Метаморфизм. Метаморфические горные породы
1.Понятие о метаморфизме. Факторы метаморфизма.
Под
метаморфизмом понимают изменение и преобразование горных пород под влиянием
различных эндогенных геологических процессов, вызывающих значительные изменения
термодинамических условий (прежде всего температуры и давления). Все
преобразования в горных породах при процессах метаморфизма происходят путем их
перекристаллизации в твердом состоянии. Метаморфизму могут подвергаться горные
породы любого происхождения - осадочные, магматические и ранее существовавшие
метаморфические. Степень изменения первичных горных пород (степень
метаморфизма) может быть самой различной - от незначительных преобразований до
полного изменения состава и облика пород.
Главными
причинами, или факторами метаморфизма горных пород, являются температура,
давление и химически активные вещества - растворы и летучие соединения.
Температура.
Процессы метаморфизма, по мнению большинства исследователей, совершаются в
интервале температур от 250 - 300╟ до 800╟ С. Повышение температуры
всего на 10╟ С вдвое увеличивает скорость химических реакций, а на 100╟
С примерно в 1000 раз. В условиях земной коры повышение температуры вызывается
двумя основными причинами:
погружением
горных пород на большие глубины, что ведет к возрастанию температуры благодаря
геотермическому градиенту (в среднем 1 ╟ на 33 мм.);
тепловым
воздействием магматических расплавов, внедряющихся в земную кору.
Повышение
температуры также может вызываться поступлением глубинных флюидов, местным
возрастанием внутреннего теплового потока и некоторыми другими причинами.
Давление.
Различают давление петростатическое (всестороннее) и боковое (одностороннее)
или стресс.
Петростатическое
давление является функцией глубины, и возрастание его обычно связано с
погружением горных пород в глубь литосферы. Петростатическое давление также
повышает температуру плавления минералов.
Боковое
давление (стресс) возникает при интенсивных тектонических движениях дислокационного
характера. Оно приводит к деформации, вызывает появление закономерностей
пространственной ориентировки их в горной породе. Так, например, пластинчатые
минералы располагаются плоскостями спайности перпендикулярно к направлению
давления, в результате чего формируются так называемые сланцевые текстуры
горных пород.
Химически
активные вещества (вода, углекислота, водород, соединения хлора, серы и др.)
являются катализаторами, облегчающими реакции между кристаллами, участвуют в
образовании новых минералов, входя в их структуру и производя замещение старых
минеральных ассоциаций новыми.
Существенная
роль принадлежит фактору времени, ибо все это очень длительные процессы,
осуществляющиеся в масштабах геологического времени.
Если
же метаморфические преобразования сопровождаются значительным приносом и
выносом, происходит замещение одних минеральных ассоциаций другими, изменяется
химический состав горных пород. Такой метаморфизм называется метасоматическим.
2.Типы метаморфизма.
По
преобладающей роли в процессе тех или иных факторов, а также в зависимости от
масштабов явлений метаморфизма в пространстве выделяют отдельные виды, или типы
метаморфизма. Основными типами метаморфизма являются региональный, контактовый
и динамометаморфизм.
Региональный
метаморфизм является наиболее распространенным и важным видом метаморфизма,
поскольку охватывает огромные площади или целые регионы. Он проявляется в
условиях, когда отдельные участки земной коры испытывают длительное
прогрессивное погружение, в результате чегогорные породы перемещаются из
верхних горизонтов земной коры в более глубокие. Обычно прогибание
компенсируется осадконаполнением и в качестве главных факторов регионального
метаморфизма, таким образом, выступает петростатическое давление и температура,
постепенное повышение которой обусловлено геотермическим градиентом;
существенную роль также может играть односторонне боковое давление и химически
активные вещества.
В
глубинных зонах земной коры может проявляться особая стадия регионального
метаморфизма, называемая ультраметаморфизмом. Расплавы, возникающие при
ультраметаморфизме и имеющие обычно гранитный состав, проникают во вмещающие
породы, пронизывают их, образуя своеобразные породы смешанного состава -
мигматиты. Широко развиты мигматиты в пределах древних щитов - Балтийского,
Украинского, Алданского.
Контактовый
метаморфизм проявляется на контактах магматических расплавов, внедряющихся в
земную кору, с вмещающими породами. Вблизи контакта образуется ореол
метаморфических пород, который обычно захватывает как окружающее магматическое
тело породы, так и краевые части самого магматического тела. Ширина зоны
контактового изменения (контактового ореола) может изменяться от сантиметров до
первых километров. Основными причинами изменения горных пород в зонах контактов
являются температура, возрастающая благодаря тепловому воздействию
магматических масс на вмещающие породы, и химически активные газовые и жидкие
растворы, выделяемые магматическими расплавами.
Процесс
замещения одних минералов другими, протекающий при участии газовых и жидких
растворов и сопровождающийся изменением химического состава минеральных
образований называется метасоматозом, а разновидность метаморфизма - контактово
- метасоматическим. В зависимости от агрегатного состояния растворов различают
пневматолитовый и гидротермальный контактово - метасоматический метаморфизм.
Наиболее распространенным контактово - метасоматическими горными породами
являются скарны и грейзены.
Динамометаморфизм
(катакластический, дислокационный метаморфизм) проявляется, главным образом, в
верхних частях земной коры, в зонах развития тектонических движений
дислокационного характера. Часто локализуется вдоль разрывных тектонических
нарушений. Таким образом, основной причиной, вызывающей его, является
одностороннее давление. При динамометаморфизме изменяются в основном структурно
- текстурные особенности горных пород. Происходит их дробление, а в более
глубоких зонах в связи с повышением температуры механическое разрушение
сменяется пластическими деформациями. В породах появляется полосчатость,
заключающаяся в чередовании слоев различных по форме зерен и окраске минералов,
возникает кристаллизационная сланцеватость.
3.Стадийность, зоны и фации метаморфизма.
Степень
изменения пород при региональном метаморфизме находится в прямой зависимости от
степени изменения термодинамических условий среды, ряд ученых в качестве
главного критерия изменения условий рассматривают глубину протекния процесса,
поскольку именно ею, в основном, определяется давление и температура.
При
региональном метаморфизме различают три стадии изменения горных пород.
Первая
стадия - стадия низкой степени метаморфизма или эпиметаморфизм. Ей
соответствуют слабые изменения пород, которые проходят при температуре около
500╟ С и давлении менее 500 МПа (5000 атм.). При этом механические
процессы преобладают над химическими и в породах сохраняются водные минералы.
На этой стадии глины преобразуются в глиняные сланцы, песчаники - в кварциты,
известняки - в мраморы. Ей соответствует самая верхняя зона метаморфических
изменений - эпизона.
Вторая
стадия - стадия средней степени метаморфизма или мезометаморфизм. Ей
соответствуют температура от 500 до 1000╟ С и давление от 500 до 1000 МПа
(от 5000 до 10000 атм.). На этой стадии происходит потеря водными минералами химически
связанной воды. В результате глинистые и кварцевые породы преобразуются в
слюдяные сланцы и гнейсы, кислые породы - в гнейсы, основные - в амфиболиты
(роговообманковые сланцы). Этой стадии соответствует зона, расположенная ниже
эпизоны, которая называется мезозона.
Третья
стадия - высокой степени метаморфизма или катаметаморфизм. Преобразования на
этой стадии происходят при температуре более 1000╟ С и давлении более
1000 МПа (10000 атм.). Гидростатическое давление преобладает над боковым, а
химическое воздействие на горные породы - над химическим. В результате породы
приобретают гнейсовую и массивную текстуру: слюдяной сланец преобразуется в
гнейс, среднезернистый мрамор - в крупнозернистый, слюдистый кварцит - в
кварцитовидный гнейс. Эти породы образуют глубинную зону, располагающуюся ниже
мезозоны - катазону.
В
настоящее время, говоря о зонах метаморфизма, имеют в виду всю совокупность
физико - химических условий, создающихся на той или иной глубине. В
соответствии с этим большинство исследователей для характеристики процессов
метаморфизма и классификации метаморфических пород пользуются понятием о
метаморфических фациях. Под метаморфической фацией понимается группа пород
разного состава, образовавшихся в сходных термодинамических условиях. В качестве
показателей этих условий используют так называемые индекс - минералы,
устойчивые в строго определенных условиях температуры и давления.
По
наличию минералов - индексов выделены фации:
повышение
температуры =>
фация
зеленых сланцев
эпидот
- амфиболитовая фация
амфиболитовая
фация
пироксен
- роговообманковая фация
гранулитовая
фация
глаукофановая
фация
эклогитовая
фация
Таким
образом, каждая зона метаморфизма характеризуется наличием определенных
минеральных ассоциаций.
4.Метаморфические горные породы.
О
реликтовой структуре говорят в том случае, когда в породе сохраняется текстура
исходной материнской породы. Так в метаморфизованных осадочных породах
сохраняется их слоистость. В условиях одностороннего давления создаются
благоприятные условия для развития минералов, вытянутых в одном или двух
направлениях (призматических, игольчатых и др.), а также для их упорядоченной
переориентации в горных породах.
В
результате образуются следующие основные виды текстур:
сланцеватая
- при однообразной ориентировке пластинчатых или удлиненных зерен;
полосчатая
- при линейном обособлении отделбных минералов или их скоплений;
плойчатая
- когда минеральные обособления смяты в мелкие складки;
очковая
или линзовидная, образованная линзовидными, параллельно ориентированными
скоплениями минералов и некоторые другие.
В
некоторых породах, особенно контактово - метаморфических наблюдаются массивные
структуры. Формы залегания метаморфических пород в абсолютном большинстве
случаев наследуются от пород исходных. исключения составляют формы залегания
контактово - метаморфических пород, представленных контактовыми ореолами.
Классификация метаморфических горных пород.
название групп пород
примеры пород
регионально-
метаморфические
эпизоны
филлиты, хлоритовые, тальковые
мезозоны
слюдяные сланцы, мраморы, кварциты, амфиболиты
катазоны
гнейсы, кварциты, мраморы
зоны ультраметаморфизма
мигматиты
контактово-
метаморфические
собственно контактово-метаморфические
роговики
контактово- метасоматические
скарны, грейзены
динамометаморфические
динамометаморфические
тектонические брекчии,милониты
Список литературы
Для
подготовки данной работы были использованы материалы с сайта http://ecosoft.iatp.org.ua/