Факторы и типы метаморфизма

Метаморфизмом называется преобразование горных пород под воздействием внутренних (эндогенных) процессов, вызывающих изменение физико-химических условий в земной коре. В изучении метаморфизма в настоящее время наиболее четко обозначены два направления современной петрологии: традиционное описание природных метаморфических ассоциаций [1,3,6] и экспериментальное воссоздание подобных пород [4]. Метаморфические изменения приводят к частичному или полному минеральному и структурно-текстурному приспособлению пород к новым условиям, причем этот процесс протекает с сохранением твердого состояния системы. Метаморфические минеральные ассоциации определенных физико-химических условий называются парагенетическими.

3.1.1 Факторы метаморфизма

Главными факторами метаморфизма являются температура, давление и химически активные вещества – растворы и газы. Метаморфические процессы могут происходить изохимически, т.е. без существенного изменения исходного химического состава породы (например, региональный метаморфизм) или со значительным изменением первоначального субстрата (метасоматоз). Изменениям подвергаются породы любого состава и генезиса – магматические, осадочные или уже ранее метаморфизованные. Степень интенсивности метаморфических процессов позволяет наблюдать постепенные переходы от слабо измененных пород до глубоко преобразованных разностей.

Температура Предполагают, что главными источниками тепла в земной коре являются энергия радиоактивного распада, тепло глубинных ювенильных растворов, тепло магматических интрузий и тектонических процессов, экзотермический эффект некоторых химических реакций, сопровождающих процессы метаморфизма и ряд других факторов. Все это тепло представляет собой энергию земного шара, которая проявляется в виде геотермического градиента. Геотермический градиент характеризует изменение температуры в градусах с увеличением глубины в километрах. В различных геотектонических зонах значения градиента различны. В областях древних щитов и платформ величины градиента соответствуют 10 – 30 град/км; в молодых складчатых поясах – 50 – 80 и даже 100 град/км.

Температурный интервал, в пределах которого происходят типичные метаморфические преобразования, заключен примерно между 300 – 400° С и 900 – 1000° С. Ниже 300° С метаморфические процессы протекают крайне медленно. Верхний предел метаморфизма ограничен температурой начала плавления горных пород и соответствует условиям магмогенерации.

В условиях повышения температурного режима происходят процессы дегидратации гидроксилсодержащих минералов и разложение карбонатов (декарбонатизация).

Примером дегидратации является реакция превращения каолина в андалузит:

Al₄[Si₄O₁₀]´(OH)₈ ®2Al₂O[SiO]₄ + 4H₂O + 2SiO₂

Примером декарбонатизации может служить переход кальцита в волластонит:

СаСО₃ + 3SiO₂ ® CaSiO₃ + CO₂

Повышение температуры ведет к образованию высокотемпературных, безводных минералов и сопровождается изменением структур пород в направлении появления более крупнозернистых разностей.

Давление Различают всестороннее давление (гидростатическое) и направленное давление (стресс).

Гидростатическое давление определяется действием нагрузки вышележащих толщ. Величина его возрастает в зависимости от удельного веса пород в среднем на 270 атм на каждый километр погружения, что позволяет предполагать на глубине 10 км давление, равное 2700 атм, на глубине 20 км - 5400 атм, на глубинах порядка 50 км ( нижняя граница земной коры) - 13000 атм. Однако, экспериментальным путем установлено, что на глубине 50 км давление может достигать 25000 атм. Дополнительное давление могут вызвать «тектонические перегрузки», а так же давлений паров воды (Рн₂о) и углекислоты (Рсо₂), которые выделяются при дегидратации и декарбонатизации минералов. Увеличение гидростатического давления способствует образованию минералов с более плотной структурой, увеличению их удельного веса и повышению температуры плавления. В условиях высокого гидростатического давления формируются породы с однородной массивной текстурой.

Направленное давление (стресс) вызывается тектоническими причинами. Его величина зависит от интенсивности тектонических процессов, трудно поддается учету и оценивается по степени преобразования породы. Действие направленного давления с глубиной ослабевает и на глубинах свыше 10 км оно не проявляется. Стресс увеличивает растворимость минералов, вызывает дробление породы. В условиях стресса образуются специфические текстуры с характерной закономерной ориентировки минералов. Возникающая таким образом специфическая сланцеватая текстура весьма существенный признак для обширной группы метаморфических пород, получивших название «сланцы».

Химически активные вещества К химически активным веществам в первую очередь относятся вода и углекислота, которые находятся в виде «поровых» или «межзерновых» метаморфогенных растворов и газов. Кроме этого существенную роль при метаморфизме могут играть соединения водорода, азота, хлора, фтора, серы, бора, фосфора, калия, натрия и других элементов. Средние содержания наиболее распространенных компонентов поровых растворов (в молярных долях) характеризуются следующими данными (%):

Н₂О=84,4; СО₂=10,1; Н₂S=1,9; НF=1,8; НС1=1,4; N₂=0,4.

Источниками воды при метаморфизме могут быть глубинные вещества мантии, остаточные магматические расплавы, процессы дегидратации минералов, остаточная влага, возникающая при уплотнении осадочных пород.

Углекислота образуется как продукт декарбонатизации минералов, а так же при дегазации магматических очагов.

Все остальные химические вещества либо мобилизуются из боковых пород, либо поступают из магматических очагов и мантии.

Перемещаясь из областей высоких давлений в зоны низких давлений (обычно снизу вверх), метаморфические растворы переносят активные химические компоненты, тепловую энергию и активно участвуют в преобразовании боковых пород. В безводных «сухих системах» преобразования практически не происходят, либо идут крайне медленно.

3.1.2 Типы метаморфизмы

С учетом господствующих факторов преобразования горных пород выделяют катакластический, контактово-термальный, метасоматический и региональный типы метаморфизма.

Катакластический метаморфизм (динамометаморфизм, дислокационный метаморфизм) возникает в узких зонах разрывных нарушений и вызывается относительно кратковременным действием направленного давления (стресса). Если этот процесс происходит без заметного участия температурного фактора, то происходит только механическое разрушение (катаклаз, деструкция) породы. Если стресс не превышает предельной прочности минералов, то наблюдается возникновение двуосности в кварце и кальците, появление волнистого погасания в кварце и др. Если же стресс превышает пределы прочности минералов, то образуются плоскости и двойники скольжения, дробятся более хрупкие минералы, затем менее хрупкие и, наконец, породы перетираются. При повышении температуры в катаклазированной породе могут развиваться низкотемпературные минеральные парагенезисы — серицит по плагиоклазам, хлорит и тальк по железисто-магнезиальным силикатам и др. По степени раздробленности среди продуктов катакластического метаморфизма выделяют тектонические брекчии, катаклазиты, милониты.

Контактово-термальный метаморфизм проявляется во внешних экзоконтактовых ореолах интрузивов под воздействием тепла, излучаемого остывающим магматическим расплавом при относительно низких давлениях без существенного привноса и выноса вещества, т. е. носит изохимический характер. Температурный интервал, в пределах которого происходит типичный контактовый метаморфизм 300–1000° С. В пределах ореола контактового изменения пород выделяются зоны термального метаморфизма – от наиболее высокотемпературной, в непосредственном контакте с интрузивом, к все более низкотемпературным – по мере удаления от него. Среди продуктов контактово-термального метаморфизма образуются различного рода сланцы, роговики, кристаллические известняки и др.

Метасоматоз — процесс, при котором происходит привнос одних компонентов и вынос других. Главными агентами метасоматоза являются обильные термальные растворы, содержащие хлориды щелочных металлов, галоиды, серу, фтор, бор и др.

В зависимости от химического характера процесса выделяют несколько типов метасоматоза:

1) щелочной, сопровождающийся обогащением силикатной породы альбитом или натриево-калиевым полевым шпатом;

2) кальциевый, который сопровождается привносом кальция;

3) железомагнезиальный, характеризующийся привносом железа и магния и образованием железо-магнезиальных минералов;

4) метасоматоз с привносом Si, Sn, В, Li, С1, F, S, приводящий к появлению касситерита, турмалина, топаза, флюорита и др

С метасоматитами генетически связано большое число важнейших промышленных месторождений полиметаллов, олова, вольфрама, молибдена, золота, меди и других полезных ископаемых.

Региональный (динамотермальный) метаморфизм проявляется на обширных территориях в пределах подвижных поясов земной коры вне видимой связи с интрузиями. Главной причиной регионального метаморфизма следует считать глобальные тектонические движения. В зависимости от направленности процесса региональный метаморфизм может носить прогрессивный или регрессивный характер, превращаясь в особых условиях в ультраметаморфизм.

Прогрессивный характер процессов минералообразования наиболее типичен для регионального метаморфизма, он направлен на появление все более высокотемпературных минеральных парагенезисов. Представителями продуктов прогрессивного регионального метаморфизма являются сланцы, кварциты, мраморы, амфиболиты, гнейсы, гранулиты, эклогиты и др.

Регрессивный метаморфизм (диафторез)характеризуется замещением высокотемпературных минеральных парагенезисов – низкотемпературными. Возникающие в этом случае продукты метаморфизма называются диафторитами. Причиной диафтореза являются тектонические движения, вследствие которых высокотемпературные, высокобарические породы попадают в условия относительно пониженных температур и давлений.

ультраметаморфизм проявляется при определенных физико-химических условиях и включает следующие весьма специфические процессы:

- мигматизация — процесс образования смешанных пород (мигматитов), состоящих из жилообразных, линзообразных и других обособлений кварц-полевошпатового материала, заключенного в метаморфизованной породе – субстрате вблизи гранитных плутонов;

- анатексис — частичное, избирательное выплавление из метаморфических пород низкотемпературного кварц-полевошпатового расплава (гранитной эвтектики);

- палингенез (или реоморфизм) — полное переплавление пород субстрата, приводящее к возрождению гранитной магмы;

- гранитизация — процесс химического и минерального изменения пород любого состава с превращением их в граниты, это — типично метасоматический процесс, сопровождающийся привносом в метаморфические породы К, Na, Si и выносом Са, Мg, Fе при условии твердого состояния породы без прохождения ее через магматическую стадию.

Поиск по сайту: