Abstract

Ideas since the time of Lyell (1830) on distances of movement of matter during regional metamorphism are reviewed, and it is concluded that the problem and its implications remain not fully resolved. An attempt at systematic investigation is then made by the micro-analysis of minerals and mineral groupings that appear to be particularly suitable for the purpose. The electron-microprobe analyzer is applied to determine variations in the incidence of major and trace elements in populations of like mineral grains constituting well-preserved contiguous fine beds and foliae in nine samples of metasedimentary materials from exhalative ore environments that have undergone high-grade (sillimanite) regional metamorphism. In all cases, chemical equilibrium has not been attained over distances down to small fractions of a millimeter. Given the high grades of metamorphism involved and the long times available for equilibration, it is concluded that movement of matter required to establish such equilibrium during metamorphism has been restricted to such distances, and hence to those no greater than present grain-size. It follows from this that each grain of a metamorphic mineral occupying a given domain now must have arisen from material that occupied that domain prior to metamorphism, i.e., in these cases, regional metamorphism has been isochemical. Further, evidence is presented indicating that this has not occurred through reactions among the components of ultrafine mixtures occupying such domains, but through transformation of a single material in each case. From this it is proposed that, rather than reflecting similar processes operating in different parts of a temperature–pressure spectrum, contact and regional metamorphism are dominated by two distinctly different processes of metamorphic mineral formation: chemical reaction (as long recognized) the dominant process of contact metamorphic–metasomatic mineral formation, solid–solid transformation the dominant process in regional metamorphism. On this basis, it is suggested that some present problems in regional metamorphic petrology stem from the current assumption that the dominant processes of regional metamorphism are analogous to those of contact metamorphism, where in fact they are substantially different. Clearly, extrapolation from nine samples to generality invites and requires extensive testing. It is therefore further proposed that studies of finely bedded exhalative metasediments (with their commonly sharp between-bed compositional contrasts), of the extensive mineral assemblages of many regionally metamorphosed exhalative ore deposits (especially VMS deposits and their environments), and of the exhalative metasedimentary milieu generally, may well constitute an important field for future investigation in regional metamorphic petrology.

Abstract

Les opinions à propos de la distance de transfert de la matière au cours du métamorphisme régional depuis le temps de Lyell (1830) sont passées sous revue; il appert que le problème et ses implications ne sont toujours pas résolus avec satisfaction. Un effort est fait ici pour documenter de façon systématique la composition de minéraux et de groupes de minéraux appropriés pour atteindre ce but. La microsonde électronique est idéale pour déterminer les variations en teneurs d’éléments majeurs et en traces dans les grains de certains minéraux constituant des niveaux contigus bien préservés dans neuf échantillons de matériaux métasédimentaires de milieux minéralisés exhalatifs ayant subi une recristallisation à un degré de métamorphisme régional élevé (sillimanite). Dans tous les cas, l’équilibre chimique n’a pas été atteint sur des distances aussi petites qu’une fraction d’un millimètre. Vus le degré élevé de métamorphisme et l’intervalle de temps disponible pour l’équilibrage, il semble clair que le mouvement de matière requis pour établir un équilibre au cours de l’épisode de métamorphisme a été limité à de telles distances, tout-à-fait comparables à la granulométrie actuelle des roches. Il s’en suit que chaque grain d’un minéral métamorphique occupant un domaine quelconque doit avoir été dérivé de matériaux présents dans le même domaine avant le métamorphisme. C’est donc dire que dans ces cas, le métamorphisme a été isochimique. De plus, cette recristallisation n’aurait pas eu lieu par réactions parmi les composants de mélanges à granulométrie ultrafine présents dans ces domaines, mais plutôt par transformation d’un seul matériau dans chaque cas. A partir de cette constatation, il semble clair que plutôt que d’être des réflexions de processus semblables opérant dans différentes parties d’un spectre de température–pression, le métamorphisme de contact et le métamor-phisme régional seraient régis par deux processus distincts de formation de minéraux métamorphiques: réaction chimique dans le cas de formation de métamorphisme de contact, avec métasomatose, et transformation solide–solide comme processus dominant dans un métamorphisme régional. Certains problèmes soulevés dans l’étude pétrologique du métamorphisme régional découlent de l’hypothèse inappropriée que le métamorphisme régional et le métamorphisme de contact résultent des mêmes processus. Il est évident qu’une extrapolation à partir de neuf échantillons invite et requiert un essai de validation rigoureux. Les métasédiments exhalatifs finement lités, avec leurs contrastes compositionnels inter-lits marqués, les assemblages répandus de minéraux méta-morphiques développés à leurs dépens, espécialement auprès des gisements VMS et de leurs milieux, et les milieux exhalatifs en général, pourraient bien s’avérer des sujets propices d’investigations futures en pétrologie métamorphique régionale.

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