Метаморфізація гірських порід

З тектонічними рухами земної кори i проникненням магми пов’язані складні процеси метаморфiзацiї (з грец. – перетворення) гірських порід.

Під метаморфізмом розуміють значні зміни i перетворення гірських порід на глибині при дії великого тиску, високої температури, гарячих розчинів i газових компонентів.

Метаморфізації можуть зазнавати будь-які породи: осадочні, магматичні i ті, що вже зазнавали раніше цього процесу i повторно попали в аналогічні умови. При цьому некристалічні породи стають кристалічними або вони перекристалізуються (змінюють розмір і форму кристалів, втрачають домішки в них), міняється структура i текстура, а в ряді випадків – i змінюється мінеральний склад без переходу в рідинну стадію (за виключенням стадії ультраметаморфізму).

Зі збільшенням температури на глибині, відбувається послаблення зв`язку між атомами в мінералах, зростає розчинна діяльність гідротермальних розчинів, підвищується хімічна активність багатьох сполук. Наприклад, кварц в нормальних умовах не здатний до хімічних сполук, але на глибині при високій температурі він утворює ряд сполук, які знову стають стійкими у нових фізико-хімічних умовах, а карбонатні породи в зоні контакту з магматичними інтрузіями можуть перетворитись у мінерали класу силікатів.

Швидко змінюючись з глибиною, тиск на глибині 10 км досягає 2600 атм. Тут роздавлюються найміцніші породи. Разом з тим, в цих умовах підвищується розчинність мінералів i відбувається перегрупування їх елементарних частинок і утворення нових мінералів.

Слід підкреслити, що при дії температури i тиску зміна гірських порід відбувається без загальної (валової) зміни хімічного складу. Але коли метаморфiзацiя порід здійснюється за участю магми, то мінеральний склад змінюється досить помітно – особливо під впливом литких компонентів, що виділяються з магми i гідротермальних розчинів.

Типи метаморфізму

В залежності від переваги тих чи інших факторів, які зумовлюють зміни гірських порід, виділяють три основні типи метаморфізму: контактний, динамічний (або дислокаційний) i регіональний.

Контактний метаморфізм пов`язаний з проникненням магми в земну кору. Він спостерігається на контакті інтрузій i навколишніх гірських порід. Зміни відбуваються не тільки в оточуючих породахд породах, а й в зовнішній частині магматичних інтрузій. Ці зони, мають свої назви. Та, яка оточує інтрузію, має назву зони екзоконтактного, а внутрішня частина інтрузії – ендоконтактного метаморфізму.

Зміни гірських порід в екзоконтактній зоні відбуваються не тільки під впливом температури i тиску, а i при дії летючих компонентів i розчинів. З їх впливом пов’язаний метасоматоз - процес заміни мінералів або гірських порід іншими зі зміною хімічного складу.

З метасоматозом пов`язано утворення багатих на цінні мінерали порід, що одержали назву грейзенів, березитів, скарнів та ін.

Грейзени формується при температурі 300-350⁰ С. Ці породи бувають різними (в залежності від хімічного складу розчинів) i утворюються у вигляді жил і пластів. Головні мінерали грейзенів: кварц, слюда, топаз, турмалін, флюорит, берил, рутил, вольфраміт, молібденіт та інші.

Березити утворюються при температурі 250-300⁰С і кислотності розчину (РН) від 3,5 до 5,5. В них є руди золота, срібла, молібдену, цинку, свинцю, міді та ін.

Карбонатні породи, такі як вапняки i доломіти, в результаті метасоматозу перетворюються у скарни - породи, які складаються переважно з піроксену, гранату та інших карбонатно-залiзистих мінералів. У більшості випадків вони виникають при інтрузіях гранітних або гранодiоритних магм на середніх глибинах.

З грейзенами i скарнами пов’язані різні рудні родовища. Іноді цілі пласти вапняку заміщуються рудами. Типовими мінералами контактної зони є магнетит i гранат. На деякій відстані в пластах утворюються сульфідні руди: міді, свинцю, цинку, вольфраму, олова та інших.

Отже, в результаті складної взаємодії, іноді з накладкою різних видів метаморфізму, в зоні контакту утворюється ореол метаморфічних порід, ширина якого коливається від кількох метрів до кількох кілометрів. Це залежить від ряду факторів: величини інтрузивного тіла, складу магми, оточуючих порід та умов їх залягання. Широкі зони контактного метаморфізму утворюються при великих інтрузіях кислих магм, які багаті на летючі компоненти та при горизонтальному заляганні оточуючих порід.

Динамічний (або дислокаційний) метаморфізм, пов’язаний з тектонічними рухами земної кори. Він відбувається одночасно з процесами складкоутворення i розривоутворення.

При динамометаморфізмі змінюється лише структура гірських порід. На заміну старої виникає нова, з добре вираженою орієнтацією мінералів. У деяких кристалів перебудовується навіть кристалічна решітка i змінюється орієнтація їх осей.

Про те, що порода побувала в умовах динамометаморфізму свідчить її сланцюватість і до здатність розколювання по площинах сланцюватості. Це може бути зумовлено орієнтацією мінеральних зерен або дрібних тріщин.

Динамометаморфізм може проявлятись також у роздробленні порід i мінералів. Такі породи називаються катакластичними (наприклад, катакластичними гранітами, кварцитами i т.д.).

При значному роздробленні породи переходять у тектонічні брекчії. При ще більшому їх роздробленні i перетиранні утворюються нові світлі сланцюваті породи, які називаються мiлонiтами (з грец. “міле” – млин).

Всі гірські породи, які зазнали динамометаморфізму, називаються тектонітами.

Регіональний метаморфізм (від лат. regionalis – обласний, територіальний) – це найбільш поширений вид метаморфізму. Він охоплює великі товщі різноманітних гірських порід на великих територіях.

Регіональний метаморфізм відбувається майже виключно в рухомих зонах земної кори – геосиклінальних областях, які на протязі тривалого часу зазнавали великих опускань i нагромадження потужної товщі осадочних порід. Там процес їх метаморфізації відбувається при дії високого тиску i температури, але переважно без магми. В результаті цього породи кристалізуються, переходять у різні сланці, гнейси та інші метаморфізовані породи. Хімічний склад порід майже не змінюється. Зберігається у більшості випадків і їх первинна шаруватість. Цікаво, що коли ці породи в результаті тектонічних рухів виходять на поверхню, то в їх складі знову появляються мінерали, які характерні для менших температур i тиску. Це явище називається регресивним метаморфізмом (або дифторезом).

Ступінь метаморфізації гірських порід залежить від глибини, температури i тиску. Це зумовлює вертикальну зональність того чи іншого комплексу метаморфізованих порід. Теоретично таких зон три: верхня, середня i глибока.

Верхня зона (епiзона) – характеризується слабким проявом метаморфізму, який протікає при невисокій температурі i петростатичному тиску, але при сильному однобічному (тектонічному) тиску. В цій зоні утворюються такі метаморфічні породи як філіти, талькові i хлористі сланці та iн.

Середня зона (мезозона) – характеризується високим петростатичним тиском i високою температурою, а іноді інтенсивним однобічним тиском. Тут розвинені слюдяні сланці, гнейси, кварцити, мармури та інші породи.

Глибока зона (катазона) – характеризується дуже високим петростатичним тиском i температурою. Однобічний тиск виражений слабо. Гірські породи характеризуються відсутністю сланцюватості. До них відносяться біотитові i піроксенові гнейси, амфіболіти та інші породи, які складаються з високотемпературних мінералів – основного плагiоплазу, олівіну, гранату тощо.

Теорія зональності метаморфізму користується широким визнанням. Однак, її слід розуміти як загальну схему. Нові дослідження в межах Балтійського i Українського щитів показали, що ступінь метаморфізму не завжди пов`язана з глибиною. Дотримуючись цієї теорії, слід враховувати ще цілий ряд факторів, які впливають на процес метаморфізму: інтрузій магми у середню і навіть верхню зони і тектонічних рухів, завдяки яким можуть вiдбуватись зміни на відносно невеликій глибині. Тому багато геологів, вживаючи термін "епiзона", "мезозона" i "катазона", не пов`язують їх з глибиною, а розуміють як вираз ступеня метаморфізму.

Як найвищу стадію регіонального метаморфізму розуміють ультраметаморфiзм, при якій діють всі фактори – температура, тиск i метасамотоз. Для неї характерне часткове або повне розплавлення порід.

Розплави, що утворюються при ультраметаморфiзмi, проникають у навколишні породи. Відбувається ніби ін’єкція розплавленого магматичного матеріалу в оточуючі породи i утворення нових (змішаних) порід. Тому ультраметаморфiзм іноді ще називають ін’єкційним метаморфізмом. А породи, які утворились від такого змішування називають мігматитами (з грец. “мігма” – суміш).

З процесом ультаметаморфiзму ряд вчених пов’язують гранітизацію, яка призводить до утворення гранітних масивів, що сягають розміру батолітів. Цим процесом можна пояснити і формування гранітної оболонки, тобто там де були геосинклінальні умови – на місці сучасних материків.