3.4.5 Метаморфические процессы

И ИХ МИНЕРАЛЬНЫЕ АССОЦИАЦИИ

Метаморфизм – это преобразование пород под действием термодинамических факторов эндогенного происхождения.

Главные причины – тектонические процессы и магматизм. Метаморфические процессы выражаются в основном в обезвоживании и перекристаллизации пород.

Основные факторы метаморфизма: температура, давление - стрессовое и петростатическое (за счет вышележащих толщ), химически активные вещества.

Метаморфические горные породы очень широко распространенны. Ими практически полностью сложены фундаменты платформ и их обнажающиеся части – щиты. Можно уверенно сказать, что в строении земной коры самыми распространенными являются метаморфические породы.

Виды метаморфизма

В зависимости от преобладания того или иного фактора различают несколько видов метаморфизма.

1. Динамометаморфизм или дислокационный. Факторы: стрессовое давление и температура. Возникает при процессах складкообразования. В результате происходит изменение структуры и частично минерального состава.

2. Региональный (динамотермальный) метаморфизм. Факторы: давление стрессовое и петростатическое, температура. Происходит на больших глубинах, охватывает обширные участки земной коры и особенно распространен в древних и наиболее глубоко погруженных породах.

3. Термальный (контактово – термальный) метаморфизм. Факторы: температура и давление. Связан с изменением горных пород под влиянием температуры внедрившихся магматических масс на вмещающие породы в зоне контакта без воздействия газовых и водных растворов. Происходит обжиг, закалка, и перекристаллизация пород с частичным изменением минерального состава.

4. Ультраметаморфизм. Факторы: температура, давление, химически активные вещества. Это крайняя степень метаморфизма связана с частичным или полным расплавлением горных пород, метасоматозом и перекристаллизацией. Совокупность всех этих процессов ведет к образованию пород типа гранита и называется гранитизацией.

Наибольшее число разнообразных пород, а, следовательно, минеральных ассоциаций создается при региональном метаморфизме. Остановимся на них подробнее.

Минеральные ассоциации и генетические признаки минералов в регионально – метаморфических образованиях

Породы регионального метаморфизма представлены глинистыми сланцами, филлитами, различными кристаллическими сланцами, амфиболитами, кварцитами, мраморами, гнейсами и другими породами.

Главные породообразующие минералы: кварц, полевые шпаты, слюды, пироксены, амфиболы. Наряду с ними присутствуют типично метаморфические минералы: гранаты, андалузит, дистен, ставролит, силлиманит, кордиерит, графит и другие. Для слабометаморфизованных пород характерны тальк, хлориты, актинолит, эпидот, цоизит, карбонаты.

По форме зерен среди минералов распространены листоватые, чешуйчатые, пластинчатые, что связано с приспособлением их к условиям кристаллизации при сильном давлении. Это выражается в развитии сланцеватости. Сланцеватая текстура характеризуется тем, что породы распадаются на тонкие плитки и пластинки. Она является следствием расположения минералов плоскими поверхностями параллельно друг другу. Характерна также полосчатая текстура, выражающаяся в чередовании полос, отличающихся содержанием главным породообразующих минералов.

В настоящее время большинство геологов придерживается классификации метаморфических пород по метаморфическим фациям, исследование которых проведено П. Эскола, Д. С. Коржинским, В. С. Соболевым, А. А. Маракушевым и другими учеными. Метаморфические фации выделяются на основании изучения парагенезисов минералов, которые представляют собой системы, достигшие равновесия при определенных Р—Т-условиях. Таким образом, метаморфическая фация – группа пород, минеральные парагенезисы которых отображают более или менее сходные Р—Т-условия метаморфизма (рис. 3.13).

П о мере изменения Р–Т - условий выделяются следующие главнейшие фации: 1) зеленых сланцев; 2) эпидот-амфиболитовая; 3) амфиболитовая; 4) гранулитовая.

Рис. 3.13 Фации метаморфизма

Фации различаются по нахождению «критических» минералов или минеральных ассоциаций, возможных только в одной определенной фации и не характерных для других.

1. Фация зеленых сланцев охватывает низкотемпературную область регионального метаморфизма. Для нее обычны следующие парагенезисы: хлорит – кальцит – кварц; кварц – альбит – мусковит – хлорит; мусковит – хлорит – актинолит и др. Типичные породы это различные зеленые сланцы, метапесчаники, метаэффузивы и др. Породы зеленосланцевой фации широко распространены в фанерозойских складчатых областях Кавказа, Карпат, Тянь-Шаня, Урала и других районов.

2. Эпидот-амфиболитовая фация отвечает более высоким температурам, для которых хлорит является «запрещенным» минералом. Здесь появляется биотит. Обычные минералы этой фации: роговая обманка, эпидот, биотит, мусковит, кварц, ставролит, хлоритоид. Нижняя граница эпидот-амфи-болитовой фации, возможно, Т ~ 400°С (образование биотита). Типичные породы — андалузитовые, мусковитовые, слюдяные, слюдяно-гранатовые, ставролитовые сланцы и многие гнейсы. Они типичны для тех же областей, что и породы фации зеленых сланцев, но широко ассоциируют и с породами амфиболитовой фации.

3. Амфиболитовая фация охватывает большую область температур и давлений и характеризуется критическими минералами — обыкновенной роговой обманкой и плагиоклазом. Обычные минералы: биотит, амфиболы, плагио­клазы, альмандин, силлиманит, калиевый полевой шпат, кварц.

Породы амфиболитовой фации распространены очень широко: в антиклинальных зонах и поднятиях складчатых областей и срединных массивов палеозойских структур, а также на всех древних щитах. Типичные породы – разнообразные гнейсы (биотитовые, силлиманитовые и др.), амфиболиты, кварциты, в том числе железистые кварциты, мраморы.

4. Гранулитовая фация соответствует более высокому давлению и температуре. Она является «сухой» фацией (среди пород этой фации нет гидроксилсодержащих минералов – роговой обманки, мусковита, биотита). Обычные минералы: пироксены - ромбические и моноклинные, гранат, плагиоклаз, ортоклаз, кварц, силлиманит. «Запрещены» кроме роговой обманки и слюд также эпидот, андалузит, ставролит. Типичные породы – пироксеновые, двупироксеновые гнейсы, гранулиты. Подобные породы распространены в областях докембрийских щитов (Украинский, Балтийский, Алданский, Анабарский) и фундаменте Восточно-Европейской платформы.

Парагенетические ассоциации минералов различных фаций метаморфических пород приведены ниже в таблице 3.5.

Акцессорные минералы: магнетит, гематит, ильменит, графит, турмалин, циркон, рутил, сфен, пирит, апатит.

Минералы, имеющие практическое значение: магнетит и гематит (железистые кварциты), графит, тальк, асбест, андалузит, дистен, силлиманит, гранаты, рутил, мрамор и квар­циты (как горные породы).

Таблица 3.5

Парагенетические ассоциации минералов различных фаций регионально-метаморфизованных пород

Фация зеленых сланцев	Эпидот-амфиболитовая фация	Амфиболитовая фация	Гранулитовая фация
Хлорит'	роговая обманка	роговая обманка	ромбические и моноклинные
'Кальцит	эпидот	средние плагиоклазы	пироксены (диопсид, гиперстен)
Кварц	биотит	биотит
Альбит	мусковит	кварц	гранат
Мусковит	кварц	гранат (альмандин)	основные плагиоклазы
Серицит	кислые плагиоклазы	силлиманит	ортоклаз
Актинолит	ставролит	кианит	кварц
Тремолит	хлоритоид	магнетит	силлиманит
Глаукофан	гранат		форстерит
Тальк	андалузит		рутил
Серпентин	антофиллит
Магнетит	магнетит
Гематит
Графит
Асбест

Кроме отмеченных выше фаций, характерных для регионального метаморфизма, В. С. Соболевым и Н. Л. Добрецовым выделяются также метаморфические фации высоких давлений. К ним относятся, например, фация дистеновых гнейсов и сланцев и фация эклогитов (рис. 3.14).

Рис. 3.14

Фация дистеновых гнейсов и сланцев образует как узкие зоны, связанные с глубинными разломами, так и широкие поля высокотемпературного метаморфизма, сложенные дистеновыми сланцами и гнейсами (например, по южному обрамлению Сибирской платформы).

Эклогитовая фация характеризуется парагенезисом граната, пироксена (и рутила) и отвечает наиболее высокотемпературной области высоких давлений. Эклогитовые породы типичны для наиболее глубоких зон метаморфизма и известны на Северном и Южном Урале, в Казахстане и Якутии. Полагают, что эклогитовые породы, или эклогитовый слой, характерны для оболочки, подстилающей земную кору (для верхних частей мантии).

Минеральный состав метаморфических пород зависит не только от степени метаморфизма, но и от состава исходных пород.

В заключение следует отметить, что установление минеральных парагенезисов метаморфических пород на строго физико-химической основе – важнейшая задача специальной геологической науки — петрологии.