Магматогенный гранитоидный диапиризм

Под этим названием мы понимаем перемещения гранитоидных расплавов и контактирующих с ними вмещающих горных пород, включая ранее затвердевшие интрузивные и эффузивные образования. Перемещения базальтовых расплавов здесь не обсуждаются. Эти магмы имеют мантийное происхождение, а их перемещения рассматриваются отдельно, в составе глубинных коро-мантийных движений.

По современным представлениям гранитоиды имеют разное происхождение. Главная их часть является продукцией гранито-образования сиалического ряда литогенеза, связанного с термохимическим (метасоматоз, метаморфизм, анатексис, палингенез) преобразованием осадочных, магматических и метаморфических пород земной коры. В подчинённом количестве гранитоиды образуются в результате фракционной (кристаллизационной и гравитационной) дифференциации Первичной базальтовой магмы или за счёт других явлений, составляющих гранитообразование симатического ряда литогенеза.

Геологические тела, сложенные гранитоидами, в земной коре распространены чрезвычайно широко. Причём встречаются не только в зонах гранитообразования, но и на всех других гипсометрических уровнях, вплоть до земной поверхности (эффузивные гранитоиды). По положению относительно материнских горнопородных масс они могут быть разделены на две различные группы. Одну группу составляют тела автохтонные, залегающие в родной для гранитоидов среде, внутри материнских масс; другую — тела инъективные, аллохтонные, располагающиеся вне материнских масс, значительно выше этих масс, в породах, ещё не затронутых процессами метаморфизма и метасоматоза. Понятно, механизмы образования автохтонных и аллохтонных тел гранитоидов не одинаковы.

Вопрос о происхождении автохтонных тел решается автоматически. В областях сиалического гранитообразования автохтонные гранитоиды залегают внутри материнских вулканогенно-осадочных отложений, процессами амфиболитового и гранулитового метаморфизма превращенных в анатектиты, мигматиты, гнейсы, кристаллические и метаморфические сланцы. Их автохтонность доказывается многими признаками. Они залегают в виде стратиформных линз, пластов, пропластков и имеют с вмещающими породами постепенные переходы без каких-либо следов контактового воздействия.Деформированы они совместно с вмещающими наслоениями, характеризуются теми же минеральными ассоциациями, что и вмещающие горные породы. Петрографический состав гранитов зависит полностью от состава замещённых пород. Среди песчано-глинистых отложений залегают, как правило, нормальные граниты, в граувакках — гранодиориты; в эффузивнокарбонатных породах — сложные комплексы гранитоидов с широким развитием диоритов, гранодиоритов и сиенитов. Внутри крупных тел гранитоидов нередко наблюдаются реликты замещенных пород. Из всего этого ясно видно, что при образовании автохтонных тел гранитоидные массы не были полностью в расплавленном состоянии и не претерпевали заметного пространственного перемещения. Как указывает общий стиль деформаций гранитоидных тел, они были столь же высокопластичными, как и вмещающие горные породы. Автохтонные тела гранитоидов в областях сиалического гранитообразования могут рассматриваться по существу в качестве своеобразных аномально крупных псевдоморфоз замещения при метасоматичес.ком происхождении гранитоидов и псевдоморфоз превращения, если имеют место ультраметаморфогенные (ультраметагенные, по Шуркину, Митрофанову, 1968) гранитоиды. Их местоположение, размеры и форма унаследованы от материнских геологических тел и повторяют материнские тела почти без морфоструктурных искажений.

В областях симатического гранитообразования тела гранитоидов встречаются главным образом внутри крупных дифференцированных интрузий основного (базальтового) состава, т. е. внутри тех пространств, в которых осуществлялась кристаллизационная и гравитационная дифференциация жидких базальтовых расплавов. Следовательно, эти гранитоиды также размещаются на месте своего рождения — на уровнях, соответствующих их плотности и кристаллизационным свойствам.

Вопрос о происхождении аллохтонных тел значительно более труден и его можно считать разрешённым лишь в общих чертах. Аллохтонные тела в отличие от автохтонных образуются из жидких магматических гранитоидных расплавов, претерпевших далёкое пространственное, в основном восходящее перемещение. Свидетельством этому является горячее метаморфизующее воздействие гранитоидных пород на вмещающие толщи. Такое воздействие могут оказывать только высокотемпературные подвижные массы, проникшие с больших глубин на высокие уровни образования аллохтонных тел.

Механизм, управляющий пространственными перемещениями гранитоидных расплавов, имеет, вероятнее всего, гравитационную конвекционную природу. Согласно экспериментам, расплавленная гранитная магма затвердевает в зависимости от содержания растворенной в ней воды в интервале температур +1100–600 °С: +1100 °С — безводная магма, +600 °С — магма при содержании воды 7 %. В природной магме содержание воды всегда меньше 7 %. Поэтому ориентировочно принимается, что жидкие или полужидкие гранитоидные магматические расплавы образуются при температурах +650–900 °С на глубинах порядка 5–25 км (Рудник, 1975; Раген, 1979). В архее и раннем протерозое гранитообразование начиналось, видимо, с глубин 5–6 км, позднее — с глубин 10–12 км. Существует два основных источника вещества для гранитных расплавов и, следовательно, два конкретных способа их образования. Во-первых, они образуются в процессе регионального позднеамфиболитово-раннегранулитового метаморфизма (ультраметаморфизма) путём анатексиса (расплавления) и палингенеза (переплавления, повторного расплавления) аркозовых и полимиктовых песчаников, глинистых пород, липаритов, андезитов и других пород кислого или близкого к кислому составов, предварительно подготовленных процессами метасоматической и (или) метаморфической гранитизации на позднезеленосланцевых и раннеамфиболитовых ступенях регионального метаморфизма.

Во-вторых, они возникают при повторном глубоком прогреве метаморфических комплексов в результате ремобилизации (разжижения) гранитоидов, возникших на предшествующих тектонических этапах. Первый способ образования расплавов характерен для первичных геосинклиналей, т. е. для геосинклиналей с исходной океанической корой. Здесь чрезвычайно энергичный тепловой поток (геотермические градиенты 5—10°С/100 м) сочетается с интенсивной седиментацией (150–200 м/млн. лет) таким образом, что расплавлению подвергается собственный осадочно-вулканогенный комплекс. Ремобилизация свойственна эпикратонным геосинклиналям и параплатформам, а также узкой пригеосинклинальной раме платформенных областей. Причиной плавления древних гранитоидов, насыщающих «гранитно-метаморфический» слой земной коры этих областей, является тепловая активизация недр, сопутствующая зарождению новой геосинклинали.

Плотность гранитоидных расплавов (2.2 г/см3) меньше средней плотности вышележащих горных наслоений (2.6–2.8 г/см3). Следовательно, в результате рождения расплавов в земной коре в её верхней (10–25 км) оболочке возникает обстановка инверсии плотностей, т. е. та самая обстановка, в условиях которой становятся возможными гравитационные конвекционные тектонические движения. Геолого-петрологические и геофизические данные показывают, что очень большое количество тел гранитоидного состава располагается значительно выше уровней рождения расплавов, а в пределах многих антиклинориев они занимают более половины объёма верхней части земной коры. Поэтому можно думать, что возможность конвективных течений в областях гранитообразования реализуется в широких масштабах. Часто инъекции гранитоидных расплавов в верхние горизонты земной коры и связанные с ними перемещения вмещающих горных пород уподобляются хорошо изученным галокинетическим движениям вообще и соляному диапиризму в частности. Мысли о конвекционной природе аллохтонного гранитоидного магматизма кажутся вполне объективными, так как в проявлении магматизма имеется много общего с конвекциями Рэлея—Тейлора. Внутри областей гранитоидного магматизма, как и должно быть в случае широкого развития взаимопроникающих конвективных перемещений, аллохтонные тела гранитоидов размещаются резко неравномерно.

Они концентрируются в антиклинориях, интрагеоантиклиналях, параплатформенных глыбовых поднятиях и практически полностью отсутствуют в смежных интрагеосинклиналях, межгорных и передовых прогибах, синклинориях, параплатформенных депрессиях. Такие размещения аллохтонных гранитоидов указывают, что перемещения расплавов и пород перекрытия в недрах областей гранитообразования имеют форму ячей Рэлея—Тейлора. Очевидно, в местах концентрации аллохтонных тел движутся в основном гранитоидные расплавы, всплывающие над своими материнскими толщами, а в пределах безгранитных участков перемещаются вниз массы верхнего, более тяжёлого материала, перекрывающего зону генерации расплавов. Эти массы на глубине тонут в расплаве и вытесняют его из-под себя в стороны. Форма ячей Рэлея—Тейлора в молодых, послераннепротерозойских, геосинклинальных областях преимущественно линейная, в древнейших и в пределах срединных массивов — ближе к полигональной, округлой. Это объясняется, с одной стороны, разной формой областей гранитообразования, где линейность характерна для молодых геосинклиналей, с другой — разными свойствами верхнего, более вязкого слоя. В молодых геосинклиналях он резко анизотропен, в древних — более пластичен и потому его анизотропность менее заметна.

Конвективный характер движений гранитоидных расплавов находит своё отражение в особенностях развития рельефа земной поверхности. Над восходящими течениями наблюдается положительный рельеф земной поверхности, над нисходящими — отрицательный. Это вполне естественно, так как из-под опускающихся масс пластичный материал выжимается и нагнетается в зоны восходящих, движений. Принимая и развивая идею о гравитационной природе аллохтонных гранитоидных тел, мы можем представить, что в недрах областей регионального сиалического гранитообразования сразу после рождения расплавов возникает некоторое, со временем изменяющееся число контактирующих преимущественно линейно вытянутых магматогенно-гравитационных конвекционных ячей. Каждая ячея является автономной кинематической системой и состоит из разнонаправленных, но генетически и пространственно тесно взаимосвязанных течений конвектирующих масс: горизонтальных, радиально восходящих и нисходящих. В горизонтальном направлении перемещаются гранитоидные расплавы и контактирующие с ними сильно размягчённые гнейсы и сланцы, совместно составляющие высокопластичную «кашу» гранит-мигматит-гнейс-кристаллосланцевого состава.

По законам гидростатики эта «каша» перетекает из-под относительно более тяжелых блоков перекрытия в места пониженных давлений — к зонам повышенной раздробленности и проницаемости перекрытий или к участкам с повышенным геотермическим градиентом, где гранитоидные расплавы рождаются и располагаются на меньших глубинах от земной поверхности. Радиально нисходящие течения образуют массы горных пород, слагающие относительно более тяжёлые блоки перекрытия. Они выдавливают из-под себя высокопластичные гнейсы, сланцы и гранитоидные расплавы. Эти массы оседают и заполняют высвобождающееся пространство. Радиальные восходящие движения развиваются в местах пониженных давлений. Здесь размягчённые породы и расплавы, выжимаемые из-под смежных более тяжёлых блоков, скучиваются, их объёмы растут. Они давят снизу вверх на перекрывающие отложения и поднимают их над собой, обусловливая общее положительное перемещение этих отложений и зональный подъем земной поверхности. При этом в толщах перекрытия возникают субгоризонтальные деформацигенные движения и соответствующие им поля растягивающих напряжений. Под их воздействием в перекрытии возникает множество трещин и разрывов, проницаемость перекрытия для расплавов возрастает. Тем самым становится возможным прорыв расплавов внутрь перекрытия и на земную поверхность. В результате происходит массовый переток гранитоидов из автохтонного в аллохтонное состояние.

Уже указывалось, что Е. В. Артюшков (1965) предлагает различать конвективные формы (ячеи) центрального и краевого типов. В областях регионального сиалического гранитообразования большую вязкость имеет, как правило, верхний слой. Следовательно, здесь должны преобладать формы краевого типа, где в центре ячей обязано происходить всплытие лёгких масс, а по краям — погружение тяжёлых. Возможно, именно поэтому в геосинклинальной раме, как правило, присутствуют «безгранитные» зоны — краевые прогибы. Интрагеоантиклинали в качестве пограничных зон формируются как исключение. Однако вязкость среды — понятие относительное. Если верхний слой конвектирующей геологической среды окажется сильно раздробленным, то именно он, а не расплав, будет работать в качестве менее вязкого слоя. В таком случае сформируются конвективные формы центрального типа. Нам кажется, что на срединных массивах господствующим оказывается именно такой случай конвективных движений.

Амплитуды перемещения масс в каждой из ветвей конвекционных течений характеризуются своими величинами. Наиболее значительны по величине горизонтальные перетоки расплавов. Так как из-под любого относительно более тяжёлого блока расплавы должны вытесняться практически полностью, то их перемещения могут измеряться десятками километров. Их путь равен половине ширины конвективной ячеи, а ширина ячей в среднем составляет 100 и более км. Наименее значительна амплитуда радиальных нисходящих движений. Она в принципе равна суммарной мощности расплавленного материала и вряд ли может превышать 5 км.

Вопрос об амплитуде радиальных восходящих перемещений не однозначен. В восходящих перемещениях участвуют одновременно и расплавы, и перекрывающие породы. Возможности перемещений тех и других различны, а амплитуды их неоднозначны. Возможности перемещения расплавов несравненно более велики. Они могут всплывать на такую высоту, при которой давление столба расплава при плотности 2.2 г/см3 на его основание на зону генерации расплавов станет равным давлению, создаваемому толщами перекрытия при средней плотности 2.75 г/см3. При этом не трудно подсчитать, что расплавы могут всплывать на высоту, которая на 25% превосходит мощность перекрытия, т. е. на высоту 25 км при мощности перекрытия 20 км и на высоту 7 км при мощности 6 км. Другими словами, расплавы способны прорваться на земную поверхность и образовать на ней вулканические горы высотой 5 км в первом и 1 км — во втором случаях.

Амплитуды перемещений толщ перекрытия зависят от формы, количества и размеров магматических камер, образующихся внутри этих толщ. Если расплавы прорываются по субвертикальным каналам, то толщи перекрытия остаются в исходном положении. Если расплавы движутся вверх по ступенчатым каналам, то над горизонтальными внедрениями магм перекрывающие толщи смещаются вверх на расстояние, равное мощности этих внедрений, обычно не превышающее первых сотен метров. Если горизонтальные внедрения многочисленны, а перекрытия представляют собой «слоёный пирог», то суммарный эффект может измеряться первыми километрами.

Аллохтонные тела гранитоидов формируются главным образом в рамках восходящих ветвей конвекций. Они представлены многими морфологическими разновидностями. Среди них различают батолиты, штоки, дайки, бисмалиты, этмолиты, акмолиты, ханолиты, силлы, лакколиты, факолиты, гарполиты, некки (жерловины), лавовые тела и слои пирокластического материала. Описания интрузивных тел содержатся во всех учебниках по структурной геологии (М. П. Биллингс, Е. Ш. Хиллс, Э. У. Спенсер, Г. Д. Ажгирей, В. В. Белоусов и др.). Хорошие примеры туфо-лавовых наслоений и вмещающих их депрессий можно найти в работах Т. О. Фёдорова, А. В. Авдеева, И. Г. Щербы, В. В. Коптевой, Н. П. Лаверова, Е. К. Мархинина, В. А. Арапова, Е. В. Свешниковой, И. Н. Томпсона, Ю. А. Лейе, Э. П. Тихоненко, А. А. Абдуллина, В. А. Невского и др.