1. Факторы и агенты метаморфизма, виды метаморфизма - контактовый, дислокационный, региональный. Метасоматоз. Породы.

Основными определяющими факторами в этих изменениях являются: 1) давление — вес вышележащих пород (так называемое петростатическое давление) или ориентированное тектоническое давление (так называемый стресс); 2) высокая температура и 3) химически активные и весьма подвижные вещества (растворы и газы). При соответственной физико-химической обстановке метаморфизации подвергаются все горные породы — осадочные, магматические и ранее образованные метаморфические. При этом происходит частичная или полная перекристаллизация их, изменяется структура и текстура пород, а в ряде случаев и минеральный состав. Эти изменения горных пород происходят при твердом состоянии вещества, без перехода в жидкую фазу.

Как было уже отмечено, температура с глубиной закономерно нарастает. Повышение температуры ослабляет связь между атомами в минералах, увеличивает растворяющее действие воды, повышает химическую активность многих соединений. В качестве примера можно привести окись кремния, которая в условиях нормальной температуры и давления не способна к химическим соединениям. При повышении же температуры она приобретает свойства химически деятельной кислоты и, взаимодействуя с другими горными породами, образует ряд соединений, устойчивых в новой физико-химической обстановке, что отчетливо проявляется, например, в зоне контакта осадочных карбонатных пород с магматическими интрузивными телами. Процесс заходит так далеко, что карбонаты могут быть преобразованы в силикаты.

Контактовый метаморфизм непосредственно связан с внедрением магмы в земную кору. Вмещающие породы испытывают при этом со сто роны магмы воздействия различного характера. Прежде всего благодаря высокой температуре внедрившегося магматического расплава возникают процессы перекристаллизации, которые могут затронуть в той или иной мере все минералы. Одновременно горные породы испытывают сильное воздействие со стороны газов и паров воды, выделяющихся из магмы, что ведет к химической перестройке многих минералов осадочной толщи.

Контактовый метаморфизм обычно бывает приурочен к сравнительно узкой зоне непосредственного соприкосновения интрузивных тел с вмещающими породами, к так называемым контактовым ареалам; ширина последних зависит от размера интрузий, состава внедрившейся магмы и глубины внедрения. Чем крупнее интрузия, тем большее количество тепловой энергии приносит она с собой и тем шире ареалы контактовых эффектов. Внедрение кислых магм, богатых летучими компонентами (минерализаторами), повышает интенсивность метаморфизма вмещающих пород и ведет к более широким контактовым ареалам, чем при внедрении магм другого состава.

Характер контактовых изменений во вмещающих породах связан с составом последних. Песчано-глинистые породы при метаморфизации переходят в роговики, обладающие плотным зернистым строением и состоящие из кварца, слюды (главным образом биотита), андалузита, силлиманита и других минералов. Исходными породами могут служить в равной мере глинистые и песчано-глинистые породы, кремнистые сланцы, кварцевые и полевошпатовые песчаники и др.

В карбонатных породах, известняках и доломитах, в контактовой зоне большое значение приобретают процессы метасоматоза, протекающие при воздействии подвижных постмагматических растворов. В результате обычные осадочные карбонатные породы превращаются в скарны — породы переменного состава, состоящие в основном из известково-железистых силикатов. Со скарнами бывают связаны различные рудные месторождения — железные, медные, свинцово-цинковые, вольфрамовые и др. Иногда целые пласты известняка замещаются рудами, местами же рудные минералы образуют лишь вкрапленники. Типичным рудным минералом контактовой зоны является магнетит. В некотором отдалении от непосредственного контакта с интрузией образуются сульфидные руды меди, свинца и цинка. Часто встречаются в скарнах гранаты.

Изменения в контактовых зонах наблюдаются не только во вмещающих породах, но и внутри самих магматических пород интрузии, что указывает на взаимодействие магматического расплава с окружающими породами и поступление в магму посторонних веществ. Магматические породы в этом случае обогащаются не свойственными им минералами, и этот процесс получил наименование контаминации.

Контактовые процессы, протекающие в породах, окружающих интрузивное тело, называют экзоконтактовыми, а внутри магматических пород — эндоконтактовыми.

Динамометаморфизм, или дислокационный метаморфизм, связан с тектоническими движениями земной коры, вызывающими процессы складкообразования и разрывные нарушения. Изменение горных пород происходит главным образом в верхней части земной коры под влиянием одностороннего давления, определенно ориентированного — так называемого стресса. При динамометаморфизме изменяется структура горных пород. Старые структуры разрушаются, возникают новые с ясно выраженной ориентировкой минералов. Хрупкие (при данных условиях температуры и давления) минералы раздробляются, истираются, развальцовываются, пластичные (при тех же условиях) минералы деформируются с образованием сложных полисинтетических двойников. В некоторых минералах перестраивается кристаллическая решетка и изменяется ориентировка оптических осей. Изучение ориентировки минералов позволяет судить о направлении действующих сил и помогает в решении некоторых вопросов тектоники.

Внешним выражением воздействия динамометаморфизма на породу служит, в частности, сланцеватость: порода приобретает способность раскалываться на тонкие плитки, что вызвано появлением в породе либо очень мелких, но однообразно ориентированных трещин, либо определенной ориентировкой минеральных зерен. Последняя, так называемая кристаллизационная сланцеватость, служит важным признаком сильного проявления динамометаморфизма. Действительно, кристаллизационная сланцеватость говорит о том, что минералы, слагающие породу, приобрели однообразную ориентировку под влиянием давления при перекристаллизации, проходившей на фоне интенсивных тектонических подвижек. Различают плоскостную сланцеватость, линейную сланцеватость, линзовидную сланцеватость, смысл которых ясен из названий.

Изучение сланцеватости, в том числе той ее разновидности, которая связана с ориентированным положением минеральных зерен, приобрело в последние годы большое значение. Тектонически деформированные породы изучаются под микроскопом. В этом случае можно определить положение, например, оптических осей того или иного минерала, нанести результаты измерений на специально подготовленные диаграммы и таким путем получать, при сотнях и тысячах замеров, объективные сведения, основанные на статистическом анализе. Отсюда можно сделать выводы, касающиеся направления сил, вызвавших деформацию породы, характера и величины этих сил, возраста движений и количества орогенических фаз и т.п.

Динамометаморфизм может проявляться не только в перекристаллизации породы, в сланцеватости и т.п., но также и в дроблении породы, в разрушении минералов. Такой тип изменений получил наименование катакластического динамометаморфизма. Горные породы, несущие следы дробления, называются катакластическими, например катакластические песчаники, катакластические граниты и др. При сильном дроблении порода превращается в брекчию с угловатыми обломками. При еще более значительном измельчении породы и сильном истирании частиц образуются светлые рассланцованные породы, называемые милонитами. Горные породы, несущие признаки динамометаморфизма, объединяются под общим названием тектониты.

Региональный метаморфизм. Контактовый метаморфизм носит местный характер, связан с тем или иным внедрением магмы. Динамометаморфизм связан с тектоническими явлениями и отражает план тектоники данного района. В отличие от них, выделяют так называемый региональный метаморфизм, под которым понимают глубинный метаморфизм, проявляющийся на огромных площадях вне явной зависимости от наличия или формы интрузий, от местной тектонической обстановки и захватывающий самые разнообразные горные породы.

Пример такого метаморфизма дают породы Украинского кристаллического массива, Балтийского щита, а также массивы центральных частей различных горных сооружений. Региональный метаморфизм связан с подвижными зонами земной коры — геосинклиналями. В геосинклиналях, испытывавших в течение длительного времени погружение, мощные толщи осадочных горных пород опускались на значительную глубину и оказывались в зоне высокого петростатического давления и высокой температуры. Под влиянием этих факторов они перекристаллизовывались, переходя в различные кристаллические сланцы, гнейсы и другие метаморфические горные породы. Особенно это касается древнейших, архейских и протерозойских толщ, накапливавшихся в то время, когда Земля обладала большим запасом тепла и геотермический градиент в земной коре был значительно большим, чем теперь. Интересно, что в том случае, если породы, испытавшие региональную метаморфизацию в глубоких зонах Земли, впоследствии, в результате тектонических движений, снова оказываются близ поверхности Земли, то в их составе вновь появляются минералы, характерные для более низких температур и давлений. Подобное явление называется регрессивным метаморфизмом, или диафторезом.

Степень метаморфизма горных пород изменяется в зависимости от изменения обстановки — глубины, температуры и давления, а это определяет зональное распространение того или иного комплекса метаморфических горных пород. У. Грубенман, немецкий петрограф, выделял в земной коре в зависимости от степени метаморфизма три зоны:

1. Самая верхняя (эпизона) характеризуется слабым проявлением метаморфизма, протекавшего при умеренной температуре, низком петростатическом давлении, но при сильном одностороннем (тектоническом) давлении. В этой зоне образуются такие метаморфические породы, как филлиты, тальковые и хлоритовые сланцы и др.

2. Средняя зона (мезозона), лежащая ниже первой, характеризуется высокой температурой, большим петростатическим давлением, а иногда и достаточно интенсивным односторонним давлением. Здесь развиты слюдяные сланцы, различные гнейсы, кварциты, мраморы, а вместо магматических пород основного состава — амфиболиты.

3. Глубокая зона (катазона) характеризуется высоким петростатическим давлением и очень высокой температурой. Одностороннее давление выражено слабо. Здесь образуются устойчивые в этих условиях минералы и горные породы, отличающиеся обычно отсутствием сланцеватости. К ним относятся биотитовые и пироксеновые гнейсы, эклогиты (кристаллически зернистая порода, состоящая в основном из граната и пироксена), амфиболиты и др.

Теория зон регионального метаморфизма У. Грубенмана, в основу которой положено изменение степени метаморфизма с глубиной, пользуется широким распространением. Однако на современном этапе развития науки о ней можно говорить лишь как о некоторой предварительной схеме. Она не учитывает многих факторов, влияющих на ход процесса метаморфизма — интрузий магмы, тектонических движений и т.д., благодаря которым могут, например, происходить изменения, характерные для катазоны, на относительно небольшой глубине. Многие исследователи, употребляя эти термины (эпизона, мезозона и катазона), не связывают их с абсолютной глубиной, а принимают их лишь как выражение степени метаморфизма.

В последние десятилетия много было сделано для изучения вопроса о минералогическом составе метаморфических пород и химических процессах, происходящих в породах на различных глубинах, о парагенезисе минералов, свойственных тем или иным фациям метаморфизма, Д.С. Белянкиным, Л.С. Коржинским, Н.Л. Боуэном.

2. Аллохимический и изохимический метаморфизм. Примеры. Отличительные признаки ( структуры, текстуры, минеральный состав).

изохимический метаморфизм, происходящий без изменения первоначального химического состава пород;

аллохимический метаморфизм, сопровождающийся изменением первоначального химического состава горных пород в связи с привносом или выносом вещества;

3. Дислакационный метаморфизм. Текстурно-структурные особенности

Воздействие стресса выражается в дроблении, перетирании или в различных пластических деформациях пород. При воздействии внешних сил породы оказывают сопротивление. Когда оно будет превзойдено, порода испытает деформацию. Различают упругие (обратимые) и остаточные (делятся на пластические (при преодолении предела упругости) и хрупкие (при преодолении предела прочности, при этом нарушается сплошность породы)) деформации. Значения пределов упругости и прочности подвержены сильным колебаниям при изменении температуры, общего геостатистического давления, механических свойств минералов и продолжительности действия внешних сил. В малоглубинных толщах породы чаще всего ведут себя как хрупкие вещества, образуя угловатые или округлые обломки (из-за тектонического обкатывания). Пластические деформации могут происходить двумя путями. Первый заключается в плоскопараллельных скользящих дифференциальных смещениях отдельных частей кристалла по определенным направлениям и плоскостям в кристаллической решетке. Если кристалл растянут или сжат, в нем может проявиться деформация путем смещения по плоскостям с высокой плотностью упаковки атомов. Плоскости смещения проходят через весь кристалл, искажая его форму, и называются трансляционным смещением. Другой путь необратимых смещений - образование механических двойников. При двойниковании слои атомов перемещаются по тем же, что и в трансляции, или другим плоскостям, но величина перемещений не кратна атомным расстояниям. Границы деформированных природных кристаллов бывают нередко стеснены соседними минералами. В таких случаях наблюдаются резкие изменения ориентации плоскостей скольжения, получившие название полос смятия; ограничивающие их поверхности пересекают плоскости скольжения. Ширина полос смятия зависит от давления (широкие полосы – низкое давление) Чем большим количеством возможных направлений скольжения обладают минералы, слагающие породу, тем меньше ее сопротивление деформации и выше пластичность. Пластические деформации в породах осуществляются путем трансляционного скольжения, механического двойникования и межгранулярных движений (движение зерен относительно друг друга). В направлениях главного стрессового давления одни минералы накапливаются (Msk, Bt, Chl) за счет растворения и выноса других минералов (кварц, ПШ), переотлагающихся в местах слабого стрессового напряжения, в «тени давления» (такие места образуются за счет кристаллов пирита, порфиробластов полевого шпата; могут возникать в замках складок). Перераспределение приводит к полосчатости породы и другим видам неоднородности. При действии направленной пары сил в сильно рассланцованных породах (напр., слюдяные сланцы) могут возникать мелкие асимметричные складочки волочения, по осевым плоскостям которых возникают разрывы и смещения. К проявлениям дислокационного метаморфизма относятся будинаж и тектоническое разлинзовывание. В начале деформации появляются трещины, которые разбивают породу на части, ориентирующиеся в одном направлении и приобретающие форму линз. В глубинных условиях определенный вклад вносят пластические деформации. Разлинзовывание в этом случае ведет к образованию будинажных структур, когда отдельные более жесткие прослои дробятся, а возникающие межбудинные промежутки, представляющие своеобразные тени стрессового давления, выполняются материалом, проявляющим более высокую миграционную способность в условиях деформационного метаморфизма.