МЕТАМОРФИЧЕСКИЕ ГОРНЫЕ ПОРОДЫ

 

Метаморфические горные породы возникают в результате преобразования ранее существовавших осадочных, магматических, а также метаморфических пород, происходящего в земной коре под воздействием эндогенных процессов. Эти преобразования протекают в твердом состоянии и выражаются в изменении химического и минерального состава, структуры и текстуры первичных пород.

К факторам метаморфизма относится воздействие высокой температуры и давления, привнос и вынос вещества высокотемпературными растворами и газами. Большую роль играет также состав исходных, а иногда и вмещающих пород.

По преобладанию тех или иных факторов в ходе преобразования выделяется несколько различных типов метаморфизма: региональный, динамометаморфизм, контактовый, пневматолитовый и гидротермальный.

Региональный метаморфизм вызывается высоким неравномерным давлением и высокой температурой и охватывает большие пространства. Этот процесс сопровождается перекристаллизацией и развитием новых минералов в условиях расплющивания и пластического течения горных пород, что приводит к появлению наиболее характерной для метаморфических образований ориентированности (параллельному расположению) минеральных частиц. Породы, возникшие при региональном метаморфизме являются наиболее распространенными. К ним относятся филлит, сланцы, гнейс, мрамор, скарн, грейзен и др.

Динамометаморфизм возникает под воздействием давления в условиях невысоких температур и заключается в интенсивном дроблении горных пород и минеральных зерен без существенной их перекристаллизации. Под действие тектонического давления возникают тектонические брекчии и милониты.

Контактовый метаморфизм обусловлен действием высокой температуры, паров и растворов, связанных с внедрением магматического расплава. Он проявляется вдоль границ магматических тел и имеет местное значение в преобразовании вмещающих пород, изменении их структуры, текстуры и состава. При этом типе метаморфизма образуются роговики (биотитовые, амфиболовые, известково-силикатные), мраморы.

Пневматолитовый и гидротермальный метаморфизм развивается при интенсивном привносе в породу новых веществ горячими водными растворами и газовыми эманациями, поднимающимися из остывающего магматического очага. При этом происходит изменение не только минерального, но и химического состава пород. В этих условиях образуются скарны, грейзены.

При очень интенсивном привносе новых веществ и замещении первичных минералов химически активными веществами возникает особый вид метаморфизма – метасоматоз.

На различных стадиях метаморфического процесса существуют постепенные переходы между метаморфическими породами и породами, из которых они образуются. Преобразование главнейших осадочных и магматических пород при региональном метаморфизме схематически представлено в табл. 8.

Таблица 8

Преобразование осадочных и магматических пород при региональном метаморфизме

Исходные породы	Метаморфические породы
Глинистые осадочные породы ® аргиллиты	Глинистые (аргиллитовые) сланцы ® филлиты ® кристаллические сланцы ® гнейсы (парагнейсы)
Кварцевые пески и песчаники	Кварцево-слюдяные сланцы, кварциты
Аркозовые песчаники,	Кварцево-слюдяные сланцы, гнейсы
Кремнистые породы (опоки, яшмы)	Мелкозернистые кварциты
Карбонатные породы	Мраморы
Граниты, сиениты	Кристаллические сланцы, гнейсы (ортогнейсы)
Габбро, базальты	Тальковые, хлоритовые, зеленые сланцы, амфиболиты
Ультраосновные магматические породы	Тальковые сланцы, серпентинит (змеевик)

 

14.1. СТРУКТУРЫ И ТЕКСТУРЫ

МЕТАМОРФИЧЕСКИХ ГОРНЫХ ПОРОД

 

Метаморфические горные породы отличаются своеобразным строением. Они являются кристаллическими плотными агрегатами, сложенными зернами различной величины и формы. Для них характерны чешуйчатая и листоватая форма зерна (реже зернистокристаллическая), большая плотность и сланцеватость. Помимо структурных и текстурных признаков своеобразным является и минеральный состав метаморфических горных пород. Их слагают минералы, устойчивые в условиях высоких температур и давления, – кварц, альбит, биотит, роговая обманка, пироксены, магнетит, гематит, а также минералы метаморфического происхождения, характерные только для метаморфических пород – серицит, хлорит, тальк, серпентин, графит, гранат, дистен и др. Определение минерального состава поможет установить, что представляла собой порода до метаморфизма и какие явления обусловили метаморфизм (тип метаморфизма).

Под структурой метаморфических пород понимается строение минеральных агрегатов, которое характеризуется абсолютной, относительной величиной зерна и его формой.

По абсолютной величине зерна выделяются следующие структуры:

· крупнокристаллическая – более 1 мм;

· среднекристаллическая – 1,0-0,25 мм;

· мелкокристаллическая – менее 0,25 мм;

· микрокристаллическая – размер зерна на глаз не устанавливается.

По относительной величине зерна выделяют равномернозернистую и неравномернозернистую структуры.

По форме зерна выделяются следующие структуры:

· зернисто-кристаллическая – порода состоит из зерен различных минералов более или менее изометричных;

· листоватая – минералы представлены в виде листочков крупных и средних размеров;

· чешуйчатая – разновидность листоватой, но с меньшим размером кристаллов минералов;

· игольчатая – порода состоит в основном из минералов игольчатого и волокнистого строения;

· призматическая – порода состоит из мелких кристаллов призматической формы;

· реликтовая – остаточная структура, унаследованная от первичных пород.

Текстура метаморфических пород характеризует порядок расположения минералов в породе и степень ее сплошности.

По расположению минералов в породе различаются следующие текстуры:

· сланцеватая – удлиненные минералы располагаются своими длинными сторонами взаимно параллельно;

· гнейсовая – параллельное расположение таблитчатых минералов при малом содержании чешуйчатых частиц, характерна для гнейсов, где рассланцованы в основном темноцветные минералы;

· полосчатая – с полосчатым расположением минералов разной окраски;

· очковая – со светлыми округлыми пятнами минералов на темном фоне породы;

· плойчатая – с волнообразно изогнутыми слоями по слоистости;

· беспорядочная – с беспорядочным расположением минералов.

По степени сплошности все метаморфические породы являются плотными, компактными.

 

14.2. ОПИСАНИЕ ОСНОВНЫХ ГРУПП ПОРОД

РЕГИОНАЛЬНОГО МЕТАМОРФИЗМА

 

Региональный метаморфизм происходит в широком диапазоне температур – от 300°-400° до 900°-1000°С (при более высоких температурах начинается плавление пород). Давление изменяется от 3-5 до 10-15×10⁸ Па. Увеличение температуры и давления приводит к росту интенсивности метаморфизма, т.е. к возрастанию степени переработки пород.

При региональном метаморфизме возникают определенные виды метаморфических пород, которые по мере возрастания температуры и давления претерпевают закономерные изменения состава, структуры и текстуры. При этом образуются характерные ряды пород, представляющие собой последовательные этапы преобразования исходной породы (см. табл. 8).

Особенно значительные изменения претерпевают глинистые породы. В начальной стадии метаморфизма в условиях низких температур под воздействием тектонического давления они претерпевают рассланцевание и превращаются в глинистые сланцы. Изменения выражаются в появлении тонкосланцеватой текстуры. В глинистом материале появляются скопления мельчайших зерен кварца, микроскопические чешуйки слюды (серицита) и хлорита, кристаллы пирита, углистые частицы. Сланцы обычно сохраняют окраску исходных глин. Они легко раскалываются по сланцеватости на ровные плитки с матовой поверхностью. При возрастании количества кристаллических частиц порода твердеет, превращаясь в кровельные или аспидные сланцы.

Дальнейший этап метаморфизма, связанный с повышением температуры, приводит к полной перекристаллизации глинистого вещества и образованию филлитов. Это микрозернистые полнокристаллические породы с тонкосланцеватой, иногда с плойчатой текстурой. Внешне они сходны с глинистыми сланцами, но отличаются шелковистым блеском.

Филлиты состоят из тонкочешуйчатой массы серицита, хлорита и кварца. Окраска их связана обычно с цветом господствующего минерала или обусловлена примесями.

При повышении температуры и дальнейшем изменении давления филлиты переходят в кристаллические сланцы. В зависимости от состава исходных глин и температурного режима это могут быть слюдяные, хлоритовые или хлоритово-слюдяные сланцы. Они отличаются сильным шелковистым блеском и более крупной величиной чешуек. Структура чаще среднекристаллическая до крупной. Обладают хорошо развитой сланцеватой или плойчатой текстурой. Сланцы состоят из кварца и слюды (мусковита или биотита) или хлорита. Встречаются двуслюдяные сланцы.

Кристаллические сланцы часто содержат также гранат, графит, образующийся из углистого вещества, и другие минералы. Цвет этих пород обусловлен окраской преобладающих минералов. Реже связан с минеральными примесями (гематит, графит).

На конечной стадии метаморфизма глинистых пород они преобразуются в гнейсы(парагнейсы*). Эти образования обладают гнейсовой (полосчатой), реже сланцеватой или очковой текстурой. Структура их зернисто-кристаллическая, средне- или крупнозернистая. Вместо хлорита и слюды, которая сохраняется в небольшом количестве, в гнейсах преобладают полевые шпаты – микроклин и плагиоклаз, много кварца. Присутствуют биотит и мусковит, иногда амфиболы, пироксены, гранаты. Состав гнейсов близок к минеральному составу гранитов, отличаясь от последнего ориентированной гнейсовой текстурой.

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 блестящим 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 кварцитовидные песчаники, а при высокой степени метаморфизма – в парагнейсы, отличающиеся более равномерной зернистостью и повышенным содержанием кварца.

Известняки при перекристаллизации переходят в мраморы. Последние состоят из кальцита и доломита, имеют зернисто-кристаллическую структуру и обычно массивную, нередко расплывчатую полосчатую текстуру. Реже наблюдается сланцеватость.

Кремнистые породы (опоки, яшмы) преобразуются в мелкозернистые кварциты, отличающиеся крайне равномерной слабо различимой зернистостью.

В результате метаморфизма кислых и средних магматических пород (гранитов, диоритов и др.) образуются ортогнейсы и слюдяные сланцы.

Габбро и базальты преобразуются на низшей стадии метаморфизма в зеленые сланцы, состоящие из хлорита, эпидота, актинолита и альбита. Далее они переходят в амфиболиты – массивные крепкие породы сланцеватой или волокнистой текстуры, от темно-зеленого до черного цветов. Они состоят из роговой обманки и плагиоклаза.

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

 

14.3. СПИСОК МЕТАМОРФИЧЕСКИХ ПОРОД ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

 

1. Глинистый сланец.	6. Мрамор.
2. Филлит.	7. Змеевик.
3. Слюдяной сланец.	8. Зеленый сланец.
4. Гнейс (парагнейс и ортогнейс).	9. Тальковый сланец.
5. Кварцит.	10. Хлоритовый сланец.

14.4. МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕТАМОРФИЧЕСКИХ ПОРОД

 

Определение метаморфических пород следует начинать с установления их минерального состава. Вторым важным признаком является текстура. Имеют значение также структура и цвет. Для определения этих пород необходимо пользоваться табл. 9. При исследовании метаморфических пород нужно стремиться установить, что представляла собой горная порода до метаморфизма, и какие явления обусловили метаморфизм (тип метаморфизма). Для полного и уверенного решения этих вопросов необходимо выяснить условия залегания пород и их взаимоотношения с окружающими породами, т. е. изучить породы в естественной обстановке, а также детально исследовать их под микроскопом. Но и предварительное макроскопическое определение очень полезно.

 

14.5. ПОРЯДОК ОПИСАНИЯ МЕТАМОРФИЧЕСКИХ ПОРОД

 

Описание проводится по такому же плану, что и для магматических пород: название породы, цвет, структура, текстура, минеральный состав, жилы и прожилки минералов в породе, посторонние включения и вкрапления. Заканчивается описание названием исходной породы и типом метаморфизма, при котором была преобразована исходная порода.