Мигматит

Мигматит — это метаморфическая горная порода, образовавшаяся в условиях высоких температур и давлений, характеризующаяся неоднородным строением и наличием как твёрдой (метаморфической), так и частично расплавленной (магматической) составляющих. Термин происходит от греческого слова μίγμα (migma), что означает «смесь». Мигматиты являются типичными породами зон гранитизации и глубинного метаморфизма, занимая промежуточное положение между собственно метаморфическими породами (гнейсами, сланцами) и магматическими (гранитами).

История изучения

Термин «мигматит» был введён в научный обиход финским петрографом Якобом Седерхольмом в 1907 году. Он изучал докембрийские породы Балтийского щита и обратил внимание на породы, в которых чередуются полосы, похожие на гнейсы, и полосы, напоминающие гранит. Седерхольм предположил, что такие породы образуются при частичном плавлении исходного субстрата с последующей инъекцией расплава.

В первой половине XX века шли активные дискуссии о генезисе мигматитов. Немецкий геолог Эрнст Вегман развивал теорию «гранитизации», согласно которой мигматиты образуются путём метасоматического замещения твёрдых пород флюидами без полного расплавления. Советские геологи, такие как Н.А. Елисеев и Д.С. Коржинский, внесли значительный вклад в понимание роли флюидов и щелочного метасоматоза в образовании мигматитов.

К середине XX века, с развитием экспериментальной петрологии, стало ясно, что основным процессом, ведущим к образованию мигматитов, является анатексис — частичное плавление горных пород в земной коре. Современные представления базируются на комплексном подходе, учитывающем как плавление, так и метасоматоз.

Состав и строение

Мигматиты имеют характерную текстуру, называемую мигматитовой. Она проявляется в чередовании двух принципиально разных по составу и генезису компонентов:

• Палеосома (или меланосома) — тёмноцветная, реликтовая часть породы. Представляет собой остаточный метаморфический субстрат (гнейс, амфиболит, кристаллический сланец), который не подвергся плавлению. Состоит преимущественно из тёмных минералов: биотита, роговой обманки, пироксенов, граната.
• Неосома (или лейкосома) — светлая, новообразованная часть породы. Представляет собой продукт кристаллизации частичного расплава (анатектического гранита) или материал, привнесённый метасоматическими флюидами. Состоит преимущественно из кварца, полевых шпатов (калиевого полевого шпата, плагиоклаза) и небольшого количества слюды.

Минеральный состав неосомы близок к граниту: кварц (20–40%), калиевый полевой шпат (30–50%), плагиоклаз (10–30%), биотит (0–10%). Палеосома обогащена тёмноцветными минералами (до 50–70% и более).

Морфологические типы

По характеру распределения неосомы выделяют несколько морфологических типов мигматитов:

• Послойные (агматитовые) — неосома образует тонкие жилы и линзы, параллельные сланцеватости палеосомы. Наиболее распространённый тип.
• Ветвистые (артеритовые) — неосома проникает в палеосому по сети трещин и разломов, образуя сложные ветвящиеся структуры, напоминающие кровеносные сосуды.
• Очковые (порфиробластовые) — в палеосоме присутствуют крупные кристаллы (порфиробласты) полевых шпатов, окружённые каймой неосомы.
• Брекчиевидные (агматитовые) — обломки палеосомы (ксенолиты) «плавают» в массе неосомы, напоминая магматическую брекчию.
• Стрельчатые (диктионитовые) — неосома образует сеть тонких прожилков, секущих палеосому в разных направлениях.

Генезис и условия образования

Мигматиты образуются в условиях амфиболитовой и гранулитовой фаций метаморфизма при температурах 650–850 °C и давлениях 4–10 кбар (глубины 15–35 км). Основным процессом является анатексис — частичное плавление пород в присутствии флюида (воды, углекислоты).

Механизмы образования

1. Частичное плавление (анатексис). При нагреве метаморфической породы (например, гнейса) в первую очередь плавятся минералы с низкой температурой плавления — кварц и полевые шпаты. Образуется гранитный расплав (лейкосома), который отделяется от тугоплавкого остатка (палеосомы). Этот процесс называется сегрегацией расплава. Расплав может мигрировать на небольшие расстояния, внедряясь в трещины и образуя жилы неосомы.

1. Метасоматоз. В некоторых случаях образование неосомы может происходить без полного плавления, за счёт привноса щелочей (K, Na) и кремнезёма горячими флюидами. Этот процесс приводит к замещению тёмноцветных минералов светлыми (полевыми шпатами, кварцем) и называется гранитизацией. В чистом виде метасоматоз встречается редко, чаще он сопутствует анатексису.

1. Инъекция. В зонах глубинных разломов расплав может внедряться в уже существующие метаморфические породы извне, образуя инъекционные мигматиты. Однако этот механизм менее характерен для классических мигматитов, которые образуются in situ (на месте).

Факторы, влияющие на плавление

• Температура. Для начала плавления необходимо превышение температуры солидуса (начала плавления) кварц-полевошпатовой системы.
• Давление. Повышение давления увеличивает температуру плавления, но в присутствии воды снижает её.
• Наличие воды. Вода является сильным флюсом, резко снижающим температуру плавления. В сухих условиях плавление начинается при более высоких температурах.
• Состав исходной породы. Богатые плагиоклазом породы (амфиболиты) плавятся при более высоких температурах, чем богатые кварцем и калиевым полевым шпатом (гнейсы).

Классификация

Мигматиты классифицируют по нескольким признакам:

По составу палеосомы

• Мигматиты по гнейсам — наиболее распространённый тип. Палеосома представлена биотитовыми, амфиболовыми или гранатовыми гнейсами.
• Мигматиты по амфиболитам — палеосома состоит из амфиболита (роговая обманка + плагиоклаз). Неосома часто обогащена плагиоклазом (плагиогранит).
• Мигматиты по кристаллическим сланцам — палеосома представлена слюдяными, гранатовыми или силлиманитовыми сланцами.

По типу плавления

• Метаморфогенные (палингенные) — образованы за счёт частичного плавления исходной породы на месте.
• Инъекционные — образованы за счёт внедрения расплава извне.

По текстуре

• Послойные (полосчатые) — преобладают параллельные жилы неосомы.
• Ветвистые — преобладают секущие жилы.
• Очковые — наличие порфиробластов.
• Брекчиевидные — обломочная структура.

Распространение и геологическое значение

Мигматиты широко распространены в древних докембрийских щитах (Балтийский, Канадский, Украинский, Алданский), а также в ядрах складчатых горных сооружений (Урал, Кавказ, Гималаи, Альпы). Они слагают значительные объёмы нижней и средней континентальной коры.

Геологическое значение

1. Индикатор глубинного метаморфизма. Наличие мигматитов однозначно указывает на то, что породы были погружены на глубины 15–35 км и подверглись воздействию температур 650–850 °C.
2. Зона гранитообразования. Мигматиты рассматриваются как источник гранитных магм. При дальнейшем прогреве и отделении расплава от палеосомы образуются крупные гранитные батолиты. Процесс отделения расплава от остатка называется реститом.
3. Свидетельство корового утолщения. Образование мигматитов часто связано с коллизионными процессами (столкновением континентов), когда земная кора утолщается, а её нижние части испытывают плавление.
4. Рудоносность. С мигматитами могут быть связаны месторождения редких металлов (Li, Be, Nb, Ta) и урана, которые концентрируются в гранитных расплавах в процессе анатексиса.

Методы изучения

Для изучения мигматитов применяются методы петрологии, геохимии и геохронологии:

• Петрографический анализ — изучение шлифов под микроскопом для определения минерального состава, структуры и текстурных взаимоотношений.
• Геохимический анализ — определение содержания главных и редких элементов для выяснения источника расплава и степени плавления.
• Изотопная геохронология (U-Pb, Rb-Sr, Sm-Nd) — датирование цирконов и других минералов из неосомы и палеосомы для определения возраста метаморфизма и плавления.
• Экспериментальное моделирование — воспроизведение условий плавления в лаборатории для определения P-T-условий образования мигматитов.

Интересные факты

• Мигматиты часто имеют живописный, «мраморный» рисунок, обусловленный чередованием светлых и тёмных полос, что делает их декоративным камнем. Однако их использование в строительстве ограничено из-за неоднородности и трещиноватости.
• В некоторых мигматитах можно наблюдать «теневые» структуры, где палеосома сохраняет реликты первичной слоистости или складчатости исходной осадочной породы.
• Процесс отделения расплава от палеосомы в мигматитах является ключевым для понимания дифференциации континентальной коры: из неё «выжимается» гранитный материал, а остаётся тугоплавкий рестит (эклогит, гранулит).

Источники

1. Седерхольм Я. О мигматитах и связанных с ними породах. — 1907.
2. Коржинский Д.С. Гранитизация как метасоматический процесс. — Известия АН СССР, серия геологическая, 1952.
3. Елисеев Н.А. Метаморфизм. — М.: Недра, 1963.
4. Петрология магматических и метаморфических пород / Под ред. В.С. Попова. — М.: Недра, 1985.
5. Johannes W., Holtz F. Petrogenesis and Experimental Petrology of Granitic Rocks. — Springer, 1996.
6. Sawyer E.W. Atlas of Migmatites. — Canadian Mineralogist, Special Publication 9, 2008.
7. Brown M. Granite: From genesis to emplacement. — Geological Society of America Bulletin, 2013.