На основании петрографических признаков и полевых наблюдений большинство метаморфических фаций можно отнести к фациям контактового или регионального метаморфизма. Это двухчленное подразделение отражает существующие различия между обычными видами метаморфизма. Контактовый метаморфизм развивается локально, на относительно небольшой глубине в течение поздней стадии орогении. Региональный метаморфизм проявляется на большой глубине, регионально и сравнительно синхронно с максимумом орогении.
Физические условия контактового метаморфизма: температура 300-800 ºС, давление от нагрузки от 100 до 3000 бар. Давление воды значительно колеблется. Выделяются следующие фации: 1) альбит-эпидотово-роговиковая; 2) роговообманково-роговиковая; 3) пироксеново-роговиковая; 4) санидинитовая. Первые две фации называются зеленокаменными, в отличие от зеленосланцевой фации регионального метаморфизма.
Породы фаций контактового метаморфизма – роговики. Они не имеют сланцеватой текстуры в отличие от пород регионального метаморфизма.
Алтбит-эпидотово-роговиковая фациявстречается на внешнем крае зональных ореолов и переходит по направлению к их внутренней стороне в роговообманково-роговиковую фацию. В слабо развитых контактовых ореолах присутствует только эта фация. В связи с низкой температурой метаморфизма перекристаллизация может быть неполной. В этом случае распознавание парагенезисов фации осложняется ввиду сохранения неустойчивых реликтов и тонкозернистого строения продуктов метаморфизма. Минеральные ассоциации имеют много общего с ассоциациями фации зеленых сланцев. Только различия в условиях локализации и отсутствие сланцеватой текстуры позволяют выделять альбит-эпидотово-роговиковую фацию.
Типичные минеральные ассоциации:
1. Пелитовые роговики (по глинистым породам) - кварц-альбит-мусковит-битит- иногда кордиерит-андалузит и пятнистые сланцы (по кварцево-полевошпатовым породам) - кварц-альбит-эпидот-слюды.
2. Основные роговики (по основным породам) – альбит-эпидот-актинолит-хлорит-кварц.
3. Мраморы – кальцит-тальк-кварц; кальцит-тремолит-кварц; кальцит-шпинель-диаспор. В мраморах с недостатком кремнезема доломит может появляться в ассоциации с кальцитом, тальком и тремолитом.
Роговообманково-роговиковая фациячасто встречается в контактовых ореолах и отличается от альбит-эпидотово-роговиковой фации предпочтительным развитием роговой обманки и плагиоклаза, а не альбита-эпидота-актинолита, а также присутствием иногда диопсида и граната (гроссуляра). Фация возникает при температурах 550-700 ºС и при давлении от 1000 до 3000 бар.
Типичные минеральные ассоциации с избытком кремнезема:
1. По глинистым породам – кварц-мусковит-андалузит-кордиерит; квар-мусковит-биотит-кордиерит.
2. По кварцево-полевошпатовым породам – кварц-плагиоклаз-микроклин-мусковит-биотит; кварц-плагиоклаз-микроклин-биотит-роговая обманка.
3. По известковым породам – диопсид-гроссуляр-плагиоклаз-кварц; диопсид-гроссуляр-волластонит-кварц; диопсид-гроссуляр-кальцит-кварц.
4. По основным породам – плагиоклаз-роговая обманка (кварц-биотит); плагиоклаз-роговая обманка–диопсид (кварц-биотит).
5. По магнезиальным (ультраосновным породам) – тальк-тремолит (кварц); серпентин-кордиерит (кварц).
Типичные ассоциации с недостатком кремнезема:
1. По известковистым породам – кальцит-диопсид-форстерит; кальцит-доломит-форстерит; кальцит-диопсид-волластонит.
2. По магнезиальным породам – форстерит-тальк-тремолит; серпентин-клинохлор; форстерит-тремолит-диопсид; форстерит-брусит-шпинель.
Пироксен-роговиковая фацияприсутствует в самых внутренних зонах некоторых контактовых ореолов очень горячих малых интрузий, застывающих на небольшой глубине. Минеральные особенности этой фации следующие: ассоциация андалузита (силлиманита) и кордиерита с калиевым полевым шпатом в разностях, образованных за счет пелитовых пород; присутствие гиперстена в магнезиальных породах и волластонита в мраморах и скарнах; органиченное распространение биотита и альмандина (граната); отсутствие роговой обманки и мусковита. Эти особенности отличают пироксеново-роговиковую и роговообманково-роговиковую фации. Фация возникает при давлении до 1000 бар и при температуре от 700 ºС до начала плавления пород.
Санидинитовая фацияраспространена только в виде ксенолитов в лавах и дайках магматических пород, а также обломков и брекчий в непосредственной близости к неглубоким интрузиям. Вследствие очень малого давления при метаморфизме этой фации вода и другие летучие вещества легко удаляются из системы и не играют роли катализатора метаморфических реакций. Химическая перестройка пород обычно не завершается и может осуществиться полностью в короткий промежуток времени лишь в условиях очень высоких температур. Подобная комбинация физических условий приводит к следующим результатам: 1) химическое и термическое равновесие достигаются редко, поэтому возникает много неустойчивых реликтов других метаморфических фаций; 2) появляются высокотемпературные минералы (тридимит, муллит и др.); 3) эту фацию определяет санидин (KAlSi3O8) , присутствие которого всегда указывает на быстрое охлаждение при очень высоких температурах.
Лекция 7. РЕГИОНАЛЬНЫЙ МЕТАМОРФИЗМ
Учение о региональном метаморфизме возникло во второй половине восемнадцатого века и развивалось в борьбе двух научных направлений: нептунизма и плутонизма. Нептунисты считали, что метаморфические породы возникли в результате отложения осадков в первобытном океане в условиях особого температурного режима на раннем этапе развития Земли. Плутонисты связывали образование метаморфических пород с внутренним теплом Земли.
В настоящее время считается, что региональный метаморфизм – это совокупность изменений горных пород, вызываемых односторонним и гидростатическим давлением, а также температурой. Он проявляется на больших пространствах, находится в связи с формированием подвижных и складчатых поясов земной коры и в связи с воздействием магмы. Факторами регионального метаморфизма являются температура, литостатическое давление и концентрация растворов, участвующих в минералообразовании. Любой метаморфизм силикатных пород сопровождается изменением содержания воды, углекислого газа и кислорода. Поэтому метаморфизм вызывается, кроме температуры и давления, также воздействием восходящих растворов на горные породы. Причиной восхождения водных растворов является гравитационная дифференциация, выражающаяся в выжимании на поверхность водных растворов, имеющих меньшую плотность, чем горные породы. При просачивании растворов в земной коре возникает метасоматическая зональность: 1) в верхних зонах – региональный метаморфизм; 2) в средних зонах - метасоматические изменения (гранитизация и мигматизация) и 3) на глубине - замещение пород эвтектической магмой. Таким образом, прослеживается неразрывная связь метаморфизма с магматическими явлениями.
Температура и давление являются независимыми переменными. Давление определяется глубиной, а температура – близостью к магматическому очагу и его размерами.
Анализ температурных интервалов устойчивости минералов, содержащих гидроксил, показал, что они одинаковы для магматических, постмагматических и метаморфических процессов и мало зависят от глубины. Даже в наиболее глубинных метаморфических комплексах наблюдаются низкотемпературные гидроксилсодержащие минералы. Этот факт свидетельствует о том. что при метаморфизме имеется избыток жидких водных растворов. Упругость пара этих растворов будет зависеть только от температуры. Насыщенность водных растворов различными веществами препятствует переходу воды в критическое состояние. Минералы, содержащие гидроксильную группу, могут служить показателями температурности метаморфического процесса. При понижении температуры увеличивается роль гидроксилсодержащих минералов.
Углкислый газ при региональном метаморфизме распространен повсеместно. Источником углекислоты не являются местные карбонатные толщи, а ювенильные растворы. Поэтому давление углекислого газа будет зависеть только от общего давления, то есть от глубины, и будет поддерживаться на этом постоянном уровне благодаря запасам в растворах. С увеличением внешнего давления содержание углекислого газа в растворах возрастает. Поэтому, чем больше глубина минералообразования, тем выше давление углекислоты в растворах. Поэтому на определенной глубине ряд богатых кальцием и магнием минералов подвергаются разложению с образованием карбонатов. В каждом метаморфическом комплексе любая реакция с выделением углекислоты соответствует некоторой определенной температуре, а парциальное давление углекислоты пропорционально давлению нагрузки, то есть режим углекислоты зависит от давления.
Таким образом, режим воды при метаморфизме зависит только от температуры, а режим углекислоты – от давления. Общий кислородный режим контролирует степень окисления металлов с переменной валентностью.