Метаморфические процессы минералообразования

Осадочные горные породы благодаря движениям земной коры могут попасть в более глубокие зоны литосферы, где существуют иные термодинамические, чем на поверхности. При этом они будут испытывать изменения – метаморфизм, главными факторами которого являются температура и давление. Механизм метаморфических процессов заключается в обезвоживании, перекристаллизации и метасоматических явлениях. Так, известняк, подвергаясь метаморфизму, переходит в кристаллическую зернистую породу – мрамор, песчаник – в кварцит, глинистые породы – в филлиты и затем в кристаллические сланцы и гнейсы. Метаморфизму могут подвергаться не только осадочные, но и изверженные породы.

Выделяют гидротермальный метаморфизм, который также иногда называют околожильным или околотрещинным, заключается в метасоматической переработке газовыми и водными растворами вмещающих пород вдоль трещин и гидротермальных жил.

К околожильному метаморфизму могут быть отнесены протекающие в связи с жирообразованием процессы грейзенизации, турмалинизации, окварцивания, березитизации, хлоритизации, оталькования и др.

Контактовый метаморфизм проявляется на контакте двух пород, обычно изверженной и осадочной.

Если магматический расплав, имеющий температуру около 1000⁰ и богатый различными газами, под большим давлением внедряется в вышележащие породы, то естественно, последние должны с ним реагировать, особенно если это химически активные породы, такие, как известняки.

Контактовый метаморфизм может происходить без существенного переноса новых веществ из магмы и с привносом их в контактовую зону. При контактовом метаморфизме практически без привноса веществ происходит только обжиг в контактовой зоне, частичная ассимиляция осадочного материала и его перекристаллизация. Так образуются, например, контактовые роговики. Наиболее сильно явления контактового метаморфизма проявляются при внедрении интрузии в карбонатные породы. Алюмосиликатная (гранитная) магма и карбонатная порода (известняк) реагируют между собой, в результате чего образуются комплекс новых минералов, характерных исключительно для контактовой зоны этих пород. В качестве примера таких минералов можно назвать волластонит Ca₃[Si₃O₉] и гроссуляр Ca₃Al₂[SiO₄]₃. Кальций в них заимствуется из карбонатной породы, а глинозём и кремнезём – из алюмосиликатной магмы и её эманаций.

Реакции между алюмосиликатной и карбонатной породами происходят особенно интенсивно, когда в контактовую зону попадают послемагматические растворы, нередко привносящие редкие вещества. По своей природе эти растворы, вероятно, близки гидротермальным растворам. Они используют зоны контакта разнородных пород как места, наиболее ослабленные и следовательно, удобные для проникновения.

После магматические растворы могут привносить с собой в боковые породы железо, марганец, вольфрам, молибден, свинец, цинк, кремнекислоту, щелочи и другие вещества. При посредстве этих растворов происходит диффузионный обмен различными компонентами между контактирующими средами. Так, кальциевые соединения диффундируют из карбонатной породы, к граниту в обратном направлений происходит диффузия соединений кремния и алюминия.

Реакционный обмен компонентами и присутствие новых веществ, привнесённых растворами, ведут к тому, что в контактовой зоне образуются своеобразные породы – скарны (рис.48).

Скарны – метасоматические породы, образовавшиеся в контакте гранитоидных интрузии с карбонатными породами при обязательном участии послемагматических растворов.

Таким образом, скарны образуются в результате взаимодействия трех сред: двух различных по составу вмещающих пород и послемагматических растворов. Послемагматические (гидротермальные) растворы, вызывающие явления метасоматоза, в скарнах развиты очень сильно, отсюда скарновый процесс называют также контактово-метасоматическим.

Характерными минералами скарнов являются пироксены (диопсид, геденбергит), гранаты (гроссуляр, андрадит) и другие более сложные силикаты, содержащие кальций; из рудных минералов – шеелит, молибденит, магнетит, халькопирит, галенит и сфалерит.

В строении скарнов наблюдается зональность в распределении минералов от гранитоида к известнякам, она обусловлена диффузивной подвижностью компонентов. Так, соединения кальция, кремния и алюминия менее подвижны, чем соединения щелочных элементов, магния и железа.

Обычно различаются известковые и известково-магнезиальные скарны; первые связаны с контактами известняков, вторые – с контактами доломитов. Ассоциация минералов в них различны: в известковых скарнах развиты кальциевые силикаты, в известково-магнезиальных – силикаты магния.

В разработке теории скарнообразования большую роль сыграли Д.С. Коржинский, П.П. Пилипенко, Н.А. Смольянинов и другие ученные.

Региональный метаморфизм протекает на больших глубинах и захватывает огромные площади.

При региональном метаморфизме, например в результате перекристаллизации при одностороннем давлении, могут образоваться минералы, которые в других условиях не возникают. Типичные минералы регионального метаморфизма – слюды, гранат, дистен, андалузит и д.р. они являются породообразующими для широко распространенных метаморфических горных пород – кристаллических сланцев и гнейсов.

В процессе регионального метаморфизма иногда возникают крупные месторождения железных руд, например железные руды в так называемых железистых кварцитах (Кривой Рог, Курская магнитная аномалия).

С региональным метаморфизмом связывают также образование так называемых сухих трещин. Эти жильные тела, развиты в метаморфических породах, образуется благодаря тектоническим напряжениям в местах разрыва. Минеральный состав их мало отличается от состава вмещающих пород. В таких жилах благодаря свободному росту в открытой трещине минералы образуют крупные кристаллы и друзы. Возможно, что в образования их принимали участие и низкотемпературные гидротермальные растворы.

Подобные жилы впервые были встречены и описаны в Альпах и поэтому получили название жил альпийского типа. Многие из них являются источником горного хрусталя (пьезокварца), лунного камня (адуляра) и других минералов.