Вопрос 6. Структуры и текстуры метаморфических пород.

Структура горных пород определяется особенностями их строения, обусловленными размером и формой минералов. Текстура характеризуется взаимоотношениями и пространственным расположением минеральных агрегатов.

Структура – полная характеристика внутреннего строения гп, отражающая условия и механизмы ее формирования. Структуры и текстуры делятся на:

- реликтовые (до бластеза)

- бластические (метаморфогенные)

- катакластические (механического дробления) – не связаны с перекристаллизацией

В узком смысле структура включает сведения о:

- степени кристалличности породы (полнокристаллическая)

- абсолютных размерах минеральных зерен (крупно, мелко)

- относительных размерах минералов (соотношение друг с другом)

- морфологии (форме) минеральных индивидов

- особенности соотношения зерен друг с другом

Вспомни о лепидобластовой, гранобластовой и смешанные. Ну и зернистость. Метаморфические породы по размеру кристаллов подразделяются на микрокристаллические (или тонкозернистые) с зернами размером 0,01—0,1 мм, мелкокристаллические (0,1—1,0 мм).среднекристаллические (1,0—5,0 мм), крупнокристаллические (5,0—10,0 мм) и гигантокристаллические (более 10,0 мм).

Морфология минеральных зерен.

Есть несколько типов:

- если порода сложена полигональными зернами минерала, не имеющими собственной кристаллографической огранки (аморфная) – это гранобластовая структура. В данном случае мы не рассматриваем пространственную ориентировку минералов и прочее – это все к текстуре. ГБ структура может не иметь ориентировок зерен, а может и иметь ориентировку.

- Некоторые минералы (листовые силикаты) стремятся образовать уплощенные зерна вдоль плоскости базы пинакоида – это слюды, хлориты, … Часто при процессах бластеза эти минералы формируют уплощенные и чешуйчатые агрегаты. Это лепидобластовая структура. При совмещении – и структура называется также – грано-лепидобластовая например.

- Амфиболы цепочечные силикаты, а также пироксены – стремятся сохранить столбчатую форму с закономерными кристаллографическими удлинениями. И вне зависимости есть ориентировка или нет эту структуру называют – нематобластовой.

- если минералы склонны образовывать кристаллы с очень большим удлинением, спутано - волокнистые агрегаты (например, силлиманит). Такая форма выделения называют фибролит, а структуру соответственно – фибробластовой.

Не зависимо от того какие в целом размеры зерен, важно как они соотносятся между собой. Если между собой зерна обладают близкими размерами – то структура будет гомеобластовая (аналог равномернозернистой) структура.

Если же зерна одного и того же минерала отличаются друг от друга существенно, то структура – гетеробластовая.

Некоторые минералы на фоне общей массы формируют крупные кристаллы (на порядок отличающиеся по размерам), если они формируются за счет твердофазового преобразования, то они называются порфиробласты. Если в биотитовом гнейсе с порфиробластами граната: то структура – лепидогранобластовая матрица, и порфиробластовые выделения гранаты.

Похожа на гранобластовую, есть структура реликтовая – бластопорфировая. Это реликтовая структура сформированная до бластеза. Чаще всего, она проявлена в ортопородах. При низких Т, часто остается гидрогенность вещества, и она наследуется метаморфической породой. В микроскопе можем видетьконтур вкрапленники, а внутри уже новообразованная порода.

Текстура характеризует:

- степень заполнения пространства твердыми фазами (пористость)

- пространственную неоднородность в распределении составных компонентов (например, различных минералов, пустот, зерен разного размера). Ее описывают как полосчатую, линзовидную, пятнистую и другие текстуры. Сюда же и слоистая.

- предпочтительные пространственные ориентировки минеральных зерен и агрегатов (морфологическую, кристаллографическую). Могут быть плоскостную (гнейсовые и сланцеватые) или линейными (линейность).

Полосчатость.

Термин не несет генетической нагрузки, просто различающиеся полосы. А слоистость – несет, мы подразумеваем некий процесс формирования структуры. И если породы слоистые вовсе не значит, что они будут полосчатыми (и наоборот). Ну и чем выше Т тем это явнее.

Есть сегрегационная полосчатость – т.е. разделение. В метаморфическом процессе есть несколько явлений таких, например рост порфиробластов – тоже процесс сегрегации.

Плоскостные и линейные текстуры.

Плоскостные текстуры могут создаваться разными минералами и размерами или формами (в западной литературе термин сланцеватость – всеобъемлющий). Гнейсовые – для гнейсов, а для всех остальных пород – гнейсовидная)) Сланцеватую текстуру создают пластинчатые по форме минералы, но сланцеватость могут создавать зерна и внематобластовых агрегатов, например с удлинением в одном направлении.

Линейность – это вытянутые в одном направлении зерна, и при этом параллельны друг другу. Располагается в плоскости полосчатости либо сланцеватости. В шлифе оценить пространственную ориентировку можно, только если он делан специальным образом.

Для отбора таких образцов прямо в поле определяются три направления деформационных напряжений. В идеале будем видеть изоклинальные складки. Линейность указывает на направление пластического течения вещества, и вдоль этих направлений нарезаются шлифы.

Факторы, определяющие структурно-тестурный облик породы:

- состав и строение субстрата

- физико-химические условия (Т, Р, состав флюидной фазы)

- кинетика (скорость) изменения условий и протекания физико-химических процессов

- деформирующие напряжения (дифференциальный стресс) – при метаморфизме набор минералов не определяют. но определяет их текстуры и структуры.

Бластез – совокупность твердофазовых физико-химичесих процессов.

Делится на: - твердовазовую кристаллизацию – полистадийный процесс, включает:

1. Пересыщение среды каким то компонентами, возникающими за счет минеральных реакий, когда оно достигает критического значения

2. Нуклеация (формирование зародыша новой кристаллической фазы)

3. Рост кристаллических индивидов (осаждение кристаллизующихся компонентов). Растущий порфиробласт захватывает пойкилобластовые включения минералообразующей среды. Пойкилобласты – включения метаморфических породах.

Пример1: Превращение габбро-норита в гранатовый амфиболит:

opx+PL an+H2O=Grt+Hbl+Pl ab

Роговая обманка формирует сплошную гранобластовую кайму, а гранат отдельные крупные идиобласты. Гранат и амфибол – два новых минерала появляются, но по разному. Почему такая разница? Она контролируется свойствами самого вещества – силами поверхностного натяжения или поверхностной энергией (нескомпенсированных связей). Минерал, обладающий большей поверхностной энергией, образует меньшее количество зародышей. ПЭ минералов определяется и свойствами окружающей среды.

Пример2: Образование симплектитовых срастаний. Otp+qtz=Di+Ab

Омфацит + кварц = диосид+ альбит

И в результате клинопироксен – плагиоклазовый симплектит (совместное создание нескольких минеральных фаз) полностью замещает кристалл омфацита.

Перекристаллизация – процесс изменения формы и размеров минеральных зерен. Делится на химическую и деформационную.

• Химическая – движущая сила или минимизация свободной поверхностной энергии (потенциальной) и энергии дефектов их внутреннего строения.

Сюда входит:

- локальное растворение минеральных зерен

- транспортировка растворенных компонентов

Виды и основные ее механизмы :

- перекристаллизация под давлением (заполнение пор например)

- редукция межзерновых границ (это всегда увеличение площади поверхности, или увеличение количества поверхностной энергии, и чтобы ее минимизировать, нужно выровнять границы).

- миграция межзерновых границ (мелкие зерна растворяются, а крупные за их счет будет нарастать).

Процессы перекристаллизации всегда стремяться увеличить размеры зерен, и так изъ выстроить чтобы их энергетический потенциал был наимньшим.

Деформационная перекристаллизация :

Движущая сила – это приспособление к внешнему механизму воздействия за счет направленной миграции дефектов кристаллической решетки

Пластическая деформация – знаем что это такое (без разрыва сплошности).

Дефекты кристаллической решетки:

-вакансии, когда узлы решетки ничем не заполнены,

- и дислокации – прерывание плоскостей решетки , они могут быть винтовые и линейные.

Могут появляться либо в процессе роста кристалла или в процессе деформации кристаллической решетки.

ДП – делится на:

- дислокационное скольжение (направленное движение дислокаций)

- дислокационная ползучесть (направленное движение дислокаций и вакансий)

- объемная ползучесть (направленное движений вакансий)

Есть кристаллическая решетка, к ней прикладывается напряжение и происходит деформация одной из атомных плоскостей (разрывается связь с соседкой и она уходит к другому соседу), образуются две дислокации, и далее, она пошла гулять через кристалл и так изменяется и форма кристалла от первоначально. Важны внешние условия Т, Р, и напряжения.

Структурная петрология – специальная наука этим занимающаяся.

Рекристаллизация – восстановление кристаллической решетки нарушенной вследствие напряжений. Она всегда действует в пределах зерна и направлена на минимизацию дефектов (собирает дислокации вместе, выстраивает их стенку). При дальнейшем развитии, крупное зерно распадается на несколько мелких щерен, но они уже более чистые. Т.е. полная противоположность перекристаллизации.

Динамическая перекристаллизация – это синхронное действие процессов перекристаллизации и рекристаллизации.

Учебник:

Метаморфические породы формируются при перекристаллизации исходного субстрата в твердом состоянии, и их структуры объединяются под названием бластовых. К процессам перекристаллизации относятся также рекристаллизация и грануляция — распад крупного зерна на более мелкие.

Тектонические процессы, вызывающие разрывные и складчатые дислокации, приводят к появлению пластических и разрывных деформаций кристаллов (полигонизации, изгиба, кручения). Поэтому метаморфизм начинается с грануляции таких деформированных зерен, что особенно хорошо видно в мономинеральных породах (кварцитах, мраморах, плагиоклазитах и др.).

Образование метаморфических пород в общем случае происходит в условиях одностороннего давления (стресса) и хатеризуется принципом Рикке, согласно которому растворимость минерала возрастает в месте приложения давления. В результате зерна растворяются в направлении стресса и растут за счет освобождающегося вещества в перпендикулярных правлениях. Такая направленная перекристаллизация создаст главную текстурную особенность метаморфических пород — сланцеватость или гнейсовидность, обусловленную однонаправленной ориентировкой минералов. Обычно это параллельная ориентировка, подчеркнутая листоватыми минералами. Шестоватые минералы могут создавать линейно-параллельный текстурный рисунок метаморфических пород.

Размеры зерен слагающих породу минералов могут быть близкими, и тогда структура породы называется гомеобластовой (сходный, подобный). Когда размеры зерен заметно различаются, порода имеет гетеробластовую (другой, иной, особый) структуру. Резко выраженная гетеробластовая структура с крупными минералами, находящимися в мелкозернистой матрице, называется порфиробластовой, а ее крупные зерна — порфиро-бластами. Гетеробластовая структура может быть реликтовой, обусловленной сохранением в породе реликтов исходного субстрата. Такая реликтовая структура в отличие от порфиро-бластовой структуры называется бластопорфировой. Бластопорфировые структуры играют важную роль в выяснении природы исходных пород, подвергавшихся метаморфизму.

Порфиробластовые структуры разнообразны по морфологии выделений. Зерна, не имеющие собственной формы, ксеноморфные по отношению к другим минералам, называются ксе-нобластами (чужой, чуждый). Идиоморфные зерна собственной кристаллической огранки называются идиобластами (собственный).

В порфиробластах нередко наблюдается обилие включений минералов, слагаюших мелкозернистую матрицу пород. Они имеют ситовидное или пойкилобластовое строение с неориентированными или ориентированными включениями минеральных зерен. Ориентировка обусловлена ростом порфиробластов в сланцеватых, микроплоичатых и деформированных породах. Сланцеватая, или микроплойчатая текстура пород может прослеживаться за пределы порфиробласта.

В метаморфических образованиях рисунок структуры во многом определяется габитусом преобладающих минералов. Структура породы, сложенной главным образом изометричными зернами (кварца, полевых шпатов, граната, карбонатов и др.), называется гранобластовой. Разновидности гранобластовой структуры, лишенные ориентировки зерен, названы роговиковои, торцовой, или сотовой. Преобладание листовых силикатов (слюд, хлоритов) приводит к появлению лепидобластовой структуры, а структура пород, состоящих из игольчатых, или длиннопризматических кристаллов, называется нематобластовой. В качестве разновидности последней, в случае, когда кристаллы имеют игольчатый облик с очень большим удлинением, выделяется фибробластовая структура. Если рисунок породы определяется несколькими различными элементами, используются двойные термины. В этих случаях название начинается с подчиненного в количественном отношении элемента.

Среди собственных текстур можно выделить ориентированные и массивные. Преобладают ориентированные текстуры плоскопараллелъные, параллельно-пластинчатые и линейно-параллельные, свойственные сланцам, гнейсам и амфиболитам.

Сланцеватая текстура определяется обилием в породе параллельных плоскостей, подчеркивающихся листоватыми и чешуйчатыми минералами, обычно одинаково ориентированными в плоскости сланцеватости.

По мере уменьшения роли слюд сланцы сменяются породами с гнейсовидной текстурой.

Гнейсовидная текстура, как и сланцеватая, относится к числу директивных, т.е. характеризуется закономерной ориентировкой слагающих породу минералов. В определенном смысле гнейсовидная текстура является синонимом грубосланцеватой. Обычно в ней проявлены элементы неясной полосчатости. В зависимости от характера расположения и ориентировки слагающих породу минералов среди гнейсовидных текстур можно различать линейно-параллельную, плоскопараллельную, полосчатую. В линейно-параллельных текстурах минералы при перекристаллизации приобретают ориентировку в одном направлении по длинным осям; в плоскопараллельных — удлинение минералов ориентировано произвольно при условии, что все минералы лежат в одной плоскости. Например, слюды в гнейсовидных текстурах могут давать линейно-параллельные текстуры, когда плоскости и удлинения чешуи параллельны, и плоскопараллельные, когда ориентировка их удлинения беспорядочна при одинаковой ориентировке плоскостей.

Наиболее сложны полосчатые текстуры, которые в метаморфических породах могут быть как реликтовыми, так и сингенетическими. Реликтовые текстуры лучше всего сохраняются в тех случаях, когда метаморфизм происходит вне условий стресса и породы предварительно не подвергались рассланцеванию. Оба эти условия редко соблюдаются, вследствие чего текстура исходной породы всегда в той или иной степени изменяется. Слоистые текстуры исходных пород сохраняются в случае достаточно контрастного различия химического состава исходных слоев и малоподвижного поведения компонентов при метаморфизме.