Как подразделяются метаморфические горные породы

Метаморфические породы

Метаморфические горные породы — горные породы, образованные в толще земной коры в результате изменения (метаморфизма) осадочных или магматических горных пород вследствие изменения физико- химических условий. Благодаря движениям земной коры осадочные горные породы и магматические горные породы подвергаются воздействию высокой температуры, большого давления и различных газовых и водных растворов, при этом они начинают изменяться.

Содержание

Типы метаморфизма

Одна из последних классификаций метаморфизма [1] приведена в таблице:

Состав, текстуры и структуры метаморфических горных пород

Формы залегания метаморфических пород

Так как исходным материалом метаморфических горных пород являются осадочные и магматические породы, их формы залегания должны совпадать с формами залегания этих пород. Так на основе осадочных пород сохраняется пластовая форма залегания, а на основе магматических — форма интрузий или покровов. Этим иногда пользуются, чтобы определить их происхождение. Так, если метаморфическая порода происходит от осадочной, ей дают приставку пара- (например, парагнейсы), а если она образовалась за счёт магматической породы, то ставится приставка орто- (например, ортогнейсы).

Состав метаморфических пород

Химический состав метаморфических горных пород разнообразен и зависит в первую очередь от состава исходных. Однако состав может отличаться от состава исходных пород, так как в процессе метаморфизма происходят изменения под влиянием привносимых водными растворами веществ и метасоматических процессов.

Минеральный состав метаморфических пород также разнообразен, они могут состоять из одного минерала, например кварца (кварцит) или кальцита (мрамор), или из многих сложных силикатов. Главные породообразующие минералы представлены кварцем, полевыми шпатами, слюдами, пироксенами и амфиболами. Наряду с ними присутствуют типично метаморфические минералы: гранаты, андалузит, дистен, силлиманит, кордиерит, скаполит и некоторые другие. Характерны, особенно для слабометаморфизованных пород тальк, хлориты, актинолит, эпидот, цоизит, карбонаты.

Физико — химические условия образования метаморфических пород, определённые методами геоборотермометрии весьма высокие. Они колеблются от 100—300°С до 1000—1500°С и от первых десятков баров до 20 — 30 кбаров

Текстуры метаморфических пород

Текстура пород, как пространственная характеристика свойств породы, отражает способ заполнения пространства.

«Миндалекаменная текстура» не может относиться собственно к текстурам, поскольку не является характеристикой способа заполнения пространства. Она более всего характеризует структурные особенности породы.
«Катакластическая текстура» также не может быть текстурной характеристикой по тем же причинам. Термин «катакластический» отражает только механизм образования зерен, выполняющих породу.

Структуры метаморфических пород

Понятие «структура» не имеет строгого определения и носит интуитивный характер. Согласно практике геологических исследований «структура» больше характеризует размерные (крупно-, средне- или мелкообломочные) параметры слагающих породу зёрен.

Структуры метаморфических пород возникают в процессе перекристаллизации в твёрдом состоянии, или кристаллобластеза. Такие структуры называют кристаллобластовыми. По форме зёрен различают текстуры [1] :

По относительным размерам:

Наиболее распространённые метаморфические породы

Породы регионального метаморфизма

Здесь приведены породы образовавшиеся в результате регионального метаморфизма (от менее к более метаморфизованным).

Метаморфические породы образовавшиеся при динамометаморфизме

Это породы, возникающие под действием динамометаморфизма и тектонических нарушений в зоне дробления. Дроблению и деформации подвергаются не только сама порода, но и минералы.

Фации метаморфизма

При метаморфических преобразованиях происходят разнообразные химические реакции. Считается, что они осуществляются в твёрдом состоянии. В процессе этих реакций происходит образование новых или перекристаллизация старых минералов так, что для конкретного интервала температур и давлений этот набор минералов остаётся относительно постоянным. Определяющий набор минералов получил название «фация метаморфизма». Разделение метаморфических пород на фации началось ещё в XIX веке и связано с работами Г. Барроу (1893 г.), А. А. Иностранцева (1877 г.), Г. Ф. Бекера (1893 г.) и других исследователей, и широко применялоссь в начале XX века (Ван-Хайз, 1904; В. М. Гольдшмидт, 1911; П. Эскола, 1920; Ц. Е. Тилли, 1925; и др.). Существенную роль в разработке физико-химической природы минеральных фаций сыграл Д. С. Коржинский (1899—1985) [2]

Температуры образования метаморфических горных пород

Температуры образования метаморфических пород всегда интересовали исследователей, поскольку ни позволяли понимать условия, а отсюда и историю механизма образовани этих пород. Ранее до разработки основных методов определения температур образования метаморфических минералов главным методом решения задачи были экспериментальные исследования, основанные на анализе различных диаграмм плавкости. На этих диаграммах устанавливались основные интервалы температур и давлений, в пределах которых выявлялась устойчивость тех или иных минеральных ассоциаций. Далее результаты экспериментов практически механически переносились на природные объекты. Параметры образования конкретных минералов не изучались, что является существенным недостатком подобных исследований.

В последующие годы появились новые методы определения тесператур образования минералов, к которым относились анализ расплавных включений, изотопные и геохимические геотермометры (см. Геобаротермометрия); эти методы позволили уточнить границы существования тех или иных минеральных ассоциаций в природных условиях и перекинуть мостик между экспериментальными исследованиями и природными явлениями.

Последовательность выделения минералов метаморфитов описывается рядом

(ПЛ₄₀ — плагиоклаз № 40).
Приведённый ряд обладает следующими особенностями:

Механизм образования минералов в метаморфических породах

Примером другой подобной реакции является реакция (Федькин В. В., 1975)

8Stav + 12Qw = 4Grn + Chl + 30Kya.

В этой реакции Grn и Chl образовуются при разных температурах. Эти результаты не учитывают новые данные по геохимии минералов, отражённые в таблице.

ГРАНАТЫ

Все изученные гранаты (Grn) находятся в ассоциации преимущественно с биотитом (Bio), кордиеритом (Cor) и плагиоклазом (Pl).
По изотопным данным Bio образованы при Т ≈ 700 °C, плагиоклазы ≈ 500 °C. Температура выделения граната не достаточно ясна. По изотопным данным он выделяется при 300—450°С; результаты анализа ГЖВ дают те же пределы. По официальной точке зрения — ≈ 700 °C, но она опирается во многом на геохимические термометры, в использовании которых имеются существенные ошибки. Bio и Grn выделяются в равновесии с водой. О Cor информации нет. По экспериментам (Л. Л. Перчука и др., 1983) при Т= 550—1000°С при совместной кристаллизации ионный обмен между Grn и Cor отсутствует.

Основной версией является равновесие Grn с Cor, часто присутствующим в гнейсах в ассоциации с Grn. Тогда вероятное уравнение образования гранатов имеет вид

Здесь скобки отражают: […] — изотопное; — геохимическое равновесия.

(Chl- хлорит). Но, объясняя изотопное равновесие граната с водой, эта реакция не отражает геохимическое равновесие минерала с другими компонентами гнейсов. Описывая происхождение гранатов, Н. А. Елисеев пишет еще об одной реакций

Chl + Qw → Cor + Ant + H₂O

(Ant — антофиллит). Эти реакции протекают при разных Р-Т условиях. Но объединение их в средних областях Р-Т- условий приводит к искомой реакции образования минералов:

которая соответствует полученной выше схеме по изотопно-геохимическим данным.

Магнетиты

Изотопные данные. Изучен изотопный состав кислорода в акцессорных Mt и Il кислых метаморфитов (см. таблицу). Равновесие минералов с Н₂О, СО₂ и СО не подтверждается, зато выявлено равновесие с рутилом, соответствуя образованию системы Mt(Il)-Ru при разложении ферропсевдобрукита или ильменита (П. Я. Ярош, 1955; П. Р. Бусек, К. Келль,1966; и т. д.) по реакции

Однако, в магнетитовых месторождениях Кривого Рога (Украина) этот механизм не выявлен, возможно, из-за ошибок в определении изотопного состава кислорода минерала.

Возможно образование Mt за счет разложения ильменита по реакции

Тогда Mt находится в изотопном равновесии с рутилом (Ru). В этом случае Mt образуется при Т_изот ≈ 450 °C. Такие Т_изот(Mt) вполне возможны. Так на рудопроявлении р. Кюэричи жилообразные магнетит-гемоильменитовые руды образованы при Т=430-570°С (А. Н. Соляник и др., 1984). В метаморфических породах Il и Mt формируются в равновесии с Ru при Т_изот = 400—500°С. Если же рассматривать Il как продукт разложения ульвошпинели, то в ассоциации с Mt их Т_изот = 458 °C. Магнетит не может быть образован за счет разложения Il, поскольку в противном случае температуры образования (Т_изот = 1100 −2000 °C) геологически не реальны.

В месторождения железорудной формации Biwabik (Сев. Миннесота) скарнового типа: по Синякову В. И. (1978), Дымкину А. М. и др. (1975) по результатам декрепитации Т_обр(Mt) в скарнах колеблется в пределах 420—530°С. Изучена пара магнетит-кварц. Полученные данные дают температуру образования Mt в 500—550°С при условии равновесия его с СО₂. Наиболее вероятным механизмом его образования является распад сидерита по схеме (Perry E.C., Bonnichsen B, 1966)

В. Н. Загнитко и др. (1989), И. П. Луговая (1973), ссылаясь на эксперименты, приводят реакции, соответствующие изотопным соотношениям:

3FeCO₃ → [Fe₃O₄ + 2CO₂] + CO (безводные среды с удалением газа); 6FeCO₃→ [2Fe₃O₄ + 5CO₂] + C (медленное удаление газа, наименее вероятная реакция).

Изучены преимущественно магнетиты Украинского щита. При интерпретации учитывались термодинамические данные по пироксенам, оливинам, гранатам, карбонатам и другим соединениям, отмеченным при описании граната. Использованы определяющие отношения (Fe/Mg), (Fe/Mn), (Fe/Ca). Установлено, что исходное уравнение должно иметь вид

Если вместо доломита взять анкерит Ca₂Mg,Fe(CO₃)₄, брейнерит (Mg,Fe)CO₃ или сидероплезит (Fe,Mg)CO₃, то при метаморфизме карбонатов можем получить реакцию, например,

О возможности протекания подобных реакций свидетельствует и состав природных карбонатов (И. П. Луговая, 1973): сидерит — FeCO₃— 98,4 %; MnCO₃-3,4 %; MgCO₃— 0,7 %; пистолизит- FeCO₃ — 69,6 %; MgCO₃ — 27,3 %; MnCO₃ — 2,8 %; сидероплезит — FeCO₃— 83,%; MgCO₃ — 11,5 %; MnCO₃— 4,4 %. Недостатком реакции является неясность изотопной природы кальцита и пироксена.

Источник

Метаморфические горные породы

Метаморфические горные породы образуются в результате преобразования магматических и осадочных пород в недрах Земли под воздействием высоких температур, давлений, а также под влиянием внедрения магматического расплава в ранее сформировавшиеся породы. Сами метаморфические породы могут быть изменены, если они попадают в соответствующие термодинамические условия. Основными факторами метаморфизма пород являются температура, давление, жидкие и газообразные компоненты магмы. Процессы метаморфизма происходят, как правило, без изменения агрегатного состояния метаморфизующихся пород, т. е. без перехода твердых веществ в жидкое состояние. Перекристаллизация минералов может сопровождаться замещением одних химических соединений другими, разрушением старых структур и текстур и образованием новых.

Структура и текстура метаморфических пород.

В процессе метаморфизма некристаллические породы. становятся кристаллическими, а кристаллические испытывают перекристаллизацию (преимущественно без изменения агрегатного состояния породы, т. е. без перехода в расплав). Поэтому большинство метаморфических пород имеют кристаллическую структуру.

Текстура метаморфических пород массивная или плотная (по способу заполнения: пространства). По характеру распределения компонент породы в пространстве различают следующие текстуры:

Различают три основных типа метаморфизма: контактовый, динамометаморфизм и глубинный (региональный).

Породы контактового метаморфизма возникают в зоне контакта внедрившейся магмы и ранее образовавшихся осадочных пород. Под действием, высокотемпературного расплава магмы, ее газообразных компонентов и горячих водных растворов происходит изменение структуры, текстуры, а часто химического и минералогического состава исходных пород. Вновь сформировавшиеся породы (роговики, мраморы, скарны) имеют кристаллические структуры и массивные текстуры.

Динамометаморфизм обусловлен воздействием на исходные породы высокого давления в связи с тектоническими движениями и горообразовательными процессами. В результате механического разрушения (дробления, перетирания) исходных пород образуются породы со специфическими обломочными структурами и плотными (массивными) текстурами (тектонические брекчии)

Породы глубинного (регионального) метаморфизма возникают в зонах прогибов земной коры, образованных в результате тектонических движений. При опускании огромных объемов (блоков) пород на большие глубины в условиях высоких давлений и температур происходит перекристаллизация исходных пород, значительные изменения их структуры и текстуры, а нередко и состава. Вновь сформировавшиеся породы (гнейсы, кристаллические сланцы, кварциты, мраморы) имеют кристаллическую структуру и массивную текстуру.

В таблице 4 представлена классификация наиболее распространенных метаморфических пород

Формы залегания метаморфических пород.

Метаморфические породы часто сохраняют форму залегания исходных пород и могут встречаться в виде пластов, линз, жил и т.п. (глубинный метаморфизм), а также локальных неправильных форм в зонах контакта с интрузиями магмы. При динамоморфизме образуются мощные зоны смятия пород, возникают сложные складчатые формы.

Классификация наиболее распространенных метаморфических пород

Применение метаморфических пород в строительстве.

В результате движения земной коры (тектонических движений) метаморфические породы из глубин земли могут быть перемещены на дневную поверхность и служат объектом строительной деятельности человека. Гнейсы применяют как строительный, облицовочный камень, в виде щебня. Кварциты являются очень прочным и красивым облицовочным материалом, применяются также для производства огнеупоров и дорожной брусчатки. Мрамор очень ценный облицовочный камень. Скарны используются для изготовления цемента и как облицовочный камень. Филлиты (кровельные сланцы) являются наилучшим материалом для изготовления кровли крыш.

Инженерно-геологические свойства метаморфических пород.

Свойства метаморфических пород в значительной степени зависят от условий (ступени) метаморфизма. Породы низкой степени метаморфизма (глинистые сланцы, серпентиниты и др.) образуются при невысоких температурах (100-400°С) и давлениях порядка 250-600 МПа, и отличаются неустойчивостью к выветриванию, ослабленными структурными связями, резковыраженной анизотропией свойств. Породы высокой ступени метаморфизма (гнейсы, кристаллические сланцы, кварциты) формируются при очень высоких температурах (100-700°С) и давлениях 1-1,4 тысячи МПа. Они имеют очень прочные структурные связи, слабовыраженную анизотропию свойств, устойчивы к выветриванию.

Источник

Метаморфические горные породы — что к ним относится?

Горная порода характеризуется как агрегат либо масса, состоящие из одного или нескольких продуктов видов минеральных веществ. Вещество может быть как мягким и рыхлым, так и консолидированным, твердым.

Из горных пород различной массы и консистенции слагается земная кора. Изучением горных пород занимается наука петрография. Термин «горные породы» существует с 1798 года, он были предложен русским минерологом Василием Севергиным.

Метаморфические породы образуются в результате сильного изменения уже существующей горной породы. Такая порода подвергается воздействию высоких температур и давления, что приводит к физическим и/или химическим изменениям. Мрамор, сланец и гнейс – примеры этих типов горных пород.

Такие породы могут формироваться под воздействием давления глубоко в недрах Земли, что связано с влиянием тектонических процессов, таких, например, как столкновение континентальных плит. Иногда метаморфические породы образуются вследствие разогрева, вызванного притоком горячей магмы из глубин Земли.

Магматические породы

Магматические горные породы, которые также называют магматитами, представляют собой конечный продукт деятельности вулканов (магматической деятельности). В процессе перехода расплавленной магмы в твердое состояние вещество кристаллизуется. Такие породы образуют геологические тела, обладающие разной массой и формой. Магматиты характеризуются различной структурой и составом, на этом и основывается их классификация.

Согласно классификации магматических пород по застыванию выделяют три их класса: вулканические, плутонические и гипабиссальные. Также данные породы подразделяются на отряды, подотряды, виды, семейства и разновидности. Причем разновидности ничем точно не регламентируются, и выделяются учеными лишь при необходимости.

В зависимости от того, на какой глубине происходит затвердевания магматической массы, выделяют три группы пород.

Магматические породы также классифицируются по уровню залегания на:

Плутоническими называют породы, которые частично либо полностью образованы в нижнем слое земной коры. К таким породам относится, например, гранит, из которого сложены горные образования, расположенные на итальянском острове Сардиния.

Наиболее распространенными образцами эффузивных образований являются базальтовые плато – горизонтально расположенные базальтовые слои различной плотности и толщины. Эффузивными образованиями также являются натеки лавы, сформированные из вытекшей на поверхность магматической массы.

Интрузивные образования, которые иногда называют «плутоническими» или «плутонами», отличаются темной окраской, и характерной геометрией. Среди них различают батолиты — крупные плутоны, дайки – образования, имеющие трубчатую структуру и тонкие образования большой протяженности – жилы.

Классификация метаморфизма

Существует несколько видов классификации процессов метаморфизма. Наиболее точная классификация приведена ниже.

Метаморфизм бывает:

Метаморфизм нагревания характеризуется циркуляцией водных растворов и увеличение давления.

Импактный метаморфизм – процесс, происходящий в результате падения метеоритов и мощных эндогенных взрывов.

Дислокационный метаморфизм характеризуется процессами тектонической деформации.

Изменения, которые происходят в результате нагревания, называют метаморфизмом нагревания.

В ходе взаимодействия водных растворов с горными породами происходит процесс, который называется метаморфизмом гидратации.

Метаморфические породы – формы залегания

Выше описано, что метаморфические горные породы образуются в ходе изменения магматических и осадочных пород. Вследствие этого формы залегания образующихся пород обычно совпадают с формами залегания исходных пород.

Если порода образовывалась в результате метаморфизма осадочных пород, то для них характерна пластовая форма. Если метаморфизму подвергалась магматическая порода, характерно залегание в виде покровов или интрузий.

Метаморфические породы и их текстуры

Существует семь разновидностей текстур:

Раздробление и деформация характерны для катакластической текстуры. Сланцевая текстура характеризуется большим распространением пластинчатых, чешуйчатых и листоватых минералов. Плойчатая текстура характеризуется наличием мелких складок, появляющихся под воздействием давления.

Источник