- Факторы метаморфизма
Лекция №13
Общая характеристика и основные факторы метаморфизма
План:
1. О процессе метаморфизма.
2. Контактовый метаморфизм.
3. Региональный метаморфизм.
4. Дислокационный метаморфизм.
Ключевые слова: Метаморфизм, внедрение, петростатическое давление, дислокация, реконструкция, восстановление, комплекс пород, динамометаморфизм, карбонаты, гранитизация, архей, протерозой, гидротермальный, грейзен, скадны.
В земной коре происходят сложные процессы, связанные с тектоническими движениями, и с внедрением магмы, в результате происходит метаморфизация горных пород. Под действием метаморфизма понимается всякое изменение и преобразование горных пород, происходяее под влиянием изменившихся физико - химических условий после образования этих пород под влиянием эндогенных сил.
Рекомендуемые материалы
Факторами в этих изменениях являются: а) давление от веса вышележащих пород (петростаическое давление) или ориентированное давление; б) высокая температура; в) Химически активные и подвижные вещества (растворы и газы). При соответственной физики- химической обстановке метаморфизации подвергаются все горные породы - магматические, осадочные и ранее образованные метаморфические. В результате происходит частичная или полная перекристаллизация их, изменяется структура и текстура пород и минеральный состав.
Эти изменения горных пород происходят ри твёрдом состоянии вещества, без прехода в жидкую фазу. Лишь при определённых физико-химических условиях метаморфизм сопровождается частичной или полной кристаллизацией исходных пород, что называется ультраметаморфизмом. Температура горных пород с глубиной закономерно увеличивается и в результате ослабляет связь между атомами в минералах, увеличивает растворяющее действие воды, повышает химическую активность многих соединений. С поглощением тепла, вызывает дегидратацию гидроокислосодержащих минералов, декарбанатизацию карбонатов и приводит к образованию высокотемпературных минералов, лишённых конституционной воды (кристаллизационная химическая вода, которая принимает участие в строении кристаллических решёток, например - гипс).
Верхний предел ограничен температурой. Начало плавления наиболее распространённых горных пород и отвечает условиям образования магмы. В общем случае интенсивность преобразований, связанных с воздействием температуры, увеличивается с глубиной залегания пород и ростом продолжительности теплового воздействия. Давление увеличивается с глубиной от нагрузки вышележащих пород, на глубине 10 км давление достигает примерно 2600 атм., при которых в лабораторных условиях и при одностороннем давлении раздавливаются самые прочные породы. Увеличение давления повышает растворимость веществ и способствует перегруппировке элементарных частиц.
При действии только повышенной температуры и давлении метаморфизация горных пород протекает без изменения химического состава (без приноса новых веществ). Генная картина наблюдается, когда метаморфизация пород связана с внедрением магмы. Здесь помимо других факторов, большое значение приобретают летучие компоненты магмы, которые, проникая в толщу земной коры вызывают в горных породах самые различные изменения. При этом происходят сложные реакции газообразных веществ и гидротермальных растворов, с горными породами и процесс метаморфизации сопровождается изменением валового химического состава горных пород.
Таким образом, под метаморфизмом понимается изменения горных пород под воздействием различных агентов эндогенного происхождения: 1) внутреннее тепло Земли; 2) высокое давление; 3) тектоническое перемещение вещества; 4) глубинные минеральные источники и газы.
В природе широко распространены метаморфические отложения. Расшифровка первоначальной природы пород и реконструкция (восстановление) условий их преобразования в земной коре в метаморфические разновидности.
Особенно важно с этой точки зрения изучение геологии докембрийских (Е) комплексов, основная часть которых сложена метаморфическими породами. Состав рассматриваемых пород крайне разнообразен, в ряде случаев они представляют собой ценное минеральное сырьё, поэтому их изучение имеет не только теоретическое, но и практическое значение.
В природных условиях в различных участках земной коры совместно проявляются несколько факторов метаморфизм, однако масштаб их проявления в целом и относительная роль каждого фактора в метаморфическом процессе определяются конкретной геологической обстановкой. По особенностям пространственного размещения и размаху процесса различаются:
1. Контактовой метаморфизм
2. Региональный метаморфизм
3. Дислокационный (катакластический или динамо) метаморфизм.
Первый непосредственно связан с внедрением магмы в земную кору. Вмещающие породы испытывают при этом со стороны магмы воздействия различного характера. Прежде всего благодаря высокой температуре внедрившегося магматического расплава возникают процессы перекристаллизации, которые могут затронутьв той или иной мере все минералы. Одновременно горные породы испытывают сильное воздействие со стороны газов и паров воды, выделяющихся из магмы, что ведёт к химической перестройке многих минералов осадочной толщи. Чем крупнее интрузия , тем большее количество тепловой энергии приносит она с собой и тем шире контактовых эффектов.
По данным учённых (В.С. Соболева), температурный интервал, в котором происходит типичный контактовый метаморфизм, заключается в пределах 550-900Со. При этом исходные глинистые и песчано-глинистые породы при метаморфизме переходят в роговики, обладающие плотным зернистым строением и состоящие из кварца, слюды (главным образом биотита), андалузита, силлиманита и других минералов.
В карбонатных породах, известняках и деломитах, в контактовой зоне большое значение приобретают процессы метасоматоза, протекающие при воздействии подвижных постмагматических растворов. В результате обычно карбонатные (осадочные) породы превращаются в скарны - породы переменного состава, состоящие в основном из известково-железистых силикатов. Со скарнами бывают связаны различные рудные месторождения - железные, медные, свинцово - цинковые, вольфрамовые и другие.
Типичным рудным минералом контактовой зоне является магнетит. Изменение горных пород происходит также при воздействии высокотемпературных растворов, образующих путём конденсации водяных паров магмы и несущих с собой различные компоненты. Указанный процесс изменения называют гидротермальным метаморфизмом. С ними связаны образование различных жил в трещинах горных пород и приуроченных к ним ряда ценных полезных ископаемых. Часто гидротермальный метаморфизм связан с пневматолитовым (газовым). Примером может служить грейзен - пневмалитово - гидротермальная изменённая порода кислого состава, в которой полевой шпат под воздействием перегретых растворов и газообразных компонентов разлагаются и за счёт них образуются кварц и слюда.
Региональный метаморфизм - это глубинный метаморфизм, проявляющийся на огромных площадях вне явной зависимости от интрузий, местной тектонической обстановки.
Он связан с подвижными зонами земной коры - геосинклиналями, где земная кора испытывает в течении длительного времени погружение, мощные толщи осадочных пород опускались на значительную глубину и оказывались в зоне высокого петростатического давления и высокой температуры. Особенно это касается древнейших, архейских и протерозойских толщ, когда Земля обладала большим запасом тепла, и геотермический градиент в земной коре был значительно больше, чем в настоящее время. При региональном метаморфизме осуществляется и изохимические и метасоматические процессы.
Формирующиеся при этом породы отличаются большим разнообразием - сланцы, гнейсы, кварциты, мраморы, амфиболиты, гранулиты, эклогиты. В обстановке регионального метаморфизма процессы преобразования пород могут достигать максимальной интенсивности, приобретая характер ультраметаморфизма. Он обычно протекает на большой глубине в пределах складчатых областей, где термодинамические условия допускают частичное или полное переплавление пород. Полное переплавление исходных пород приводит к образованию гранитной магмы. Это явление обычно связано с переплавлением гранито-гнейсов и осадочных пород, химический состав которых отвечает гранитах. Гранитизация - процесс химического и минерального изменения пород любого состава с превращением их в граниты. Здесь исходная порода обязательно проходит стадию магматического расплава.
Дислокационный метаморфизм - связан с тектоническими движениями земной коры, вызывающими процессы складкообразования и разрывные нарушения.
Изменение горных пород происходит главным образом в верхней части земной коры под влиянием одностороннего давления, определённо ориентированного - так называемого стресса. При этом изменяется структура горных пород. Старые (первоначальные) структуры разрушаются, возникают новые и ясно выраженной ориентировкой минералов. Хрупкие минералы раздробляются, истираются, пластичные минералы деформируются с образованием сложных полисинтетических двойников. В некоторых минералах изменяется ориентировка оптических осей.
Внешним выражением воздействия динамометаморфизма на породу служит, в частности, сланцеватость: порода приобретает способность раскаливаться на тонкие плитки, что вызвано появлением в породе либо очень мелких, но однообразно ориентированных трещин, либо определённой ориентировкой минеральных зёрен и это называется кристаллизационная сланцеватость.
Динамометаморфизм может проявляться не только в перекристаллизации породы, в сланцеватости и т.д., но также и в дроблении породы, в разрушении минералов. Такой тип изменений получил наименование катакластического динамометаморфизма. Горные породы, несущие следы дробления, называются катакластическими, например катакластические динамометаморфизма. Горные породы, несущие следы дробления, называются кааткластическими, например катакластические песчаники, граниты и др. При сильном дроблении порода превращается в брекчию с угловатыми обломками. При ещё более значительном измельчении породы и сильном истирании частиц образуются светлые рассланцованные породы, называемые милонитами. Горные породы , несущие признаки динамометаморфизма, объединяются под общим названием тектонита.
Таким образом, метаморфические горные породы образуются в земной коре из магматических и осадочных горных пород. Путём их глубокого изменения и преобразования под влиянием высокой температуры, давления, горячих растворов и газовых компонентов; при этом происходит сложный процесс перекристаллизации минералов и горных пород; замещения одних веществ с другими, разрушение старых (первичных) структур и образование новых и т.д. Сами метаморфические породы также могут быть вновь перекристаллизованы, если они попадают в соответственные термодинамические условия.
Структура метаморфических горных пород называется бластическими. Если порода полностью перекристаллизована, то их структуру называют кристаллобластической. Текстура характеризуется: сланцеватая, полосчатая, очковая, массивная и т.д. При сланцеватой текстуре зёрна минералов в породе, имеют пластинчатую и удлинённую форму и располагается взаимопараллельно. При полосчатой текстуре наблюдается чередование более или менее тонких параллельных полос различного минералогического состава, отличающихся часто и по цвету.
Очковая текстура отличается наличием «очко» - округлых или нескольких удлинённых образований, среди остальной мелко- и тонкозернистой массы породы. При массивной текстуре полосатость, как правило, отсутствует. И тогда метаморфические породы характеризуются однородным сложением.
Сланцеватые текстуры свойственны разнообразным метаморфическим сланца, полосчатая и очковая - чаще всего гнейсам, массивна - мраморам, кварцитам, роговикам. Главнейшие метаморфические породы:
Филлиты - скрыточешуйчатые тонкосланцевые метаморфические породы, с шелковистым блеском на плоскостях сланцеватости. Цвет зелёный, серый, красный, чёрный в зависимости от примесей. Они состоят из кварца и слюд с примесью хлорита, альбита и иногда зёрен гранита. Отсутствуют в них глинистые минералы.
Слюдистые сланцы - являются горными породами более высокой степени метаморфизации в сравнении с филлитами и состоят из слюд и кварца с примесью других минералов. Иногда в них преобладает биотит, иногда - мусковит.
Тальковые сланцы - тонкосланцеватые метаморфические породы, состоящие главным образом из чешуек талька с примесью кварца, хлорита, слюды. Эти породы мягкие и жирные на ощупь. Образование связано с изменением ультраосновных магматических пород.
Хлоритовые сланцы - состоят из хлорита. Чешуйчато - сланцеватой текстурой. Цвет - зелёный, светло - зелёный до черновато - зелёного. Они образуются за счёт изменения магматических пород основного состава.
Гнейсы - состоят из полевых шпатов и кварца (мало слюды, амфиболы). Характерная особенность гнейсов - это полосчатая текстуры. Они образуются из осадочных (парагнейсы), и из магматических пород (ортогнейсы).
Мраморы - крупно, средне и мелкозернистая полнокристаллическая порода. Цвет от белого до серого, желтоватого, розоватого и т.д.
Кварциты - зернистая порода, состоящая из прочно сцементированных зёрен кварца. Образуются из кварцевых песков и песчаников ( с включением слюд, хлорита)
В заключении отметим, что с метаморфическими породами связано много важных полезных ископаемых, особенно с пневмалитово - гидротермальными формами метаморфизма. Месторождения железа, меди, ванадия и других часто связано с теме метаморфическими фациями которые характеризуются высокими температурами и давлениями. Метаморфические фации более поздних стадий часто ассоциируют с возникновением месторождений цветных и редких металлов. Процессы метаморфизма, протекающие в контактовых зонах магматических тел или вблизи жил, сопровождаются концентрацией многих ценных минералов.
Контрольные вопросы:
1. Какова цель изучения метаморфических пород?
2. Как образуются метаморфические породы?
3. Приведите основные разновидности метаморфических горных пород.
4. Какие изменение претерпевают горные породы при метаморфизме?
5. Какие породы относятся при дислокационном метаморфизме?
6. Глинистые слои при метаморфизме превращаются на какие породы?
В лекции "1.1 Структура информационной системы предприятия" также много полезной информации.
Литературы:
1. Якушева А. Ф. «Общая геология». М. Недра 1988.
2. Мильнучук В. И. «Общая геология». М. Недра 1989.
3. Ершов В. В. «Основы геологии». М. Недра 1986.
4. Иванова М. Ф. «Общая геология». М. Недра 1974.
5. Панюков П. Н. «Основы геологии». М. М. Недра 1978.
