ИЗУЧЕНИЕ МЕТАМОРФИЧЕСКИХ ГОРНЫХ ПОРОД

Цель: изучение минерального состава и структурно-текстурных особенностей метаморфических горных пород.

Под метаморфизмом понимают изменение уже существующих пород – магматических и осадочных, при котором образуются новые породы с новыми минеральным составом, особой структурой и текстурой. Породы испытавшие слабый метаморфизм, имеют сложный минеральный состав. В таких породах можно встретить и первичные минералы, и минералы, возникшие во время метаморфизма. При полном, глубоком метаморфизме химические элементы реорганизуются в очень малое количество минералов (от 2 до 6) и минеральные ассоциации становятся простыми.

При метаморфизме химический состав пород обычно мало меняется, и , следовательно, минеральные, структурные и текстурные изменения обусловлены физическими условиями во время перекристаллизации.

Преобразования, происходящие при метаморфизме, могут быть физические и химические. Хотя они происходят одновременно, их можно рассматривать раздельно.

Физические. Это разрушение зерен, перекристаллизация, взаимное прорастание зерен, увеличение размера зерен, параллельная ориентировка удлиненных или плоских зерен. Конечная структура определяется характером первичного материала, типом происходившего метаморфического процесса и его интенсивностью.

Химические. К этим преобразованиям относятся формирование новых минеральных ассоциации либо путем перекристаллизации уже существующего материала, либо путем привноса или удаления некоторых химических веществ, которые перемещают в виде ионов вместе с газами или жидкостями. При этом может измениться даже химический состав минералов.

Метаморфические и метасоматические породы образуются при действии давления, температуры, растворов и газов на магматические и осадочные породы. Типы метаморфизма: региональный, контактово-термальный, катакластический. Региональный метаморфизм развивается на больших площадях, контактовый и катакластический метаморфизм имеет локальное распространение и приурочен к контакту с магматическими телами или разломами. Метасоматоз – процесс воздействия гидротермальных растворов на горные породы, в результате чего меняется химических и минеральный состав пород. Метасоматоз может происходить на контакте интрузивного тела с вмещающими породами или в самом интрузивном теле. На контакте кислых и средних интрузивов с известняками и доломитами образуются скарны, а в апикальных частях гранитоидов – грейзены. Метаморфические и метасоматические процессы изменяют не только вещественный состав пород, но и их строение.

Причины метаморфизма

Непосредственными причинами, вызывающими метаморфизм, являются давление, высокая температураициркуляция высокотемпературных газовыхиводных растворов (флюидов).

Давление представляет собой либо вертикальную нагрузку, обусловленную весом вышележащих пород, либо гидростатическое давление растворов, находящихся между зернами, которое увеличивается с глубиной. Еще одно давление – ориентированное, связанное тектоническими давлениями.

Тепло может быть общим теплом Земли, либо локальным теплом, вызванным трением, либо теплом магматических интрузии.

Активные растворы включают в себя горячие газы, особенно водяной пар и углекислый газ, и горячие растворы с ионами натрия, кальция фтора, бора, серы.

Метаморфизм всегда связан с магматической или тектонической деятельностью. В верхних частях земной коры он проявляется в результате интрузивной деятельности и происходит на ограниченных участках земной коры (локальный, контактовый метаморфизм). В более глубоких зонах вызывается повышенным давлением, тектоническими движениями и охватывает большие площади (региональный метаморфизм).

Контактовый метаморфизм связан, в основном с воздействием на вмещающие породы внедряющихся магматических масс (температура, растворы). Иногда контактовый метаморфизм называют термальным. Выражается он в образовании в контакте с интрузией «закаленных» пород – роговиков (по песчано-глинистым породам) и метаморфизованных известняков (по карбонатным породам). Химический состав пород при этом существенно не меняется.

Контактовый метаморфизм проявляется на контакте двух пород, обычно магматической и осадочной. Образуются своеобразные породы – скарны, для которых характерными минералами являются пироксены, гранаты, магнетит, гематит, сфалерит, кальцит и др.

Реакция между магматической и вмещающей осадочной породой происходит особенно интенсивно, когда в контактовую зону попадают постмагматические растворы, нередко привносящие новые вещества. По своей природе эти растворы являются гидротермальными.

Растворы просачиваются сквозь боковые породы, реагируют с ними, замещают их. Так образуются метасоматические тела.

Динамометаморфизм (рассланцевание) обычно выражается в дроблении и перетирании горных пород и минералов.

Под метасоматозом понимают замещение горной породы с изменением химического состава, при котором растворение старых минералов и образование новых происходит почти одновременно, так что в процессе замещения порода все время сохраняет твердое состояние. Эту разновидность контактового метаморфизма называют контактово-метасоматическим.

Региональный метаморфизм охватывает огромные пространства и мощные толщи пород. Важнейшими факторами регионального метаморфизма являются высокая температура, огромное давление вышележащих пород, воздействие жидких и газовых растворов. В зависимости от соотношения температуры и давления и того или иного количества растворов меняется степень метаморфизации пород. По этим признакам выделяются различные зоны метаморфизма, которым свойственны определенные метаморфические породы.

Региональный метаморфизм протекает на больших глубинах и захватывает огромные площади. Типичные минералы регионального метаморфизма – сланцы, гранат, дистен, андалузит и др.

Ориентированное сжатие вызывает в породах деформацию скалывания, разрушает их и приводит к скольжению слагающих породу минералов по плоскостям спайности. Это сжатие, перераспределяя положение разрушенных частиц, заставляет фрагменты горной породы расположиться в виде параллельных полос.

Некоторые зерна, благодаря пластичному течению, уплощаются. Затем все фрагменты спаиваются вместе, происходит увеличение размеров кристаллов и рост новых минералов. Формируются новые чешуйчатые минералы – хлорит, биотит, мусковит, тальк, роговая обманка. Например, это хорошо прослеживается при метаморфизме аргиллита. Зерна кварца уплощаются и ориентируются параллельно направлению наибольшего сжатия. Глинистые частицы перекристаллизуются в тонкие чешуйки слюда расположенные параллельно. Еще в процессе диагенеза глины уплотняются, обезвоживаются и превращаются в аргиллиты, отличающиеся от глин полной неразмокаемостью. В начальной стадии метаморфизма в условиях низких температур под воздействием тектонического давления аргиллиты претерпевают рассланцевание и превращаются в аргиллитовые сланцы. Изменения выражаются в проявлении тонкосланцеватой текстуры

Упорядоченная ориентировка зерен позволяет глинистому сланцу легко раскалываться по параллельным плоскостям.

При более сильных измененных из глинистых сланцев формируются филлиты, а затем кристаллические сланцы. При этом наблюдаются постепенное увеличение размеров зерен и листоватая (сланцеватая) текстура.

Существенно иные породы образуются при метаморфизме песчаников. Кварцевые песчаники с кремнистым цементом при метаморфизме превращаются в кварциты. Они состоят целиком из кварца, образующего неправильные зерна, которые иногда почти неразличимы (сливные кварциты). Это крепкие, массивные породы, нередко с раковистым изломом; иногда в них наблюдается сланцеватая текстура. Кварцевые песчаники с глинистым цементом преобразуются в слюдяно-кварцитовые сланцы с тонкими прослойками слюды по сланцеватости. Аркозовые песчаники, богатые зернами полевого шпата, переходят сначала в кварцевидные песчаники, а при высокой степени метаморфизма – в гнейсы, отличающиеся более равномерной зернистостью и повышенным содержанием кварца. Гнейсы и сланцы, образующиеся при метаморфизме осадочных пород (глин и песчаников), называются парагнейсами и парасланцами.

Граниты и другие крупнозернистые породы могут изменятся до сланцеватых метаморфических пород, которые называются гнейсами. Типичные гнейсы состоят из светлоокрашенных полос или линз полевого шпата и кварца, чередующихся со слоями или полосами темно-окрашенных биотита или роговой обманки. Сланцеватость в гнейсах обычно несовершенная и называется гнейсовидностью.

Известняки при перекристаллизации переходят в мраморы. Последние состоят из кальцита, имеют зернистокристаллическую структуру и обычно массивную, нередко расплывчатую полосчатую текстуру. Реже наблюдается сланцеватость. Характерна белая или светло-серая окраска.

Кремнистые породы – опоки, яшмы – преобразуются в мелкозернистые кварциты, отличающиеся весьма равномерной слабо различимой зернистостью. Если в результате метаморфизма кислых и средних пород (граниты, диориты) образуются гнейсы, слюдяные сланцы, они носят название ортогнейс, ортосланцы. Габбро и базальты преобразуются на низших стадии метаморфизма в зеленые сланцы, состоящие из хлорита, эпидота, актинолита и альбита. Далее они переходят в амфиболиты – массивные крепкие породы сланцеватой или волокнистой текстуры темно-серого до черного цвета; они состоят из роговой обманки и плагиоклаза. На высшей ступени метаморфизма амфиболиты переходят в гранатовые амфиболиты и эклогиты. Последние состоят из граната и пироксена. Образование эклогитов происходит при очень высоких давлениях, поэтому они характерны для глубоких зон метаморфизма.

Ультраосновные породы (дуниты, перидотиты) преобразуются в змеевики (серпентиниты) и тальковые сланцы; змеевики состоят из серпентина с примесью магнетита и хлорита, образующих микро чешуйчатую темно-зеленую массу с пестрыми пятнами.

Разновидностью регионального метаморфизма является ультраметаморфизм. Он проявляется в глубоких частях земной коры в складчатых областях и представляет собой высшую ступень метаморфизма. Для ультраметаморфизма характерно частичное или полное расплавление называется полигенезом, а частичное – анатексисом. Расплавы проникают во вмещающие породы. Происходит как бы инъекция расплавленного магматического материала (обычно гранитного состава) во вмещающие породы и образование смешанных пород, состоящих из материала исходной породы и расплава. Смешанные породы называются мигматитами.

С ультраметаморфизмом тесно связаны процессы гранитизации – превращение различных пород, преимущественно осадочных, в граниты.

Метаморфические породы, как правило, сохраняют форму залегания тех пород, из которых они образовались. Это часто помогает выяснить их генезис.

Структуры метаморфических пород сходны со с структурами глубинных магматических пород, но, в отличие от последних, у них нет ярко выраженного порядка выделения минералов, ибо образование кристаллических зерен идет в результате бластеза, т.е. процесса перекристаллизации в твердом состоянии.

Структуры метаморфических пород возникают в процессе перекристаллизации в твердом состоянии, или кристаллобластеза. Такие структуры называют кристаллобластами.

По форме минеральных зерен и их расположению различают структуры:

Гранобластовая, зерна относительно близки по размерам и имеют более или менее округлые формы.

Лепидобластовая или чешуйчатая, вызванная присутствием чешуйчатых минералов слюда хлорита, талька. Хлорито-биотитовый сланец.

Лепидогранобластовая, пластинки биотита в основной массе кварца и плагиоклаза. Гнейс.

Нематобластовая, представленная развитием шестоватых, призматических, стебельчатых минералов, в основном группы амфиболов.

Порфиробластовая, крупные зерна (гранат) – порфиробласты располагаются среди основной (амфибол) массы. Гранат-амфиболовый сланец.

Реликтовая, бластопсаммитовая, указывающая на первичную осадочную породу (песчаник с глинистым цементом). Серицитовый сланец с песчаниками кварца.

Текстуры метаморфических пород зависят от формы вновь образованных минералов.

В метаморфических породах особенно распространены листоватые, чешуйчатые и пластинчатые минералы, что связано с приспособлением их к условиям кристаллизации при сильном давлении. Это выражается прежде всего с развитии сланцеватости метаморфических пород.

Сланцеватая текстура характеризуется тем, что породы распадаются на тонкие плитки или пластинки. Она является следствием расположения минералов плоскими поверхностями параллельно друг другу.

Очковая (линзовая) – представленная более или менее округлыми или овальными агрегатами среди сланцеватой массы породы.

Пятнистая – при наличии в породе участков (пятен), отличающихся по цвету, составу, устойчивости к выветриванию.

Полосчатая – когда под влиянием стресса порода собрана в мелкие складки.

Катакластическая – отличается раздроблением и деформацией минералов.

Массивная (однородная) – подобна одноименной текстуре магматических пород; наблюдается у пород, образовавшихся при отсутствии ориентированного давления, или стресса. Характерна для роговиков, мраморов, кварцитов, некоторых амфиболитов.

Поиск по сайту: