Глава III

ВЕЩЕСТВЕННЫЙ СОСТАВ МЕТАМОРФИЧЕСКИХ ГОРНЫХ ПОРОД

Вещественный состав метаморфических пород определяется их химическим и минеральным составом и зависит от состава ис­ходных пород и действующих факторов метаморфизма.

Химический состав

Сопоставление химических анализов магматических, осадочных и метаморфических пород показывает, что каждая генетическая группа пород состоит из одних и тех же главных окис­лов: Si0₂, А1₂0_3> Fe₂0₃, FeO, MgO, CaO, Na₂0, K₂0, H₂0, C0₂. Однако количественные соотношения окислов в исходных поро­дах — магматических и осадочных, как правило, различны, что находит отражение в составе метаморфических пород. Поэтому для удобства все наиболее распространенные магматические и осадочные породы стали объединять по признаку химического состава в группы, каждая из которых в различных условиях ме­таморфизма преобразуется в более или менее определенные мета­морфические породы. Такие группы были предложены У. Грубен-маном, Ф. Тернером и др. В данной книге принята схема Н. Л. Добрецова, согласно которой исходные породы объединены в четыре группы:

1. глинистые и кварц-полевошпатовые породы (мет/пелиты);

2. основные и средние магматические породы, туфо;ч .ные по­роды, граувакки, мергели (метабазиты);

3. карбонатные породы;

4. редкие породы: магнезиальные (ультраосновные, щелоч­ные, железистые, марганцевистые.

Данные химических анализов при отсутствии наложенных метасоматических процессов позволяют нередко судить о составу исходной породы и ее генетической принадлежности. Так, резко повышенное содержание кремнезема в метаморфической породе (более 80%) дает основание предполагать, что исходным мате­риалом был кварцевый песчаник; повышенные количества глино­зема, окислов калия, магния, железа свидетельствуют о глини­стом составе первичной породы; высокие содержания кальция — о карбонатном составе и т. п.

¹/я 10 Зак 884

289

минеральный состав

Разнообразие химического состава исходных пород и различ­ные термодинамические условия метаморфизма приводят к ис­ключительному разнообразию минерального состава метаморфи­ческих пород.

Минералы, слагающие метаморфические породы, можно раз­делить на следующие группы:

1. Минералы, широко распространенные как в метаморфиче­ских, так и в магматических породах (полевые шпаты, кварц, слюды, роговая обманка, большинство пироксенов, оливин и др.).

2. Минералы, типичные для осадочных пород (кальцит, доло­мит).

3. Минералы, которые могут находиться в магматических по­родах в качестве вторичных, а также слагать типичные мета­морфические породы (серпентин, хлорит, актиполит, серицит и др.).

4. Специфические метаморфические минералы, присутствие ко­торых возможно только в глубокопреобразовапных метаморфиче­ских породах: дистен, андалузит, силлиманит, ставролит, кордие-рит, некоторые гранаты, везувиан, волластонит, глаукофан и др.

ХАРАКТЕРИСТИКА СПЕЦИФИЧЕСКИХ МИНЕРАЛОВ МЕТАМОРФИЧЕСКИХ ГОРНЫХ ПОРОД

Группа дистена

Эта группа включает три полиморфные модификации одина­кового химического состава Al₂0[SiO\i] — дистен, андалузит, сил лиманит. Каждый минерал отличается от другого структурными особенностями, физическими и кристаллооптическими свойствами и образуется в определенных термодинамических условиях.

Дистен (кианит)

Al20[Si0₄]. Триклинный.

n_g= 1,727—1,734; n_m= 1,721—1,723; п_Р= 1,712—1,718; n_g—n_p = = 0,012—0,016.

Оптически двуосный, отрицательный. 2 К = 82—83°.

Обычно наблюдается в виде удлиненных призматических кри­сталлов в поперечном сечении прямоугольной формы. Цвет голу­бой, синий, иногда зеленоватый, желтый, белый. Блеск стеклян­ный, на плоскостях спайности перламутровый. Спайность совер­шенная по (100) и менее совершенная по (010). Плотность 3,35— 3,65. Твердость 5,5—7.

В шлифе бесцветный или слабо-голубоватый. Рельеф высокий VI группы. Цвета интерференции в сечении, параллельном плос­кости tigtip, желто-оранжевые. В разрезах с хорошо выраженной спайностью погасание близкое к прямому; в разрезах с плохо

290

проявленной спайностью погасание косое. Удлинение положитель­ное. Характерны полисинтетические двойники.

В процессе регрессивного метаморфизма дистен может заме­щаться мусковитом и серицитом.

Дистен имеет наиболее высокий рельеф среди минералов рас­сматриваемой группы; его двупреломление меньше, чем у силли­манита, но больше, чем у андалузита; от последнего он отли­чается, кроме того, положительным удлинением.

Дистен образуется при региональном метаморфизме высоко­глиноземистых пород и является хорошим индикатором очень высоких давлений. Встречается в кристаллических сланцах в парагенезисе со ставролитом.

Андалузит

Al₂0[Si0₄]. Ромбический.

п_в± 1,638—1,650; «,„=1,633—1,644; л_р= 1,629—1,640; n_g—n_P = = 0,009—0,011.

Оптически двуосный, отрицательный. 2К=73—86°.

Ориентировка оптической индикатрисы: «_р||с.

Обычно окрашен в серый, желтый, розовый, красный, бурый цвет. Облик кристаллов призматический с поперечным сечением, близким к квадратному. Встречается в лучисто-шестоватых и зер­нистых агрегатах. Блеск стеклянный. Спайность совершенная по (ПО) с углом между трещинами 89°. Излом неровный, зано­зистый. Плотность 3,13—3,16. Твердость 6,5—7,5.

В шлифе обычно бесцветный или окрашен и слабо плеохрои-рует от бесцветного по n_g до розового по п_р. Образует призма­тические, квадратные, ромбовидные сечения и неправильные зер­на. Рельеф V группы. Цвета интерференции до белых и бледно-желтых. Погасание прямое. Удлинение отрицательное. Нередко кристаллы андалузита переполнены зернами минералов, слагаю­щих основную ткань породы, что придает им ситовидный облик.

Андалузит имеет сходство с ромбическим пироксеном, дисте-ном, апатитом. От пироксена отличается отрицательным удлине­нием, ситовидной структурой; от дистена — отрицательным удли­нением и прямым погасанием во всех удлиненных разрезах; от апатита—более высоким двупреломлением.

Андалузит образуется в условиях невысоких и средних давле­ний и температур. Типичен для роговиков — контактово-метамор-физованных глинистых пород, где он часто ассоциирует с кордие-ритом, но может встречаться и в регионально метаморфизован-ных породах. Андалузит часто содержит включения мельчайших частиц углистого вещества, концентрирующиеся вдоль опреде­ленных кристаллографических направлений. В сечениях, перпен­дикулярных длинной оси кристалла углистые частицы образуют крестообразные скопления. Такой андалузит называется хиасто-литом.

Va 10* 291

Силлиманит

Al₂0[Si0₄]. Ромбический.

п_Й= 1,673—1,683; n_m= 1,658—1,662; п„= 1,654—1,661; n_g—n_p=* = 0,020—0,022.

Оптически двуосный, положительный. 2V=21—30°.

Ориентировка оптической индикатрисы: п₈\\с.

Образует резко удлиненные призматические или игольчатые кристаллы, встречаются волосовидные агрегаты, называемые фиб­ролитом. Обычно бесцветный или белый, реже светло-бурый, се­ро-зеленый. Блеск стеклянный. Спайность совершенная по (010). Твердость 6,5—7,5. Плотность 3,23—3,27.

В шлифе бесцветный. В крупных кристаллах имеет ясную спайность в одном направлении. Рельеф VI группы. Цвета интер­ференции в удлиненных разрезах до синих второго порядка. По­гасание прямое. Удлинение положительное. В шлифе похож на андалузит и тремолит. От первого отличается более высоким двупреломлением и положительным удлинением; от второго — прямым погасанием во всех удлиненных разрезах и спайностью в одном направлении.

Силлиманит — минерал высоких температур и давлений. Встречается в продуктах контактового и регионального метамор­физма глинистых пород—роговиках, кристаллических сланцах, гнейсах.

Ставролит

(Fe², Mg)₂(Al, Fe³)₉0₆[Si0₄]4(0, ОН)₂. Моноклинный (псевдо­ромбический).

л_й= 1,716—1,752; п_т= 1,745—1,753; п_р = 1,739—1,747; п_Й—п_р = = 0,012—0,014.

Оптический двуосный, положительный. 2V = 82—88°.

Ориентировка оптической индикатрисы: п_е\\с.

Цвет красновато-бурый до буровато-черного. Черта белая. Блеск стеклянный. Кристаллы обычно имеют вид коротких тол­стых призм. Очень характерны крестообразные срастания. Спай­ность несовершенная в одном направлении по (0!0). Плотность 3,74—3,83. Твердость 7,5.

В шлифе желтый, отчетливо плеохроирующий: по п_е — ярко-желтый, по п_р — бледно-желтый. Образует удлиненные разрезы, в поперечном сечении — шестигранные и неправильные зерна с ситовидной структурой. Рельеф VI группы. Цвета интерференции до оранжево-желтого первого порядка. Погасание прямое. Удли­нение положительное.

Ставролит при регрессивном метаморфизме превращается в хлоритоид. К химическому выветриванию устойчив и поэтому встречается в обломочных породах.

292

Легко диагностируется благодаря желтой окраске и наличию крестообразных двойников.

Типичен для регионально метаморфизованных глинистых пород.

Кордиерит

Al₃(Mg, Fe+²)₂[Si₅A10i₈]. Ромбический.

n_g= 1,543; n_m= 1,539; «_р= 1,534; n_g—n_p = 0,009.

Оптически двуосный, отрицательный. 2V=45—80°.

Бесцветный или окрашенный в синие, фиолетовые и желто­ватые цвета. Блеск стеклянный. Обычно образует сплошные мас­сы или зерна неправильной формы. Спайность несовершенная. Излом раковистый. Плотность 2,53—2,78. Твердость 7.

В шлифе бесцветный. Рельеф низкий. Цвета интерференции белые. Иногда встречаются полисинтетические двойники в виде параллельных полосок, а также секториальные тройники и ше-стерники. Включения мелких зерен минералов (циркона, ортита, монацита), содержащих в своем составе радиоактивные элемен­ты, вызывают в кордиерите образование лимонно-желтых плео-хроичных ореолов. При отсутствии типичных признаков может быть принят за кварц или плагиоклаз. Легко изменяется с обра­зованием агрегатов тонколистоватой слюды, хлорита, талька или изотропного вещества.

Диагностика кордиерита сложна, так как этот минерал, если он не сдвойникован, очень похож на кварц, а если имеет парал­лельные полисинтетические двойники, то на плагиоклаз. От квар­ца отличается двуосностью, от плагиоклаза — продуктами изме­нения, несовершенной спайностью.

Кордиерит — минерал, характерный для контактового и ре­гионального метаморфизма. Образуется за счет метаморфизма глинистых и песчано-глинистых пород в ассоциации с андалузи­том, гранатом, биотитом.

Лавсонит

CaAl₂(OH)₂[Si₂0₇]H₂0. Ромбический.

п_в= 1,684—1,686; «„=1,674—1,675; п_р= 1,665; n_g—«_р = 0,019— 0,021.

Оптически двуосный, положительный. 2У=76—87°.

Ориентировка оптической индикатрисы: п_р\\с.

Образует пластинчатые, таблитчатые, волокнистые и зерни­стые агрегаты. Плотность 3,09. Твердость 6. Плеохроирует от бесцветного по n_g до синего по п_р. Спайность совершенная по (100) и (010). Удлинение отрицательное. Часто полисинтетически сдвойникован. Лавсонит характерен для пород регионального ме­таморфизма при условии высоких давлений. Постоянный компо­нент жадеит-лавсонит-глаукофановых сланцев.

10 Зак. 884

293

Спуррит

Са₅[СОз(5Ю₄)2]- Моноклинный.

n_g= 1,681; «_m= 1,676; n„= 1,641; n_g—n_p = 0,040.

Оптически двуосный, отрицательный. 2V'=40°.

Ориентировка оптической индикатрисы: cn_g = 22°.

Образует пластинчатые кристаллы и зернистые агрегаты, бес­цветные или окрашенные. Спайность совершенная по (001). Плотность 3,01. Твердость 5.

В шлифе часто наблюдаются полисинтетические двойники.

Образуется только в условиях низких давлений и очень высо­ких температур, что возможно либо в ксенолитах, либо в непо­средственных контактах с интрузиями основного состава.

Мервинит

Ca₃Mg(Si0₄)2- Триклинный.

n_g = 1,718; n_m= 1,711; п_Р= 1,708; n_g—n_p = 0,0\0.

Оптически двуосный, положительный. 2V = 66°.

Ориентировка оптической индикатрисы: с«_р = 36°.

Обычно выделяется в виде пластинчатых кристаллов, иногда зерен. Бесцветный. Плотность 3,15. Твердость 6. Обычны поли­синтетические двойники.

Мервинит образуется в таких же условиях, как и спуррит.

Группа граната

Группа граната состоит из двух изоморфных рядов: альман-динового (Mg, Fe+², Mn)₃Al₂Si30i2 (пироп, альмандин, спессар-тин) и андрадитового Саз(А1, Fe⁺³Cr)2Si30i2 (уваровит, гроссу-ляр, андрадит).

Все гранаты кристаллизуются в кубической сингонии, обра­зуя идиоморфные ромбододекаэдрические кристаллы или непра­вильные изометричные зерна, лишенные спайности. Микроскопи­чески легко узнаются по характерному облику кристаллов, жир­ному блеску, высокой твердости. Почти все гранаты окрашены в различные красноватые, бурые, зеленые цвета. Основные свой­ства гранатов представлены в табл. 24.

В шлифе некоторые гранаты часто имеют ситовидное строе­ние. Рельеф высокий VII группы. Гранаты изотропны, кроме ми­нералов андрадит-гроссулярового ряда, которые могут быть ано­мально анизотропными, обнаруживая темно-серые цвета интер­ференции и сложные секториальпые двойники.

Состав гранатов зависит от состава исходной породы и от условий ее образования.

Железо-магнезиальные гранаты — альмандин и особенно пи­роп— наиболее высокотемпературные минералы кристаллических сланцев, образующихся при региональном метаморфизме глини­стых пород в условиях высоких давлении. Марганцевый гра-

294

1 а б л и ц а 24