Размещено на http://www.Allbest.Ru/

Размещено на http://www.Allbest.Ru/

Размещено на http://www.Allbest.Ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации национальный исследовательский Томский государственный университет (НИ ТГУ)

Геолого-географический факультет

Кафедра динамической геологии

КУРСОВАЯ РАБОТА

Тема:

Процессы метаморфизма

Студентка С.И. Четина

Группа №03003

Ст. преп. Н.В. Архипова

Томск-2018



Содержание

• Введение
• 1. Понятие о метаморфизме и его причины
• 2. Факторы метаморфизма
• 3. Типы метаморфизма
• 3.1.1 Термодинамические условия, контактовые ореолы, cтруктурно-текстурные особенности
• 3.1.2 Фации контактового метаморфизма (группа А)
• 3.2 Динамометаморфизм (катакластический метаморфизм)
• 3.2.1 Термодинамические условия
• 3.2.2 Породы динамометаморфизма
• 3.3 Динамотермальный (региональный) метаморфизм
• 3.3.1 Термодинамические условия
• 3.3.2 Фации пород динамотермального метаморфизма
• 3.3.3 Породы динамотермального метаморфизма
• 3.4 Ультраметаморфизм
• 3.5 Полиметаморфизм
• 3.6 Метасоматоз
• 3.6.1 Главные особенности метасоматитов
• 3.6.2 Классификация метасоматитов
• 4. Роль метаморфизма в образовании месторождений полезных ископаемых
• Заключение
• Список использованной литературы


Введение

Процессы метаморфизма относятся к ведущим эндогенным факторам дифференциации литосферы во всем ее объеме и на всем протяжении геологической истории. С ними генетически связаны разнообразные металлические и неметаллические полезные ископаемые.

В курсовой работе метаморфизм рассматривается как единый процесс преобразования ранее существовавших пород, включающий изохимический метаморфизм и метасоматоз. Рассмотрены основные представления о метаморфизме, фациях и типов метаморфизма, а также о метаморфических породах.



1. Понятие о метаморфизме и его причины

Метаморфизм - это процесс преобразования горных пород под воздействием глубинных флюидов, температуры и давления в твёрдом состоянии, без расплавления.

Метаморфизм в широком смысле этого слова охватывает все существенные изменения текстуры, структуры, минералогического и химического составов горных пород в недрах Земли. Метаморфические изменения в горных породах начинаются при повышении температуры до +200°С и увеличении всестороннего, т.е. литостатического давления, вызванного весом вышележащих пород. Однако не только это давление играет важную роль. Не меньшее значение имеет стресс, боковое давление, обеспечивающее различное напряженное состояние горных пород, в результате которого открываются пути для миграции глубинных мантийных флюидов, являющихся главными переносчиками тепла, без которых метаморфическая перекристаллизация ГП обычно отсутствует даже при значительном изменении температуры и давления (ограничивается некоторыми полиморфными превращениями минералов, изменениями их структуры и т.д.).



2. Факторы метаморфизма

Главные факторы метаморфизма - температура, гидростатическое и одностороннее давление, а также химически активные растворы (флюиды). Под влиянием этих факторов в горных породах происходят метаморфические реакции между минералами, которые характеризуются физико-химическими эффектами: тепловыми, объёмными (изменение объёма минералов) и химическими (изменение чисел молей летучих и других компонентов). Эти эффекты определяют меру влияния на метаморфические процессы соответствующих факторов метаморфизма.

Высокая температура является одним из важнейших факторов метаморфизма, роль которой заключается в резком ускорении химических реакций. Это обстоятельство при метаморфизме приобретает особое значение в связи с тем, что метаморфическим изменениям подвергаются породы, сложенные малоактивными при обычных температурах минералами. По данным Джонстона и Ниггли, скорость химических реакций удваивается при повышении температуры на 10°С, при повышении температуры на 100°С скорость реакций увеличивается в тысячу раз, а при возрастании температуры на 200°С - в миллион раз. Максимальные значения температур при метаморфизме ограничены температурой плавления исходных пород. При метаморфизме пород, близких по составу к гранитам, максимальные температуры, по-видимому, не могут превышать 700-750°С, а при метаморфизме пород основного состава 1000-1200°С.

Несмотря на исключительно большую роль высоких температур, действие только одной высокой температуры без участия химически активных растворов не может обеспечить существенной перекристаллизации исходных пород. Только совместное действие высокой температуры и химически активных растворов может привести к коренному преобразованию пород. Источниками повышения температур при метаморфизме могут быть:

1) близость магматических очагов;

2) общее повышение температуры с глубиной;

3) теплота, выделяемая при тектонических движениях;

4) теплота, приносимая из глубин земли сквозьмагматическими растворами.

Высокое гидростатическое давление само по себе может приводить только к уплотнению пород и не вызывает непосредственных метаморфических преобразований. Только в сочетании с другими факторами гидростатическое давление играет большую роль, значение которой оценивается по-разному. Многие исследователи считают, что повышение гидростатического давления существенно меняет направление химических реакций при метаморфизме в сторону образования минералов с малым молекулярным объемом, которые получили название антистресс-минералов (моноклинные и ромбические пироксены, андалузит, кордиерит, некоторые гранаты). При одинаковом химическом составе исходных пород повышение гидростатического давления способствует образованию наиболее плотных минеральных фаз.

Большинство исследователей считает, что высокое гидростатическое давление способствует образованию ряда специфических минералов, которые являются индикаторами очень высоких давлений. К таким минералам относятся дистен, жадеит, пироповый гранат и некоторые другие. Все сказанное выше о гидростатическом давлении относилось к тем случаям, когда метаморфизм происходил с участием воды как главнейшего химически активного компонента. Несколько иную роль играет гидростатическое давление при метаморфизме карбонатных пород, когда главным химически активным раствором является CO2. В этом случае очень большую роль играет газообразная фаза, активность которой определяется давлением. С увеличением гидростатического давления силикаты, богатые кальцием, становятся неустойчивыми и заменяются кальцитом и силикатами, бедными кальцием. Таким образом, минеральные ассоциации, возникающие при метаморфизме карбонатных пород, сильно зависят от величины гидростатического давления.

Абсолютные значения гидростатического давления при метаморфизме могут изменяться в очень широких пределах от давлений, близких к атмосферным, до давлений 25-30 кбар. Долгое время величину гидростатического давления непосредственно связывали с глубиной, т.е. рассматривали давление как литостатическое (давление нагрузки). Вместе с тем расчеты показывают, что давление под континентами возрастает на 270 бар на каждый километр погружения и на глубине 20 км будет иметь величину около 5,5 кбар, что совершенно недостаточно для образования многих минералов высокого давления. В связи с этим В.С. Соболевым с сотрудниками высказано предположение о возможности локального повышения гидростатического давления в связи с мощными тектоническими движениями.

Ориентированное давление (стресс) рассматривается в качестве фактора метаморфизма, однако его роль остается недостаточно выясненной.

По современным представлениям, ориентированное давление играет значительную роль в образовании параллельных (сланцеватых) текстур. Благодаря проявлению стресса может значительно возрастать гидростатическое давление. Стресс при метаморфизме также нередко выступает как каталитический фактор, ускоряющий химические реакции и облегчающий циркуляцию химически активных растворов.

Возникновение параллельной ориентировки минералов под действием стресса связано или с течением вещества в твердопластическом состоянии, или с его перекристаллизацией по правилу Э. Рикке. Последнее выражается в повышении растворимости вещества в участках наибольшего давления, в результате чего минеральные зерна в процессе перекристаллизации преимущественно растут в направлении, перпендикулярном стрессу.

Химически активные растворы являются едва ли не самым главным фактором метаморфизма. Во всяком случае, без участия хотя бы минимальных количеств растворов практически невозможны процессы перекристаллизации при метаморфизме, невозможны процессы взаимодействия между минеральными компонентами исходных пород.

По современным представлениям любой метаморфизм происходит при участии жидких или газообразных растворов, главными составными частями которых является вода, несколько реже, углекислый газ. К ним в переменных количествах присоединяются фтор, хлор, бор и их соединения.

Вопрос об агрегативном состоянии химически активных растворов решается в пользу жидкого или жидкообразного состояния водных растворов. Это подтверждается, по мнению Д.С. Коржинского, независимостью активности воды от величины гидростатического давления. Углекислый газ находится при метаморфизме, повидимому, в газообразном состоянии, что определяет повышение его активности с увеличением давления.

Источники химически активных растворов при метаморфизме разнообразны. Таковыми могут быть небольшие количества растворов, первично содержавшихся в порах и мельчайших трещинках исходных пород. Количество таких растворов значительно варьирует в различных типах пород, однако в среднем, по данным У. Хуана, равняется 3%. Источником химически активных растворов во многих случаях являются магматические расплавы, внедрившиеся в толщу литосферы. Особенно большие количества растворов связываются с кислыми магмами, очень богатыми флюидной массой. Многие исследователи большую роль отводят глубинным сквозьмагматическим растворам, которые, поступая в литосферу, несут не только химически активные вещества (прежде всего Н2O), но и большие запасы тепловой энергии. Во всех случаях количество химически активных растворов остается незначительным, и эти растворы называются поровыми. Их миграция при метаморфизме может осуществляться двумя способами: диффузией и фильтрацией. Диффузионная миграция осуществляется путем перемещения веществ через неподвижные поровые растворы в сторону падающей концентрации. Миграция второго типа, называемая фильтрационной, происходит в результате медленного просачивания химически активных растворов по мелким трещинам, зонам рассланцевания и дробления.

Роль химически активных растворов при метаморфизме очень велика, они могут играть двойственную роль:

1) являться средой, в которой происходит взаимодействие между составными частями породы и катализаторами химических реакций;

2) при метасоматозе химически активные растворы сами являются важнейшими химическими реагентами.

В настоящее время выделяются две большие группы метаморфических процессов: изохимический метаморфизм и метасоматоз (метасоматизм).

Изохимический метаморфизм представляет собой совокупность процессов минералогического и структурно-текстурного приспособления исходных пород к новым PT-условиям, не сопровождаемых коренным изменением их химического состава.

Метасоматоз (метасоматизм) предусматривает процессы метаморфического изменения, при которых происходит не только минералогическое и структурно-текстурное, но и химическое приспособление исходных пород к новым условиям с коренным изменением их химического состава. Процессы метаморфизма подразделяются на типы метаморфизма по интенсивности проявления различных факторов.



3. Типы метаморфизма

Выделяются следующие типы: контактовый (термальный), динамометаморфизм (катакластический), динамотермальный (региональный), ультраметаморфизм и метасоматоз.

3.1 Контактовый (термальный) метаморфизм

3.1.1 Термодинамические условия, контактовые ореолы, cтруктурно-текстурные особенности

Контактовый метаморфизм связан с непосредственным тепловым воздействием магматических масс на исходные вмещающие породы. Наиболее интенсивно он проявляется на контакте интрузивных плутонов и, в значительно меньших масштабах, вблизи эффузивных излияний. При дальнейшем изложении главное внимание будет уделено контактовому метаморфизму, связанному с интрузиями.

Термодинамические условия контактового метаморфизма отличаются значительным разнообразием. При этом главным фактором этого процесса всегда является высокая температура. Абсолютные ее значения зависят от целого ряда тесно взаимосвязанных обстоятельств. Нижний предел температур (порог метаморфизма) определяется В.С. Соболевым в 400°С (температура образования хлоритов), однако, по данным других исследователей, может опускаться до 200-300°С. Верхний предел температур, по-видимому, не поднимается выше 1000°С, а при метаморфизме пород, близких по составу к гранитоидам, они не могут быть выше 700-750°С, поскольку при таких температурах происходит выплавление гранитоидной эвтектики. Температурные условия метаморфизма зависят от глубины становления магматических тел и от состава магмы. Интрузивные тела, формирующиеся на небольших глубинах, отличаются более высокими температурами кристаллизации расплавов, чем интрузии больших глубин. Интрузии и эффузии основной магмы являются более высокотемпературными, чем соответствующие расплавы гранитоидного состава.

Химически активные растворы при контактовом метаморфизме играют роль среды и катализатора химических реакций, и большинством исследователей этот тип метаморфизма рассматривается как изохимический. Главной составной частью химически активных растворов является Н2O, к которой при метаморфизме карбонатных пород в больших количествах присоединяется СО2. Второстепенными, но имеющими большое значение компонентами являются Cl, F и В, а также их соединения.

Гидростатическое давление может меняться в широких пределах - от близкого к атмосферному, при метаморфизме, связанном с эффузивами, и до 3 кбар, соответствующее контактовому метаморфизму максимальной глубинности (10-12 км). Стресс как фактор метаморфизма не играет заметной роли.

Процессы контактового метаморфизма проявляются в химическом взаимодействии между компонентами исходной поро- 38 ды, в результате которого осуществляется полная или частичная ее перекристаллизация с образованием новых минеральных парагенезисов и новых структур, устойчивых при РТ-условиях данного процесса.

Породы контактового метаморфизма называют роговиками или ороговикованными породами в случае, если перекристаллизация не дошла до конца и порода сохраняет реликты минералов и структур первичной породы.

Геологическое положение роговиков и ороговикованных пород определяется их приуроченностью к экзоконтактовым зонам интрузивных тел и эффузивных излияний, где они образуют более или менее широкие окаймляющие полосы. Эти полосы, в которых проявляются процессы контактового метаморфизма, называются контактовыми ореолами. В пределах последних температурный режим закономерно меняется. В непосредственной близости к контакту господствуют наиболее высокие температуры, которые постепенно понижаются по мере удаления от него.

Ширина контактовых ореолов меняется в широких пределах - от нескольких сантиметров близ эффузивных излияний до сотен и даже первых тысяч метров около интрузивных плутонов, и зависит от целого ряда сложно взаимосвязанных условий, главными из которых являются следующие:

1. Размеры магматического тела. Более крупные тела оказываются окруженными и более широкими контактовыми ореолами.

2. Скорость охлаждения магмы, глубина ее становления. Чем больше глубина становления магматического тела, тем более широким контактовым ореолом оно сопровождается.

3. Состав магмы. Интрузивные тела гранитоидного состава обычно окружены более широкими ореолами, чем такие же по размерам плутоны основных пород. Эта закономерность объясняется, по-видимому, обогащенностью кислых магм летучими компонентами, которые пропитывают вмещающие породы.

4. Направление и крутизна падения контактов интрузивных тел. Пологие контакты, падающие в сторону вмещающих пород, сопровождаются более широкими ореолами измененных пород.

Максимальное прогревание вмещающих пород происходит сравнительно за небольшие отрезки времени, измеряемые сотнями лет. Затем в течение длительного периода температура медленно падает, но образование роговиков и ороговикованных пород происходит только при повышающихся температурах, и весь процесс является в отношении температурного режима прогрессивным. При понижении температур скорость химических реакций настолько быстро падает, что высокотемпературные минеральные парагенезисы сохраняются и могут претерпевать только метасоматические преобразования, которые не имеют, как правило, широкого распространения.

Структурно-текстурные особенности роговиков являются их отличительным признаком. Главные минералы для большинства типов роговиков характеризуются субизометричной формой, и даже слюды и амфиболы не образуют в этих породах вытянутых зерен. Поэтому для роговиков характерными являются гранобластовые структуры и их разновидности: микрогранобластовые (роговиковые) и мозаичные, которые часто сопровождаются порфиробластовыми и пойкилобластовыми структурами. В качестве порфиробластовых образований в роговиках могут присутствовать кордиерит, андалузит, гранат и другие минералы. При недостаточно интенсивном процессе ороговикования нередко сохраняются реликтовые структуры исходных пород, к которым добавляется приставка «бласто-», например: бластопесчаная, бластоофитовая и др.. Текстуры типичных роговиков массивные, однако, часто сохраняются реликтовые текстуры: полосчатые, сланцеватые и др. При слабом контактовом воздействии и на начальных стадиях перекристаллизации часто появляются пятнистые текстуры. Характерным признаком для роговиков является раковистый излом.

Динамометаморфизм (катакластический метаморфизм) связан с воздействием на породы сильного стресса при сравнительно невысоких температурах и низком гидростатическом давлении. Химически активные растворы большой роли не играют. В отличие от контактового метаморфизма, при котором главная роль принадлежит перекристаллизации, при динамометаморфизме основным процессом является механическое дробление пород и минералов, переходящее иногда в пластическое течение раздробленных частиц. Породы, возникающие при динамометаморфизме, обозначаются разными терминами и не имеют общего названия.

Динамотермальный (региональный) метаморфизм связан с одновременным воздействием на исходные породы высокой температуры, большего гидростатического давления и сильного стресса. Химически активные растворы всегда участвуют в метаморфизме, но не оказывают решающего влияния на состав пород. Главным преобразующим процессом являются перекристаллизация и, возможно, пластическое течение. Породы этого типа метаморфизма называются кристаллическими сланцами и гнейсами.

Ультраметаморфизм объединяет процессы, происходящие при очень высоких температурах в глубоких зонах литосферы. В процессах метаморфизма участвуют магматические расплавы гранитоидного состава. Породы этого метаморфизма называются мигматитами, которые характеризуются одновременным присутствием метаморфического и магматического компонентов.

Метасоматоз (метасоматизм) связан с одновременным воздействием на исходные породы высокой температуры и химически активных растворов, действие которых приводит к коренному изменению химического состава, в результате привноса одних и выносу других компонентов. Метасоматоз обычно подразделяется на несколько стадий, характеристика которых будет приведена в соответствующем разделе.

3.1.2 Фации контактового метаморфизма (группа А)

Фации контактового метаморфизма отнесены к группе А - фаций низкого давления. По термодинамическим условиям (главным образом по температуре) выделяются следующие фации контактового метаморфизма:

А0 - спуррит-мервинитовая;

А1 - пироксен-роговиковая;

А2 - амфибол-роговиковая;

А3 - мусковит-роговиковая.

Ниже приводится краткая характеристика выделенных фаций (См. Рисунок 1)

Спуррит-мервинитовая фация (А₀). Это наиболее высокотемпературная фация контактового метаморфизма. Породы данной фации встречаются редко и в очень ограниченном объеме. Геологически они приурочены к контактовым ореолам гипабиссальных и субвулканических интрузивных тел ультраосновного и основного состава. Термодинамические условия фации характеризуются следующими параметрами: верхний предел температур ограничивается температурой плавления базальтовых пород, нижний приблизительно оценивается 800°С. Минералогически нижний предел температуры определяется появлением минералов, типичных для пироксен-роговиковой фации.

Рисунок 1. Схема фаций метаморфизма. Группа фаций А - фации контактового метаморфизма; группа фаций В - фации регионального метаморфизма умеренных давлений; группа фаций С - фации метаморфизма высоких давлений

Минералогические парагенезисы характеризуются присутствием многих минералов, которые образуются из сухих расплавов. В карбонатных породах типичными минералами являются ларнит, мервинит, спуррит и некоторые другие. В глинистых породах появляются тридимит, муллит, санидин, нередко присутствует стекло.

Запрещенными минералами являются андалузит, амфиболы, слюды, волластонит, доломит.

Пироксен-роговиковая фация (A₁). Это высокотемпературная фация, которая характеризуется формированием типичных роговиков. Распространение пород данной фации значительно более широкое: она проявляется во внутренних зонах контактовых ореолов основных интрузивных тел. Термодинамические условия: температура 700-800°С. Гидростатическое давление изменяется от первых десятков бар до 3 кбар.

Сверху фация ограничена появлением минералов, типичных для спуррит-мервинитовой фации, снизу - появлением амфиболов, мусковита, парагенезиса кальцит + кварц.

Типичными минералами фации являются пироксены, андалузит, кордиерит, плагиоклазы (исключая альбит), ортоклаз и биотит. Для карбонатных пород характерны парагенезисы: периклаз + кальцит, кальцит + волластонит.

Запрещенными минералами являются мусковит, эпидот, доломит, кальцит + кварц, минералы спуррит-мервинитовой фации: ларнит, мервинит, спуррит и др.

Амфибол-роговиковая фация (А₂). Это фация средних температур. Ее породы пользуются очень широким распространением во внутренних зонах контактовых ореолов гранитоидных интрузивных массивов и в средних зонах габброидных тел. Термодинамические условия: температура колеблется в пределах 500-600°С, иногда при повышенных давлениях незначительно возрастает. Гидростатическое давление может сильно меняться от первых бар до 3 кбар.

Сверху фация ограничена совместным присутствием кальцита с кварцем, снизу - появлением мусковита и ассоциацией доломита с кварцем.

Минералогический состав пород фации очень разнообразен. Обычно характерно широкое распространение амфиболов (обыкновенная роговая обманка, актинолит). В магнезиальных породах наблюдаются ромбические амфиболы. Как и в предыдущей фации, распространены андалузит, кордиерит, плагиоклазы. Для карбонатных пород характерна ассоциация кальцита с кварцем, запрещенная для пород предыдущей фации.

Запрещенными ассоциациями являются: хлорит + мусковит + кварц, доломит + кварц.

Мусковит-роговиковая фация (А₃). Это самая низкотемпературная фация контактового метаморфизма. Пользуется очень широким распространением во внутренних и внешних зонах контактовых ореолов гранитоидных интрузий, а также во внешних зонах интрузивных тел среднего и основного состава. Термодинамические условия: температура может меняться от 500-550°С до нижнего порога метаморфизма (400-300°С). Гидростатическое давление тоже значительно изменяется, однако не превышает 3 кбар. Сравнительно низкие температуры метаморфизма затрудняют перекристаллизацию, поэтому породы фации отличаются мелко- и тонкозернистыми структурами, в них часто сохраняются реликтовые структуры. Минералогический состав характеризуется постоянным присутствием низкотемпературных минералов: мусковита, хлорита, эпидота, альбита и др.

3.2 Динамометаморфизм (катакластический метаморфизм)

3.2.1 Термодинамические условия

Динамометаморфизм (катакластический или дислокационный метаморфизм) объединяет процессы изменения пород под воздействием сильного стресса при незначительном участии других факторов. Температура обычно не достигает высоких значений, химически активные растворы присутствуют в минимальных количествах, а гидростатическое давление во всех случаях остается низким. При таких термодинамических условиях происходит главным образом дробление (катаклаз) пород и минералов, а процессы перекристаллизации играют подчиненную роль. Однако присутствие в породах новообразованных низкотемпературных минералов и образование сланцеватых текстур позволяют считать, что динамометаморфизм проявляется не только в дроблении, но и в пластическом течении и перекристаллизации составных частей.

Воздействие на породу сильного ориентированного давления в условиях невысоких температур и низкого гидростатического давления может проявляться по-разному. Если стресс превышает предел упругости породы, то в ней возникают остаточные деформации или она разбивается на отдельные обломки. Остаточными деформациями реагирует не только порода в целом, но и слагающие ее минералы. Характер деформаций в значительной степени определяется интенсивностью стресса и механическими свойствами минералов.

Кварц, полевые шпаты, пироксены реагируют на стресс, как хрупкие тела. Пластинчатые и листоватые минералы обычно оказываются упругими. В случае воздействия стресса на однородные мелкозернистые и хрупкие породы они могут раздробляться на остроугольные обломки. Пластичные породы (например, глинистые сланцы) при действии сильного стресса могут приобретать сланцеватые текстуры.

Наиболее чувствительными к действию стресса являются зерна кварца, которые по мере возрастания стрессовых напряжений последовательно приобретают волнистое, облачное, мозаичное погасание и затем распадаются на агрегат мелких катаклазированных зерен. Примерно так же на действие стресса реагируют полевые шпаты, у которых, кроме того, появляются микросдвиги, двойники скольжения, однако конечным результатом является образование мелкозернистого агрегата этих минералов. Слюды и другие пластинчатые и листоватые минералы реагируют на действие стресса как упругие тела, их листочки часто изгибаются, а иногда даже гофрируются.

При раздроблении отдельных минералов и пород в целом иногда наблюдается перемещение раздробленных частиц друг относительно друга и, в этом случае, даже хрупкие породы могут приобретать сланцеватые текстуры, вероятно, в результате пластического течения.

Явления динамометаморфизма приводят к повышению проницаемости изменяемых пород для химически активных растворов, поэтому дробление часто сопровождается явлениями перекристаллизации, которые способствуют образованию низкотемпературных минералов: хлорита, серицита, эпидота и др. В таком случае динамометаморфизм сближается с проявлениями низкотемпературного динамотермального метаморфизма.

Геологическое положение продуктов динамометаморфизма определяется их приуроченностью к разрывным нарушениям разного масштаба: взбросам, сдвигам, надвигам, зонам разломов и др. Обычно катаклазированные, дробленые породы образуют линейно вытянутые зоны различной мощности.

3.2.2 Породы динамометаморфизма

Наиболее распространенными породами динамометаморфизма являются какериты, тектонические брекчии, катаклазиты и милониты.

Какериты представляют собой породы разнообразного состава, разбитые трещинками, что обычно обнаруживается при ударе молотком. В этом случае казавшаяся монолитной порода рассыпается на отдельные остроугольные обломки.

Тектонические брекчии - это породы, состоящие из угловатых или линзовидных обломков, которые сцементированы тонкоперетертым материалом того же состава. Иногда цементирующий материал оказывается частично перекристаллизованным и содержит низкотемпературные минералы (серицит, хлорит, эпидот). Нередко тектонические брекчии обнаруживают грубосланцевую структуру и, в таком случае, обломки приобретают линзовидную форму и вытягиваются субпараллельно сланцеватости.

В качестве разновидности тектонических брекчий выделяют тектоническое месиво, представляющее собой породу, сложенную угловатыми или линзовидными обломками хрупких пород, которые цементируются пластичной массой, резко отличающейся по составу от обломков. Тектоническое месиво обычно возникает на контакте пород разной компетентности, т. е. на контакте хрупких и пластичных пород. При этом хрупкие породы могут быть представлены известняками, кварцитами, песчаниками, а пластичные - глинистыми сланцами, мергелями. Образование тектонического месива представляется следующим образом. Действие сильного стресса вызывает дробление хрупкой породы на отдельные обломки, которые, перемещаясь вдоль границы двух пород, захватывают пластичную породу, которая играет роль смазки и является цементирующей массой.

Катаклазиты отличаются от брекчий тем, что дроблению подвергается не порода в целом, а отдельные минералы. С некоторой долей условности можно характеризовать катаклазиты как брекчии с микроскопическими размерами обломков. В описываемых породах не наблюдается существенного перемещения раздробленных частиц относительно друг друга, и порода часто сохраняет первичную текстуру.

Катаклазиты четко отличаются от исходных пород под микроскопом. Причем по степени раздробленности минералов выделяют катаклазированные породы, если процессы дробления только незначительно нарушили структуру исходной породы, и катаклазиты, если структура нарушена очень сильно. При характеристике катаклазитов и катаклазированных пород следует всегда упоминать название исходной породы, например 51 следующим образом: катаклазит гранита либо катаклазированный гранит, катаклазит известняка (мрамора) - катаклазированный известняк (мрамор) и т.д.

При интенсивном катаклазе породу слагают угловатые или линзовидные обломки минералов, которые погружены в мелкозернистую полностью раздробленную массу, в которой иногда появляются низкотемпературные новообразованные минералы (серицит, хлорит, эпидот). По мере возрастания интенсивности стресса в катаклазитах, имеющих до этого массивные текстуры, появляется сланцеватость, и они превращаются в милониты.

Милониты являются продуктами очень интенсивного динамометаморфизма сравнительно хрупких и химически устойчивых пород. По своему характеру милониты являются брекчиями с микроскопическими размерами обломков, которые оказываются перемещенными относительно друг друга с образованием сланцеватой текстуры. Для милонитов характерными признаками являются следующие особенности:

1) микроскопический размер обломков;

2) четкая сланцеватая текстура;

3) монолитность (дробление не делает милонит рыхлым);

4) катакластические структуры;

5) явления дробления преобладают над процессами перекристаллизации.

Главным отличием милонитов от катаклазитов является наличие ясно выраженных сланцеватых структур.

Петрографически милониты представляют собой тонкозернистые породы сланцеватой текстуры, в которых иногда сохраняются линзовидные остатки уцелевших от раздробления минералов и участков породы. Характерным является линейное расположение удлиненных частиц. Во многих случаях обнаруживается предпочтительная ориентировка оптических осей кварца, субпараллельно направлению движения раздробленных частиц. Для расшифровки внутреннего строения милонитов с успехом можно применять микроструктурный анализ.

Милониты возникают главным образом при динамометаморфизме кварц-полевошпатовых пород (гранитоидов, гнейсов, песчаников и др.), однако нередко они образуются и за счет других магматических и осадочных пород.

Для обозначения типов милонитов используются различные термины. В названии милонита по возможности должно найти 52 отражение название исходной породы, за счет которой возник милонит (милониты гранитоидов, милониты габброидов, милониты песчаников и т.п.).

Оригинальную группу представляют милониты, которые образуются за счет эффузивных пород с порфировыми структурами. При возникновении таких пород интенсивному дроблению, прежде всего, подвергается основная масса, а порфировые выделения длительное время сохраняются в виде линзовидных и округлых порфирокластовых зерен (глазков). Если милонит возникает за счет кислой эффузивной породы и порфирокласты в нем представлены катаклазированными зернами кварца и полевых шпатов, которые погружены в тонкозернистую основную ткань, обогащенную серицитом, то такая порода называется порфироидом. Если же дроблению и рассланцовке подвергается эффузив средней основности, то возникающий милонит называется порфиритоидом, который отличается наличием линзовидных катаклазированных зерен плагиоклаза, погруженных в сланцеватую основную ткань, обогащенную хлоритом и иногда эпидотом.

3.3 Динамотермальный (региональный) метаморфизм

Динамотермальный метаморфизм многими исследователями отождествляется с региональным. Однако Н.А. Елисеев (1963) предлагает подразделять динамотермальный метаморфизм на два подтипа: региональный и локальный. Под региональным метаморфизмом предлагается понимать динамотермальный метаморфизм, имеющий широкое площадное распространение. Области развития пород регионального метаморфизма характеризуются выдержанностью простирания метаморфических толщ, одинаковой степенью метаморфизма на значительных площадях, что выражается в постоянстве минеральных ассоциаций в породах близкого химического состава. В отличие от регионального, локальный динамотермальный метаморфизм развивается в узких тектонических зонах, характеризуется быстрой сменой пород различной степени метаморфизма на небольших площадях. Несмотря на эти различия регионального и локального метаморфизма, возникающие в обоих случаях породы очень сходны между собой.

3.3.1 Термодинамические условия

Метаморфические процессы, объединяемые под названием динамотермального метаморфизма, связаны с одновременным воздействием на исходные породы высокой температуры, большого гидростатического давления и часто сильного стресса. Абсолютные значения температур колеблются в очень широких пределах от нижнего порога метаморфизма (300-400°С) до 900- 1000°С. Гидростатическое давление может меняться от 3-3,5 кбар до 15 кбар, иногда 20 кбар.

Роль химически активных растворов при динамотермальном метаморфизме остается недостаточно выясненной. Многие исследователи считают, что этот тип метаморфизма представляет собой изохимический процесс, при котором валовой химический состав исходных пород практически не изменяется, а химически активные растворы играют роль среды и катализатора при процессах перекристаллизации, поэтому мы будем исходить из предположения об изохимическом характере динамотермального метаморфизма, не отрицая отдельные случаи участия метасоматических процессов при формировании пород.

При динамотермальном метаморфизме происходит очень интенсивная перекристаллизация исходных пород, в результате которой ранее существовавшие структуры и текстуры в большинстве случаев полностью исчезают и заменяются разнообразными новообразованиями. Только при сравнительно низких температурах могут сохраняться реликтовые структуры и текстуры.

В связи с тем, что породы динамотермального метаморфизма возникают, в большинстве случаев, в процессе перекристаллизации и при совместном действии высокой температуры, сильного стресса, большого гидростатического давления и при участии химически активных растворов, в них возникают новообразованные разнообразные кристаллобластовые структуры. Наиболее типичными структурами пород являются гранобластовые, лепидобластовые, нематобластовые и переходные между ними разновидности структур. Широким распространением пользуются структуры прорастания (пойкилобластовые, диабластовые). Во многих случаях возникают порфиробластовые структуры, при этом порфиробласты представлены чаще всего минералами, стоящими в верхней половине кристаллобластического ряда: гранатом, ставролитом, дистеном и другими.

Для пород описываемого типа характерно широкое распространение различных параллельных текстур, которые возникают в ходе перекристаллизации и пластического течения при сильном стрессе. Наиболее типичны проявления сланцеватых текстур, часто встречаются гнейсовые текстуры. Только при очень высоких значениях гидростатического давления возникают породы, обладающие массивными однородными текстурами. Нередко в процессе перекристаллизации возникают полосчатые текстуры, обязанные своим образованием процессам метаморфической дифференциации.

геологический термодинамический метаморфизм полезный ископаемый

3.3.2 Фации пород динамотермального метаморфизма

Фациями динамотермального метаморфизма являются фации среднего давления (группа В) и фации высокого давления (группа С) (См. Рисунок 1). Внутри каждой из групп выделяются фации в порядке падающих температур. Приведем краткую характеристику выделенных фаций.

3.3.2.1 Фации среднего давления (группа В)

Фации среднего давления соответствуют обычному динамотермальному метаморфизму. Термодинамические условия изменяются в широких пределах: температура от 300-400°С до 900-1000°С, гидростатическое давление от 3-5 до 10-15 кбар. В этой группе выделяются в порядке уменьшения температур следующие фации: гранулитовая, амфиболитовая, эпидот-амфиболитовая и зеленосланцевая.

Гранулитовая фация (B₁) (фация двупироксеновых гнейсов) является наиболее высокотемпературной в этой группе с колебаниями температур от 750°С до 900-1000°С при гидростатическом давлении от 4-5 до 12-13 кбар. Сверху (в области высоких температур) фация ограничена температурой плавления базальтов, снизу - появлением слюд (низкотитанистого биотита и мусковита).

Наиболее характерными минеральными парагенезисами гранулитовой фации являются: гиперстен + диопсид + калиевый полевой шпат + кварц; гиперстен + диопсид + плагиоклаз + кварц; плагиоклаз + калиевый полевой шпат + гранат + силлиманит + кварц. Запрещенными минералами являются амфиболы, низкотитанистый биотит, мусковит, дистен, ставролит.

Наиболее типичными породами являются гранулиты и двупироксеновые гнейсы.

Амфиболитовая фация (В₂) (фация силлиманитбиотитовых гнейсов) характеризуется менее высокими температурами, которые могут изменяться от 600-650°С до 800°С. Давления такие же, как и в гранулитовой фации, изменяются от 4-5 до 12 кбар.

Сверху фация ограничивается парагенезисом гиперстен + диопсид + калиевый полевой шпат + кварц, который в условиях понижения температур сменяется парагенезисом гранат + биотит + амфибол + калиевый полевой шпат + кварц. Наиболее характерным парагенезисом в основных и средних породах является: обыкновенная роговая обманка + средний или основной плагиоклаз, который является типичным для амфиболитов. Для кислых пород наиболее характерен парагенезис биотит + силлиманит + калиевый полевой шпат + кварц. Запрещенными минералами и ассоциациями являются хлориты, моноклинные и ромбические пироксены, хлоритоид, актинолит, мусковит + кварц, ставролит + кварц.

Типичными породами являются амфиболиты и разнообразные слюдяные гнейсы (См. Рисунок 2, 3, 4).

Эпидот-амфиболитовая фация (В₃) (фация андалузитмусковитовых сланцев) является относительно низкотемпературной: температуры метаморфизма 500-650°С. Давления такие же, как и в предыдущих фациях

Сверху фация ограничивается устойчивостью мусковита с кварцем, а снизу - существованием альмандина, который при менее высоких температурах сменяется парагенезисом хлорита с кварцем, а также исчезновением обыкновенной роговой обманки, сменяющейся парагенезисом актинолита с эпидотом.

Рисунок 2. Биотит-роговообманковый гнейс

Рисунок 3. Гранат-роговообманковый амфиболит

Рисунок 4. Биотит-гранат-роговообманковый амфиболит (средний)

Наиболее типичные минеральные парагенезисы фации: ставролит + кварц; мусковит + кварц; роговая обманка + биотит + эпидот + плагиоклаз (№10-30) + кварц, в этих ассоциациях может присутствовать альмандин, а при повышенных давлениях силлиманит. Запрещенными минералами являются хлориты и калиевый полевой шпат.

Типичными породами являются эпидотовые амфиболиты, мусковитовые и ставролитовые сланцы.

Зеленосланцевая фация (В₄) (фация зеленых сланцев) в группе В является самой низкотемпературной фацией. При этом температуры изменяются от нижнего порога метаморфизма (300-350°С) до 500-550°С. Гидростатическое давление обычное для группы фаций среднего давления - от 4-5 до 12 кбар.

Сверху фация ограничена существованием парагенезиса хлорита с кварцем. Типичными парагенезисами являются: хлорит + кальцит + кварц; доломит + кварц, мусковит + хлорит + альбит + кварц, мусковит + хлорит + актинолит + альбит.

К запрещенным минералам относятся: ставролит, кордиерит, силлиманит, андалузит, альмандин, плагиоклаз с основностью выше № 10, обыкновенная роговая обманка.

Характерными породами являются разнообразные хлоритовые и серицитовые сланцы.

3.3.2.2 Фации высокого давления (группа С)

Эта группа отличается очень высокими давлениями, которые при низких температурах оказываются выше 8 кбар, а при высоких - более 14 кбар. Температурный режим такой же, как в группе фаций В. Породы этой группы фаций приурочены обычно к узким тектоническим зонам и проявляются локально (локальный динамотермальный метаморфизм).

В группе С выделяются следующие фации: эклогитовая, дистеновых гнейсов, дистеновых сланцев, глаукофановых сланцев. Ниже приводится их краткая характеристика.

Эклогитовая фация (С₁) по условиям температуры аналогична гранулитовой, однако она характеризуется очень высокими давлениями (свыше 14 кбар).

Типичный минеральный парагенезис для основных пород: гранат (альмандин-пироп) + омфацит + рутил, дистен + диопсид, гранат + диопсид. Запрещенными являются: ассоциация гиперстена с плагиоклазом, а также ставролит, силлиманит, кордиерит, амфиболы, плагиоклазы.

Характерной породой фации являются эклогиты.

Фация дистеновых гнейсов (C₂) отличается менее высокими температурами, которые близки к температурам амфиболитовой фации (600-650°С до 800°С), давления очень высокие и превышают 10 кбар.

Типичными парагенезисами являются: дистен + калиевый полевой шпат + кварц, основной плагиоклаз + дистен. Могут присутствовать биотит, роговая обманка, кордиерит или гранат. Запрещенные минералы: силлиманит, андалузит, гранат + кордиерит.

Характерными породами являются дистеновые гнейсы.

Фация дистеновых сланцев (С₃) по температурным условиям соответствует эпидот-амфиболитовой фации, но отличается более высокими давлениями (более 15 кбар).

Наиболее распространенные ассоциации: дистен + ставролит + кварц, дистен + мусковит + кварц. Запрещенным минералом является калиевый полевой шпат.

Типичными породами являются дистен-ставролитовые и дистен-мусковитовые сланцы.

Фация глаукофановых сланцев (С₄) (жадеит-лавсонитглаукофановая) является наиболее низкотемпературной (300- 500°С), давления высокие, примерно от 8 до 10 кбар.

Типичными ассоциациями этой фации являются глаукофан + кальцит + эпидот, глаукофан + хлорит + эпидот + жадеит, глаукофан + лавсонит + хлорит. К запрещенным минералам относятся дистен, альмандин, кордиерит, плагиоклаз (за исключением альбита), обыкновенная роговая обманка.

Характерными породами являются разновидности глаукофановых сланцев.

3.3.3 Породы динамотермального метаморфизма

По давно установившейся традиции породы динамотермального метаморфизма подразделяются на кристаллические сланцы и гнейсы, хотя выделение этих типов является в значительной степени условным.

Гнейсами обычно называют гнейсовидные или сланцеватые породы динамотермального метаморфизма, которые по минералогическому составу близки гранитоидам. То есть к гнейсам относятся породы, в которых одновременно присутствуют кварц и полевые шпаты в сочетании с одним или несколькими темноцветными компонентами, которые представлены в различных сочетаниях биотитом, мусковитом, роговой обманкой, моноклинными и ромбическими пироксенами. Иногда роль темноцветных минералов в гнейсах играют такие минералы, как гранат, кордиерит и некоторые другие.

Кристаллическими сланцами называют сланцеватые породы разнообразного минералогического состава, для которых отличительным признаком является отсутствие сочетания кварца с полевыми шпатами, однако по отдельности эти минералы могут играть в породах существенную роль.

В дальнейшем изложении породы динамотермального метаморфизма рассматриваются на основе структурно-текстурных и минералогических признаков, а также термодинамических условий их образования.

1. Метаморфические породы средних давлений:

а) низкотемпературные (филлиты, зеленые сланцы и др.);

б) среднетемпературные (кристаллические сланцы, амфиболиты);

в) высокотемпературные (гранулиты, пироксеновые гнейсы, кристаллосланцы).

2. Метаморфические породы высоких давлений:

а) низкотемпературные (лавсонит-глаукофановые сланцы);

б) среднетемпературные (дистен-мусковитовые сланцы);

в) высокотемпературные (эклогиты).

3.4 Ультраметаморфизм

Под термином «ультраметаморфизм» объединяются метаморфические процессы преобразования пород, при которых ведущими факторами являются не только высокая температура, большое гидростатическое давление, сильный стресс и химически активные растворы, но и гранитоидный магматический расплав. Ультраметаморфизм проявлялся в корневых частях складчатых областей и на ранних этапах формирования кристаллических щитов.

Продуктами этого процесса являются мигматиты, представляющие собой смешанные породы, в которых одновременно присутствует метаморфический и магматический материал. При этом обычно метаморфический материал, называемый субстратом, перемежается с магматическим материалом гранитоидного состава.

Субстрат в мигматитах чаще всего бывает представлен слюдяными гнейсами и амфиболитами, т.е. породами амфиболитовой фации, характеризующейся температурами 650-800°С и умеренно высокими давлениями. Значительно реже субстрат сложен гранулитами, возникающими при более высоких температурах (800-1000°С).

Магматический материал, отвечающий по составу гранитам, аплитам, реже гранодиоритам, может иметь различное происхождение. В одних случаях гранитоидный расплав инъецируется (внедряется) в кристаллические сланцы и гнейсы по ослабленным зонам и, таким образом, генетически не связан с формированием субстрата. В других - магматический материал возникает в результате частичного плавления метаморфических пород. В зависимости от природы магматического материала выделяются два генетических типа мигматитов: артериты и вениты.

Артеритами называют мигматиты, возникающие в результате инъекции (внедрения) магмы из близ расположенных магматических плутонов, в этом случае магматический материал поступает извне.

Вениты - это мигматиты, в которых магматический материал образуется на месте в результате частичного плавления самой метаморфической породы и кристаллизуется без существенного перемещения.

Различить эти два типа мигматитов удается только при углубленных геолого-петрографических исследованиях и далеко не во всех случаях. По морфологическим особенностям выделяют следующие типы: Послойные мигматиты (инъекционные гнейсы) - характеризуются полосчатой текстурой, которая выражается в чередовании полосок магматического материала и метаморфического субстрата. Полоски гранитоидного материала иногда прослеживаются на значительные расстояния.

В некоторых случаях полоски магматического материала и субстрата оказываются собранными в мелкие складочки, и тогда мигматиты называются плойчатыми. Если же полоски магматического материала, причудливо изогнутые в мелкие складочки, пересекают полоски субстрата, то выделяют птигматитовые мигматиты.

Магматический материал иногда не образует сплошных выдержанных полосок, а слагает линзовидные участки, вытянутые по сланцеватости породы. В этих случаях мигматиты называют линзовыми. В тех случаях, когда магматический материал слагает разветвленную сеть аплитовых и гранитных жилок, выделяют ветвистые мигматиты.

Агматиты представляют собой мигматиты брекчиевидной текстуры: обломки субстрата погружены в магматический материал. Теневые мигматиты или небулиты, отличаются тем, что полоски и обломки субстрата приобретают расплывчатые очертания и постепенно переходят в гранитоидный материал. От субстрата остаются только расплывчатые следы или тени. Поэтому мигматиты и получили свое название.

Дальнейшее обогащение теневых мигматитов магматическим материалом знаменует собой постепенный переход мигматитов в теневые граниты или гнейсо-граниты, которые представляют собой уже магматические породы.

Наличие постепенных переходов мигматитов в гнейсограниты свидетельствует о трансформации метаморфических процессов в магматические. Таким образом, во многих случаях зоны ультраметаморфизма являются участками зарождения гранитоидных расплавов в результате реоморфизма. Реоморфизмом называют процесс рождения магмы в результате выборочного плавления метаморфических пород. С этим понятием тесно связаны представления об анатексисе и палингенезе. Анатексис и палингенез в настоящее время рассматриваются как синонимы и обозначают процессы рождения магмы в результате полного или частичного плавления пород.

По геологическим условиям проявления все мигматиты могут быть подразделены на две группы:

1) мигматиты краевых зон гранитоидных плутонов, где они образуют переходную зону от гранитоидных пород к вмещающим породам;

2) мигматиты регионального распространения, не связанные с конкретными магматическими плутонами и обычно развитые 69 среди гнейсов и кристаллических сланцев раннего докембрия кристаллических щитов.

3.5 Полиметаморфизм

При изучении контактового и динамотермального метаморфизма нередко встречаются породы, образование которых обусловлено наложением нескольких метаморфических процессов, не связанных между собой. Совокупность таких метаморфических процессов принято называть полиметаморфизмом. Таким образом, при полиметаморфизме происходит наложение разновременных метаморфических процессов на ранее образовавшуюся метаморфическую породу.

...