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.