Аннотация результатов, полученных в 2014 году
Петрологическое исследование взаимоотношений между интрузивными гранитоидами и метапелитами в нескольких районах Южной Краевой Зоны гранулитового комплекса Лимпопо (ЮАР) продемонстрировало геодинамические, термальные и флюидные эффекты воздействия гранитоидных магм на регрессивной стадии гранулитового метаморфизма в процессе надвига комплекса на породы кратона Каапвааль. Геодинамические эффекты восстановлены посредством реконструкции Р-Т-t трендов эволюции метапелитовых блоков, в том числе ксенолитов, контактирующих с гранитоидами. Эти тренды отражают процесс эксгумации гранулитов, вызванный внедрением гранитоидной магмы, с глубин порядка 23-25 км (7.5-8.5 кбар) до глубин 18-20 км (6.3-6.5 кбар) и их прогрев до температур более 900ОС. Температуры магм, до 1000oС, восстановлены на основе детального изучения минералогии включений в гранатах и антипертитовых структур распада в плагиоклазах в гранитоидах. Термальное воздействие этих магм создало локальные зоны высокотемпературного метаморфизма и частичного плавления в виде крупнозернистых ортопироксен-гранат-кварц-плагиоклаз-калишпатовых анклавов и Mg-Al гранулитов (кордиерит-шпинель-силлиманит-ортопироксен). Последующее остывание магм происходило субизобарически, и это процесс также выражался во вмещающих породах в образовании ассоциаций ортопироксен-силлиманит, гранат-силлиманит-кварц по кордиериту и плагиоклазу. Специальные исследования с использованием микрозонда Jeol JXA-8230 Superprobe в зональности гранатов метапелитов и анклавов по распределению Ca, Y, Sc, P, Cr позволили выделить последовательные стадии частичного плавления от перитектического появления граната при инконгруэнтном плавлении биотита и кордиерита до роста позднего граната при субизобарическом остывании. Ассимиляция гранитоидных магм материалом метапелитов провоцировала кристаллизацию в нем последовательных генераций гранатов, включения в которых отражают как ход остывания и кристаллизации магмы от ~ 900OC до ~600OC, так и неравномерное насыщение расплава «метапелитовыми» компонентами, прежде всего MgO, FeO, Al2O3. Исследования флюидных включений и минеральных ассоциаций гранитоидов показали, что гранитоидные магмы сопровождаются углекислыми и водно-солевыми флюидами с активностью воды < 0.3, пропорции и распределение в магме которых, однако, различны. Входе взаимодействия магм со вмещающими богатыми сульфидами метапелитами углекислые флюиды могли восстанавливаться до графита, а водно-солевые флюиды в ходе остывания магмы провоцировали образование ассоциации Na-жедрит + биотит + силлиманит (кианит) + кварц ± ставролит ± плагиоклаз по кордиериту в метапелитах при 630-570OC и 6.3-6.5 кбар. Итак, полученные петрологические данные продемонстрировали, что горячие гранитоидные (в частности, трондьемитовые) расплавы играли ключевую роль в эксгумации гранулитов Лимпопо на кратон, переносили тепло из нижней коры и транспортировали большие объемы флюидов, взаимодействовавших с гранулитами. Некоторые из указанных выше эффектов воздействия гранитоидных магм на гранулиты смоделированы экспериментально и термодинамически с использованием методов минимизации энергии Гиббса (метод «псевдосекций») с использованием программного комплекса PERPLE_X. Экспериментами по плавлению ортопироксен-кордиерит-биотит-плагиоклаз-кварцевого метапелита без флюида при 8 кбар и 800-950ОС и при 6 кбар и 800-850OC с флюидами H2O-CO2-KCl и H2O-CO2-NaCl продемонстрирована возможность парциального плавления этих пород при Р-Т параметрах, установленных на основе петрологических исследований. Впервые экспериментально получены ассоциации Na-содержащего жедрита, характерные для метапелитов Южной Краевой Зона комплекса Лимпопо, что доказало возможность «регидратации» метапелитов при участии водно-углекислых флюидов с относительно невысокими концентрациями солей (NaCl, KCl) уже при температурах более 800ОС. Установлено, что в ходе плавления метапелитов возникают небольшие порции гранитных расплавов пересыщенных Al2O3 с K2O/Na2O = 1.2-1.4, MgO/(MgO+FeO) = 0.64-0.76, MALI = 4.7-5.5. Сравнение составов расплавов, полученных в экспериментах по плавлению метапелита, с составами гранитоидов Южной Краевой зоны комплекса Лимпопо показало, что эти метапелиты вряд ли могли быть источником гранитоидов, формирующих крупные интрузии, а лишь для локальных по объему порций гранитного расплава. Проведены эксперименты по взаимодействию указанного метапелита с гранитными расплавами различного состава при давлении 8 кбар и температурах 900 и 950ОС, результаты которых находятся в стадии аналитической обработки. С целью моделирования метасоматических явлений в биотит-амфиболовых тоналитовых гнейсах в контактах с флюидонасыщенными гранитоидными интрузиями проведены эксперименты при 5.5 кбар и 750ОС по взаимодействию гнейса с модельным расплавом NaAlSi3O8+H2O+CO2+KCl c разными концентрациями соли. Они продемонстрировали, что такие тоналитовые гнейсы, проработанные водно-углекисло-солевыми флюидами, могут быть источником железистых калиевых гранитоидов (подобных гранитоидам типа А), каковыми в комплексе Лимпопо являются монцограниты крупного полифазного интрузива Маток. Проведено петрологическое изучение ряда образцов амфиболитов и гранат-двуслюдяных сланцев из зеленокаменных поясов, контактирующих с гранулитовым комплексом Лимпопо, которое позволило выявить проградную, так и ретроградную Р-Т истории, свидетельствующие о погружении пород на глубины порядка 13-15 км. (4.5 – 5 кбар) и достижении температур порядка 600-630ОС. На основе петрологических данных, обработки литературных данных по плавлению амфиболитов и других типов основных пород и моделирования минеральных ассоциаций пород зеленокаменных поясов с помощью программного комплекса PERPLE_X проведены эксперименты по плавлению амфиболита, пелита и их смеси 50:50 мас. % при давлении 10 кбар и температурах 850 и 900ОС. Результаты экспериментов находятся в стадии аналитической обработки. В сентябре 2014 г. были проведены полевые работы в пределах Южной Краевой и Центральной зон гранулитового комплекса Лимпопо (ЮАР) и прилегающих зеленокаменных поясов кратона Каапвааль в ходе которых были отобраны образцы как для петрологического изучения, так и для экспериментального моделирования в 2015 году. Были начаты некоторые исследования, которые по плану проекта были намечены на этапы 2015 и 2016 годов. Они включают петрологическое изучение взаимоотношений чарно-эндербитовых интрузий с метапелитами в районе Колвица-Умба в Лапландском гранулитовом комплексе и геодинамическое численное моделирование конвергенции блоков континентальной литосферы, имеющих размеры и строение кратонов Зимбабве и Капвааль, с целью воспроизведения взаимоотношений коллизионного метаморфизма и гранитообразования на границах гранулитовый комплекс – кратон. Проведенные в 2014 году исследования полностью следовали заявленному плану, по всем заявленным пунктам проведены исследовательские работы, в которых участвовали все члены научной группы. Результаты исследований в 2014 году, освещающие вопросы роли флюидов и метасоматических процессов в эволюции гранулитов и воздействовавших на них гранитоидных магм, хорошо согласуются с имеющимися петрологическими, геохимическими, геохронологическими данными. Результаты работы опубликованы в 5 статьях в журналах, индексируемых в базах данных РИНЦ, Scopus и Web of Science (Precambrian Research, Contribution to Mineralogy and Petrology, South African Journal of Geology) и доложены на международных конференциях (Precambrian Mobile Belts, Petrozavodsk; IMA-2014, Johannesburg).

Аннотация результатов, полученных в 2015 году
Петрологические исследования гранитоидов в Южной Краевой Зоне гранулитового комплекса Лимпопо (ЮАР) продемонстрировали, что гранат, силлиманит, рутил и графит в этих породах являются продуктами взаимодействия высокотемпературных (до 1000ОС) синметаморфических гранитных (трондьемитовых) магм с вмещающими метапелитами при давлениях 7.5-8.5 кбар. В отношении граната, этот процесс был воспроизведен в экспериментах по взаимодействию ортопироксен-кордиерит-биотитового метапелита с тоналитовым расплавом при 8 кбар и 950ОС. Исследования флюидных включений в минералах гранитоидов показали, что углекислый компонент доминировал в составе этой флюидной фазы, а изотопный анализ графита из гранитоидов демонстрирует (-delta13С = 6.52 до 8.65 O/OO), что он и сами магмы имеют глубинное происхождение и не связан с окружающими гранулитами. Графит в гранитоидах, вероятно, возникал в ходе преобразования магматических флюидов в ходе ассимиляции сульфид содержащих гранулитов. Наряду с углекислой составляющей гранитоиды несли водно-солевой и водный флюиды, состав которых широко варьировал, особенно в поздних фазах внедрения и на стадии остывания интрузий. Это было показано на примере флюидных включений в монцогранитах комплекса Маток (Лимпопо). Водно-солевые флюиды активно взаимодействовали с метапелитовыми гранулитами, формируя ассоциации, включающие биотит, Na-содержащий жедрит, гранат, плагиоклаз. Некоторые из этих ассоциаций получены в экспериментах по взаимодействию метапелита с флюидами H2O, H2O-CO2, H2O-CO2-NaCl, H2O-CO2-KCl и H2O-CO2-NaCl-CaCl2 при 5.7 – 6.0 кбар и 800 и 850OC. Аналогичные взаимоотношения минералов (граната, силлиманита, рутила, графита) были выявлены в плагиогранитоидах Центральной Зоны Лапландского гранулитового комплекса, интрузии которых в метапелитах формировались при давлениях 8-9 кбар в ходе тектоно-термального события М2. Сравнительное изучения интрузивных гранитоидов, с одной стороны, и продуктов дегидратационного плавления метапелитов, с другой, в породах Южной Краевой Зоны комплекса Лимпопо указало на ряд критериев, позволяющих разделить инъекционные и in situ гранитоиды. Инъекционные гранитоиды имеют тоналитовый или трондьемитовый состав, который невозможно получить при плавлении биотитсодержащего метапелитового субстрата. Флюиды, сопровождающие инъекционные гранитоиды, имеют сложный водно-углекисло-солевой состав, активности воды, оцененные из минеральных равновесий, не превосходят 0.5. Гранаты инъекционных гранитоидов содержат низкие концентрации Sc, Y, P, Cr и незональны или слабозональны в отношении этих элементов. В отличие от инъекционных гранитоидов, гранитоиды, возникшие в ходе дегидратационного плавления метапелитов, обогащены калишпатовой составляющей, отражающей высокое содержание биотита в субстрате. Активности воды, оцененные из минеральных равновесий в мезосоме, превосходят 0.8, указывая на водный состав флюида, локально возникшего в ходе дегидратации. При этом сама лейкосома характеризуется пониженными активностями воды. Гранаты продуктов дегидратационного плавления содержат повышенные концентрации Sc, Y, P, Cr и часто зональны в отношении этих элементов, что связано равновесием перитектических гранатов с малыми объемами равновесного гранитного расплава. Проведена серия экспериментов по плавлению гранат-двуслюдяных метапелитов, тоналитовых гнейсов, амфиболитов из зеленокаменных поясов, контактирующих с комплексом Лимпопо, с участием водно-углекисло-солевых флюидов и без участия флюидов. Сопоставление результатов этих экспериментов с составами некоторых гранитоидов в Южной Краевой Зоне комплекса Лимпопо позволило сделать выводы о возможных источниках этих гранитоидов. Например, для монцогранитов интрузива Маток, прорывающего Южную Краевую Зону комплекса Лимпопо, показано, что их состав соответствует расплавам, возникшим в метасоматизированном тоналитовом субстрате, что подтверждается особенностями геохимии этих пород. Двухмерное численное петролого-термомеханическое моделирование процессов коллизии континентальных трехслойных плит мощность 30 км при конвергенции со скоростями от 2 до 10 см/год позволила разработать первый вариант модели образования ультрагорячих (ultra-hot) орогенов – одного из важнейших типов докембрийской континентальной коры. Модель включает деламинацию и «откат» литосферы и нижней коры субдуцирующей плиты, подъем горячей астеносферы и ее декомпрессионное плавление, ведущее к образованию ювенильной нижней коры в виде нового метабазитового слоя. Условия ультравысокотемпературного гранулитового метаморфизма (800-900ОС) в основании новообразованного орогена на глубинах 25-30 км. создают возможность парциального плавления (гранитообразования) как метаосадков и блоков средней коры, так и метабазитов основания коры. Проведенные в 2015 году исследования полностью следовали заявленному плану, по всем пунктам проведены исследовательские работы, в которых участвовали все члены научной группы. Результаты исследований в 2015 году являются закономерным продолжением исследований 2014 года и хорошо согласуются с имеющимися петрологическими, геохимическими, геохронологическими данными. Результаты работы за 2014-2015 года изложены в 8 статьях в журналах, индексируемых РИНЦ, Scopus и Web of Science (Precambrian Research, Contribution to Mineralogy and Petrology, Journal of Petrology, South African Journal of Geology, Петрология) и доложены на международных конференциях (Precambrian Mobile Belts, Petrozavodsk; IMA-2014, Johannesburg; Hutton Symposium on Granites and Related Rocks, Florianapolis).

Аннотация результатов, полученных в 2016 году
В соответствии с заявленным планом в ходе выполнения проекта в 2016 году были проведены следующие работы и получены следующие результаты. 1. Продолжены исследования синметаморфических плагиогранитоидов (1.917-1.909 млрд. лет) и основных ксенолитов в них из р-на р. Лотта Центральной Зоны Лапландского гранулитового комплекса. Получены новые термобарометрические данные, изучены флюидные включения и изотопные характеристики углерода графита и флюидных включений, которые подтвердили, что образование гранитоидных магм происходило на глубинах 25-30 км. при температурах 840-860ОС в ходе плавления высокоглиноземистых метапелитов комплекса на пике метаморфизма тектоно-термальной стадии М2 в Лапландском поясе. Магмы несли углекислый и водно-солевой флюиды, источник которого, согласно значениям d13C флюидных включений, также был связан с метаосадочными породами комплекса. На примере ортопироксен-клинопироксен-плагиоклаз-кварцевыми гранулитов из ксенолитов в плагиогранитоидах, показано, что взаимодействие этих флюидов с основными породами Лапландского комплекса при подъеме и остывании магм на глубины менее 20 км. приводило к их активной амфиболизации при температурах 750-780°С. 2. Проведено сопоставление петрологических данных по трондьемитам Южной Краевой Зоны (ЮКЗ) комплекса Лимпопо, изученных в 2014-2016 годах, и плагиогранитов Лапландского комплекса. Оно показало различные источники близких по составу, минералогии и даже тектоническому положению в гранулитовых комплексах гранитоидов и флюидов, ассоциирующихся с ними. Трондьемиты комплекса Лимпопо формировались в горячем источнике, несвязанном с гранулитами (вероятнее всего, карбонатсодержащие метабазиты зеленокаменных поясов в подножии гранулитового комплекса), при температурах более 900°С (возможно до 1000°С) и характеризовались резким доминированием CO2 во флюидной фазе. Инъекции этих магм в гранулитовый комплекс вызывали различные термальные эффекты во вмещающих породах. Плагиограниты Лапландского комплекса и ассоциирующиеся с ними флюиды формировались внутри самого комплекса при Р-Т параметрах, сопоставимых с условиями пика гранулитового метаморфизма комплекса. Поднимаясь на более высокие уровни в гранулитовом комплексе эти граниты могли производить лишь флюидные эффекты на вмещающие породы. 3. Продолжено изучение петрологии ксенолитов метапелитов в плутоне Булаи в Центральной Зоне гранулитового комплекса Лимпопо (ЮАР). На их примере еще раз продемонстрированы термальные эффекты гранитных интрузий на породы гранулитовых комплексов. На основе выделения различных генераций граната, кордиерита и биотита выявлено, что ксенолиты испытали на разогрев на 50-70°С (относительно температур вмещающих пород) при давлениях 5.5-6.0 кбар. В совокупности с данными по трондьемитовым интрузиям Южной Краевой Зоне гранулитового комплекса Лимпопо, полученным в 2014-2015 годах, новые данные дают общую картину процессов взаимодействия гранитных магм с породами гранулитовых комплексов. 4. Проведены эксперименты по реакциям восстановления водно-углекислого флюидов до графита в гранитном расплаве с участием пирита и пирротина, основанные на наблюдениях графита в гранитоидах гранулитовых комплексов Лимпопо и Лапландии. На основе изучения продуктов опытов с помощью микрозонда и раманосвкой спектроскопии закаленных стекол подтверждена модель, согласно которой образование графита в гранитоидах происходило в процессе восстановления углерода из CO2-содержащего флюида при ассимиляции гранитными магмами сульфидов (пирротина) вмещающих пород (метапелитов) по реакции пирротин + CO2 = графит + 2[FeO] + 2пирит, где FeO – компонент силикатов. 5. Завершены эксперименты по дегидратационному плавлению амфиболита и гранат-двуслюдяного сланца - представительных пород зеленокаменных поясов, контактирующих с ЮКЗ комплекса Лимпопо, при давлениях 10 и 6 кбар и температурах 700-950°С. Определены перитектические реакции плавления, определены примерные температуры солидусов пород и исследованы составы образующихся расплавов. Сопоставление составов расплавов в экспериментах с составами гранитоидов в Южной Краевой Зоны (ЮКЗ) комплекса Лимпопо показало, что амфиболиты являются наиболее подходящим субстратом для выплавления горячих (>900°С) тоналит-трондьемитовых магм, формирующих интрузии в ЮКЗ. Смешение этих расплавов с калиевыми гранитными расплавами из пелитового источника может объяснить вариации составов гранитоидов в ЮКЗ. Итак, эксперименты продемонстрировали возможные схемы развития гранитного магматизма, связанного с плавлением пород зеленокаменных поясов в подножии гранулитового комплексов, от тоналит-трондьемитовых до калиевых гранитных магм. 6. По результатам численного петролого-термомеханического моделирования с использованием суперкомпьтера разработана принципиально новая модель модель ультрагорячего орогенеза в докембрии, основанная на коллизии континентальных прото-плит. Модель связывает воедино деламинацию и откат субдуцирующей литосферной мантии, подъем и плавление астеносферной мантии, ультравысокотемпературный метаморфизм и анатексис в нижней коре и формирование структур, похожих на зеленокаменные пояса (вулканогенно-осадочные комплексы с гранитоидами) в верхней части коры. Результаты численного моделирования показали взаимосвязь различных типов орогенов (ультрагорячих, горячих, холодных) между собой и продемонстрировали, что все эти типы орогенов могли возникать в докембрии в зависимости от вещественной и тепловой структур сталкивающихся континентальных блоков.