры. В данном случае можно предполагать, что процессы складчатости и метаморфизма проявляются в тыловых зонах активных окраин без тесной пространственной связи с зонами субдукции.

Высокотемпературный режим субдукционно-коллизионной обстановки фиксирует вовлечение блоков с континентальной корой в субдукционные процессы, что возможно либо в обстановке активных континентальных окраин при аккреции достаточно крупных террейнов, в строении которых существенную роль играют блоки с корой континентального типа, либо на поздних стадиях закрытия океанических бассейнов и начальных стадий коллизии континентов.

Обстановка высокотемпературной аккреции (в общепринятом понимании - коллизии), наиболее надежным критерием выделения которой в древних складчатых поясах являются парные пояса андалузит-силлиманитового и кианит-силлиманитового типов и инвертированный зональный метаморфизм, не требует специальных разъяснений, поскольку достаточно детально рассмотрена в ряде моделей.

Из метаморфических комплексов, связанных с постаккреционной стадией эволюции террейнов наиболее важными являются комплексы метаморфических ядер Кордильерского типа, являющиеся одновременно индикаторами процессов горячего внутриконтинентального растяжения и предшествующих аккреционных процессов.

7.3.Заключение
Данная глава является заключительной и представляет собой в некотором роде синтез материалов, изложенных в предыдущих главах. Основной целью главы является демонстрация некоторых возможностей использования особенностей метаморфических комплексов в тектонических построениях. Подчеркнем специально: только некоторых. Можно было бы рассмотреть и случаи пространственного совмещения метаморфических процессов кианит-силлиманитового и андалузит-силлиманитового типов. Здесь возможно несколько вариантов их соотношения во времени и в пространстве, соответствующих разным стилям тектогенеза. Можно было более детально рассмотреть возможности использования метаморфических структур и текстур. Можно было затронуть еще многие вопросы, так или иначе связанные с проблемой соотношения метаморфических процессов и условий тектогенеза. Мы сознательно ограничились теми типами метаморфических комплексов, тектонические обстановки образования которых наиболее изучены. При этом мы, опять же сознательно, упростили многие моменты в модельных построениях и не отразили дискуссионность ряда положений. В тексте приведены ссылки на первоисточники, поэтому заинтересованный читатель может самостоятельно оценить степень нашего «вранья» в изложении и интерпретации опубликованных к настоящему времени материалов. Дать представление о взаимосвязи метаморфических и тектонических процессов и заинтересовать читателя было главной нашей целью при подготовке учебного пособия. Если нам удалось это, хоть в какой то степени, мы считаем свою задачу выполненной.