Chuyển giao chất lỏng / chất tan từ lớp mang đến lớp vỏ trái đất dưới qua quá trình biến chất granulit

Russian Geology and Geophysics - Tập 50 Số 12 - Trang 1052-1062 - 2009
Jacques Touret1
1Musée de Minéralogie, École des Mines (Mines ParisTech), 60 Bvd Saint-Michel, 75006, Paris, France

Tóm tắt

Tóm tắt Phát hiện "không ngờ" (thuật ngữ từ H.G.F. Winkler, 1974) về sự tồn tại của các tạp chất giàu CO2 trong các loại đá granulit đã khởi xướng một cuộc tranh luận mà sau hơn 35 năm vẫn là một vấn đề quan trọng trong môn địa chất biến chất. Dữ liệu từ các thí nghiệm và đồng vị ổn định đã dẫn đến việc hình thành mô hình “thiếu fluid”, đối lập với giả thuyết “có sự hỗ trợ của fluid”, được đưa ra từ chứng cứ về sự có mặt của fluid. Ngoài CO2, các loại fluid khác cũng được phát hiện là có tầm quan trọng trong những loại đá này, đặc biệt là các dung dịch nước tinh khiết cô đặc (nước muối), cũng có khả năng đồng tồn tại với các tập hợp khoáng sản granulit ở áp suất và nhiệt độ cao. Nước muối cũng xuất hiện trong các tạp chất hoặc, ấn tượng hơn, đã để lại dấu vết của chúng trong những ảnh hưởng biến chất qui mô lớn, đặc trưng cho một số khu vực độ sâu cao: ví dụ, các vân K-feldspar giữa các hạt và sự tách biệt quartz (myrmekites), quá trình biến chất cacbonat dọc theo các vùng cắt ngang qui mô km (Na Uy, Ấn Độ), “charnockites khởi đầu” (Ấn Độ, Sri Lanka, Scandinavia), các loại granulit rất oxy hóa có nguồn gốc từ thời kỳ Archean. Tất cả những bằng chứng ấn tượng này cho thấy rằng lượng fluid trong lớp vỏ sâu, dưới điều kiện biến chất cực điểm, thực sự rất lớn, quan trọng đến mức không thể chỉ là nguồn gốc địa phương. Do đó, ngoại trừ những phần còn lại có trong các tạp chất, các fluid này đã rời khỏi hệ thống đá trong quá trình nâng lên sau biến chất. Các phần còn lại của fluid giống hệt như những fluid tồn tại trong các loại đá granulit ở lớp vỏ sâu cũng được tìm thấy trong các khoáng chất của lớp mang, bao gồm cả kim cương. Nguồn fluid chủ yếu từ lớp mang liên quan đến các giai đoạn cuối của quá trình nóng chảy: những phát thải magmatic muộn từ các chất nóng chảy bazan kiềm, các fluid nước có khả năng biến chất cacbonat phát sinh từ các đá carbonatit igneous. Ngay cả khi việc hình thành một số fluid từ sự nóng chảy của vỏ có thể không bị loại trừ, hầu hết các fluid granulit từ lớp vỏ dưới có cùng nguồn gốc. Chúng được chuyển từ lớp mang vào lớp vỏ qua các mạch xâm nhập đồng biến chất, cũng có trách nhiệm cho gradient nhiệt cao đặc trưng của granulit, đặc biệt là các loại HT hoặc UHT. Chúng chủ yếu được tìm thấy trong thời kỳ Tiền Cambri, phát sinh trong một số khoảng thời gian nhỏ: ví dụ, khoảng 500, 1000, 1800, 2500 triệu năm trước. Các sự kiện hình thành granulit HT xảy ra ở quy mô toàn cầu trong các siêu lục địa hoặc siêu craton, hoặc vào cuối quá trình hợp nhất, hoặc ngay trước khi phá vỡ. Chúng cung cấp một cơ chế cho sự tích tụ theo chiều dọc của tấm lục địa, bổ sung cho cách tích tụ theo chiều ngang cổ điển hơn ở trên các vùng cắt ngang tại các ranh giới hội tụ.

Từ khóa


Tài liệu tham khảo

Belousov, 1966, Modern concepts of the structure and development of the Earth’s crust and the upper mantle of continents, Q. Jl. Geol. Soc. Lond., 122, 293, 10.1144/gsjgs.122.1.0293

Bohlen, 1989, Origin of granulite terranes and the formation of the lowermost continental crust, Science, 244, 326, 10.1126/science.244.4902.326

Brown, 2007, Metamorphism, plate tectonics and the supercontinent cycle, Earth Science Frontiers, 14, 1, 10.1016/S1872-5791(07)60001-3

Dahlgren, 1993, Hydrothermal dolomite marbles associated to charnockitic magmatism in the Proterozoic Bamble Shear Belt, Southern Norway, Contrib. Mineral. Petrol., 113, 394, 10.1007/BF00286930

Ferrando, 2005, Multiphase solid inclusions in UHP rocks (Su-Lu, China): Remnants of supercritical silicate-rich aqueous fluids released during continental subduction, Chem. Geol., 223, 68, 10.1016/j.chemgeo.2005.01.029

Franz, 1998, High-grade K-feldspar veining in granulites from the Ivrea-Verbano zone, Northern Italy: fluid flow in the lower crust and implications for granulite facies genesis, J. Geol., 106, 455, 10.1086/516035

Frezzotti, 2002, Ephemeral carbonate melts in the upper mantle: carbonate-silicate immiscibility in microveins and inclusions within spinel peridotite xenoliths, La Gomera, Canary Islands, Eur. J. Mineral., 14, 891, 10.1127/0935-1221/2002/0014-0891

Harley, 1989, The origin of granulites: a metamorphic perspective, Geol. Mag., 126, 215, 10.1017/S0016756800022330

Harlov, 2002, High-grade fluid metasomatism on both a local and a regional scale: the Seward Peninsula, Alaska, and the Val Strona di Omegna, Ivrea-Verbano Zone, Northern Italy. Part 1: Petrography and silicate mineral chemistry, J. Petrol., 43, 769, 10.1093/petrology/43.5.769

Harlov, 1997, Oxide and sulfide minerals in highly oxidized, Rb-depleted Archean granulites of the Shevaroy Hills Massif, Southern India: oxidation states and the role of metamorphic fluids, J. Metamorph. Geol., 15, 707, 10.1111/j.1525-1314.1997.00046.x

Harlov, 1998, Petrologic evidence for K-feldspar metasomatism in granulite facies rocks, Chem. Geol., 151, 373, 10.1016/S0009-2541(98)00090-4

Harlov, 2006, The role of advective fluid flow and diffusion during localized, solid-state dehydration: Sondrum Stenhyggeriet, Halmstad, SW Sweden, J. Petrol., 47, 3, 10.1093/petrology/egi062

Hoefs, 1974, Fluid inclusion, and carbon isotope study from Bamble granulites (Southern Norway), Contrib. Mineral. Petrol., 52, 165, 10.1007/BF00457292

Izraeli, 2001, Brine inclusions in diamonds: a new upper mantle fluid, Earth Planet. Sci. Lett., 187, 323, 10.1016/S0012-821X(01)00291-6

Katz, 1987, Graphite deposits of Sri-Lanka: a consequence of granulite facies metamorphism, Mineral. Deposita, 22, 18, 10.1007/BF00204238

Kelsey, 2008, On ultrahigh-temperature crustal metamorphism, Gondwana Research, 13, 1, 10.1016/j.gr.2007.06.001

Knudsen, 1996, Magmatic CO2, brine and nitrogen inclusions in Sveconorwegian dehydration vein and a gabbro from the Bamble sector, southern Norway, Eur. J. Min., 8, 1041, 10.1127/ejm/8/5/1041

Lamb, 1984, Metamorphism of reduced granulites in low-CO2 vapor-free environment, Nature, 312, 56, 10.1038/312056a0

Lamb, 1987, Post-metamorphic CO2-rich inclusions in granulites, Contrib. Mineral. Petrol., 96, 485, 10.1007/BF01166693

Leroy, 1984, Episyenitisation dans le gisement d’uranium de Bernardan (Marche), Mineralium Deposita, 19-1, 26

Naumov, 1968, A new method of determination of pressure by means of gas-liquid inclusions, Geokhimiya, 4, 432

Newton, 1989, Fluids in metamorphism, An. Rev. Earth Pl. Sci., 17, 385, 10.1146/annurev.ea.17.050189.002125

Newton, 2002, Experimental determination of calcite solubility in NaCl-H2O solutions at deep crust/upper mantle pressures and temperatures: implications for metasomatic processes in shear zones, Am. Min., 87, 1401, 10.2138/am-2002-1016

Newton, 2006, Solubilities of corundum, wollastonite and quartz in H2O-NaCl solutions at 800 °C and 10 kbar: interaction of simple minerals with brines at high pressure and temperature, Geochim. Cosmochim. Acta, 70, 5571, 10.1016/j.gca.2006.08.012

Newton, 1980, Carbonic metamorphism, granulites and crustal growth, Nature, 288, 45, 10.1038/288045a0

Nijland, 1993, The regional amphibolite to granulite facies transition at Arendal, Norway: evidence for a thermal dome, N. Jb. Mineral. Abh., 165, 191

Nijland, 1998, Anomalously low temperature orthopyroxene, spinel and sapphirine occurrences in metasediments from the Bamble amphibolite-to-granulite facies transition zone (Southern Norway): possible evidence for localized action of saline fluids, J. Geol., 106, 575, 10.1086/516043

Oftedahl, 1980, Geology of Norway, Norges Geologisk Undersökelse, 208

Perchuk, 1993, Fluid control of charnockitisation, Chem. Geol., 108, 175, 10.1016/0009-2541(93)90323-B

Perchuk, 1994, A model for the charnockitization of gneissic complexes, Petrologiya, 2, 451

Perchuk, 2000, Mobility of components in metasomatic transformation and partial melting of gneisses: an example from Sri Lanka, Contrib. Mineral. Petrol., 14, 212, 10.1007/s004100000178

Pichamutu, 1961, Transformation of peninsular gneisses into charnockites in Mysore state, India, J. Geol. Soc. India, 2, 46

Ramberg, 1975, Geophysical interpretation of crustal structure along the Southeastern coast of Norway and Skagerrak, Geol. Soc. Amer. Bull., 86, 769, 10.1130/0016-7606(1975)86<769:GIOCSA>2.0.CO;2

Roedder, 1965, Liquid CO2 inclusions in olivine-bearing nodules and phenocrysts from basalts, Am. Miner., 50, 1746

Santosh, 1987, Cordierite gneisses of southern Kerala, India: petrology, fluid inclusions and implcations for crustal uplift history, Contrib. Mineral. Petrol., 96, 343, 10.1007/BF00371253

Santosh, 2008, CO2 flushing: a plate tectonic perspective, Gondwana Research, 13, 86, 10.1016/j.gr.2007.07.003

Santosh, 2008, CO2 windows from mantle to atmosphere: Models on ultrahigh-temperature metamorphism and speculations on the link with melting of snowball Earth, Gondwana Research, 14, 82, 10.1016/j.gr.2007.11.001

Santosh, 2003, Extremely high density pure CO2 fluid inclusions in a garnet granulite from Southern India, J. Geol., 111, 1, 10.1086/344578

Shunsuke, 2006, Ultrahigh-temperature metamorphism in the Achankovil Zone: Implications for the correlation of crustal blocks in Southern India, Gondwana Research, 10, 99, 10.1016/j.gr.2005.11.019

Suess, 1883–1909, Das Antlitz der Erde

Thompson, 1983, Fluid-absent metamorphism, J. Geol. Soc. London., 140, 533, 10.1144/gsjgs.140.4.0533

Touret, 1970, Le faciès granulite, métamorphisme en milieu carbonique, C.R. Acad. Sci. Paris, Sér. D, 271, 2228

Touret, 1971, Le faciès granulite en Norvège Méridionale. I: Les associations minéralogiques, II: Les inclusions fluides, Lithos, 4, 239, 10.1016/0024-4937(71)90004-1

Touret, 1972, Le faciès granulite en Norvège méridionale et les inclusions fluides. Paragneiss et quartzitess, Sciences Terre (Nancy), 17, 179

Touret, 1974, Faciès granulite et fluides carboniques, Geologie des Domaines Cristallins. Soc. Géol. Belgique, 267

Touret, 1981, Fluids in metamorphic rocks. Chap. 8, in: Short Course in Fluid Inclusions: Application to Petrology, Miner. Assoc. Canada 6 (Calgary), 182

Touret, 1987, Fluid distribution in the continental lithosphere, Proterozoic Lithospheric Evolution. Am. Geophys. Union, 27, 10.1029/GD017p0027

Touret, 1992, CO2 transfer between the Upper Mantle and the atmosphere: temporary storage in the lower continental crust, Terra Nova, 4, 87, 10.1111/j.1365-3121.1992.tb00453.x

Touret, 1983, Fluid inclusions in high grade anatectic metamorphites, J. Geol. Soc. London, 140, 635, 10.1144/gsjgs.140.4.0635

Touret, 1988, Geothermometry and fluid inclusions in a rock from the Doddabetta charnockite complex, Southwest India, Rendiconti Soc. It. Mineral. Petrol., 43, 65

Touret, 1990, Synmetamorphic fluid inclusions in granulites, NATO ASI Ser., C-311, 397

Touret, 1999, Intraplate magmatism at depth: hightemperature lower crustal granulites, J. African Earth Sci., 27, 376

Touret, 2002, Metamorphism today: new science, old problems, Geological Society, London, Special Publication, 113

Tsunogae, 2002, Very high-density carbonic fluid inclusions in sapphirinebearing granulites from Tonagh Island in the Archean Napier Complex, Eastern Antarctica: implications for CO2 infiltration during ultrahigh-temperature (T &gt; 1100 °C) metamorphism, Contrib. Mineral. Petrol., 143, 279, 10.1007/s00410-001-0343-4

Valley, 1983, Metamorphism of reduced granulites in low-CO2 vapour free environment, Nature, 301, 226, 10.1038/301226a0

Watson, 1987, Fluids in the lithosphere 1. Experimentally determined wetting characteristics of CO2-H2O fluids and their implication for fluid transport, host-rock physical properties and fluid inclusion formation, Earth Planet. Sci. Lett., 85, 497, 10.1016/0012-821X(87)90144-0

Webster, 1999, Chloride and water solubility in basalts and andesite liquids and implications for magmatic degassing, Geochim. Cosmochim. Acta, 63, 729, 10.1016/S0016-7037(99)00043-5

Wegener, 1929, Le dérive des continents (French translation of Die Entstehung der Kontinente und Ozeane, 1915

Winkler, 1974, Petrology of Metamorphic Rocks, third ed.

Thông tin
Thông tin xuất bản

Russian Geology and Geophysics

Tập 50 Số 12

1052-1062

Thông tin tác giả