6. Метаморфические горные породы. Виды метаморфизма. Условия преобразования горных пород и их разновидности.

К метаморфическим относятся горные породы, образованные из пород магматического или осадочного происхождения под вли­янием высокой температуры и давления и сопровождающих их химических процессов.

В результате воздействия на указанные породы процессов метаморфизма первоначальная их структура и текстура, а во многих случаях и минералогический состав коренным образом изменя­ются. Метаморфические породы могут также вновь подвергнуться процессам метаморфизма и вновь быть перекристаллизованными, если они окажутся в соответствующих термодинамических усло­виях.

Влияние метаморфизма на физико-технические свойства гор­ных пород зависит от характера этих пород и обстановки, в кото­рой протекают процессы метаморфизма. Последний фактор имеет очень большое значение, так как действие на породу температу­ры, давления и химических процессов приводит к различным ре­зультатам. Так, под действием высоких температур происходит перекристаллизация и обжиг пород. Высокие давления приводят к их уплотнению, а если это направленное давление, то породы приобретают, кроме того, сланцеватую структуру.

Химические процессы обычно сопутствуют указанным двум основным процессам метаморфизма, и их действие сводится в основном к изменению в той или иной мере вещественного со­става метаморфизуемой породы. Поэтому в зависимости от обста­новки метаморфизма не только степень метаморфизации одной и той же породы будет различной, но существенно различны могут быть и образующиеся при этом породы. Например, метаморфизация известняка, как правило, приводит к образованию мраморов. Однако при известных условиях из известняка в процессе мета­морфизма образуются известковистые сланцы, физико-механи­ческие свойства которых отличаются от свойств мраморов.

В общем случае действие процессов метаморфизма на магмати­ческие и осадочные горные породы может привести к изменению их первоначальных свойств.

Метаморфизация магматических пород, как правило, ухудша­ет их строительные свойства. В процессе метаморфизма в них обычно происходит перекристаллизация и перегруппировка составляющих их минералов с образованием полосчатых текстур. Часто эта по­лосчатость переходит в сланцеватость, и тогда породы приобрета­ют анизотропию физико-механических свойств. Прочность на сжа­тие в направлении слоев значительно меньше, чем прочность пер­пендикулярно слоям.

Процессы метаморфизма, кроме того, резко снижают прочность скальных массивов магматических пород за счет появления в них интенсивной трещиноватости.

Метаморфизация осадочных пород, наоборот, обычно улучшает их строительные свойства.

Вследствие пластичности минералов, входящих в состав скаль­ных пород осадочного происхождения (кальцит, каменная соль, гипс, доломит и др.), процессы метаморфизма не вызывают в них появления заметной рассланцованности и трещиноватости даже в том случае, если имеет место направленное давление. Поэтому при метаморфизме скальных пород осадочного происхождения обычно образуются породы массивной текстуры и равномерно-зернистой структуры (например, мрамор).

Зернистые породы, а также глина, обладающие в обычных ус­ловиях повышенной пористостью и относительно небольшой про­чностью, в процессе метаморфизапии повышают свою прочность, переходя в скальные или полускальные породы: пески — в квар­циты; глины — в не размокающие в воде глинистые сланцы, фил­литы и кристаллические сланцы.

По обстановке, в которой протекают процессы метаморфиз­ма, различают региональный метаморфизм, динамометаморфизм (дислокационный метаморфизм) и контактный метаморфизм.

Породы регионально гометаморфизма. Это наиболее распрост­раненный тип метаморфических пород. Обычно они обладают очень большой мощностью, значительной протяженностью и вследствие того обусловливают однородность инженерно-геологической об­становки на обширных площадях.

Региональный метаморфизм развивается на больших глубинах, где давление от массы вышележащих пород очень велико. В про­цессе метаморфизма эти породы переходят в пластичное состоя­ние и обычно образуют сланцеватые структуры. Если одновремен­но сказывается и действие температуры, то образуются массив­ные текстуры метаморфических пород (например, гнейсы).

Гнейсы по своему минералогическому составу соответствуют гранитам и нередко являются результатом их метаморфизации. Такие гнейсы называются ортогнейсами. Гнейсовидность гранитов может получиться и непосредственно в процессе кристалли­зации магмы на больших глубинах. Однако чаще всего гнейсы об­разуются в результате метаморфизма осадочных пород (парагней­сы). Отличительной особенностью гнейсов является слоистообразное расположение цветных минералов.

Кристаллические сланцы могут образовываться из магматиче­ских (ортосланцы) и осадочных (парасланцы) пород. По минералогическому составу они аналогичны гнейсам, но в отличие от них рассланцованы.

Слюдяные сланцы состоят главным образом из кварца, чешуек поды и хлорита. Порода имеет сланцеватое сложение. При увели­чении содержания кварца слюдяные сланцы переходят в кварцитовые сланцы.

Филлиты — тонкосланцеватые породы с серебристым отливом на плоскостях сланцеватости (вследствие большого содержания в них тонких листочков слюды)- Филлиты постепенными перехода­ми связаны с обыкновенными глинистыми сланцами, представляющими собой первую стадию метаморфизма глин.

Кварциты — чистые кварцевые песчаники, превращенные в условиях метаморфизма в монолитную скалистую горную породу.

Мрамор — известняк, претерпевший перекристаллизацию и состоящий из зерен кальцита различного размера. Мрамор имеет массивную равномерно-зернистую структуру.

Породы регионального метаморфизма в условиях своего при­родного залегания располагаются очень глубоко от поверхности земли. Однако в результате горообразовательных процессов они могут быть выведены на поверхность земли и служить объектом строительной деятельности человека.

В частности, из мрамора построены ряд античных храмов, мав­золей Тадж-Махал в г. Агра (Индия), многие станции Московско­го метрополитена и др. Он с успехом используется для изготовле­ния различных архитектурных деталей и произведений художе­ственного и прикладного искусства.

В России широкой известностью пользуются мраморные карь­еры Урала (Коелгинский, Баландинский, Тагильский), а также ряд карьеров в Грузии, Армении и Украине.

Мировой известностью пользуются месторождения Италии (в частности, Каррарское месторождение, где добывается лучший мрамор для ваяния скульптуры — белый, блестящий, легко под­дающийся полировке; он широко представлен художественными произведениями в Государственном музее изобразительных искусств им. А.С.Пушкина) в Москве и в Греции (Паросское место­рождение, где добывается мрамор желтоватого оттенка — излюб­ленный материал древнегреческих скульпторов, а также Пенте- лийское, Гиметское и другие месторождения).

Породы динамометаморфизма. Под динамометаморфизмом по­нимают изменение структуры породы под действием давления, чаще всего в результате проявления горообразовательных процес­сов без участия высоких температур и магмы. Преимущественное распространение процессов динамометаморфизма получили гор­ные складчатые сооружения (Кавказ, Урал и др.). Вне складчатых горных сооружений динамометаморфизм проявляется главным образом вдоль линий разломов, где образуются своеобразные по­роды, состоящие из раздробленных и затем сцементированных обломков (тектониты) пород.

Наиболее распространенным типом пород динамометаморфизма в складчатых горных сооружениях являются глинистые сланцы — продукт различной степени метаморфизации глин. Сланцеватость сообщает такой породе способность раскалываться на тонкие слои, хотя это свойство выражено не у всех сланцев в одинаковой сте­пени.

Наиболее характерной чертой сланцев является их способность быстро разрушаться под влиянием атмосферных условий с образо­ванием на склонах рыхлой осыпи, состоящей из мелкого щебня.

Породы контактного метаморфизма. Контактный метаморфизм проявляется на контакте магмы с вмещающими ее породами.

В процессе внедрения магмы во вмещающие породы она прогре­вает их, а непосредственно вблизи контакта — обжигает и пере­плавляет. Зона измененных пород при этом оказывается не очень большой, так как интрузия с течением времени остывает и про­цесс метаморфизма вмещающих пород прекращается. Максималь­ная ширина пояса контактного метаморфизма в редких случаях достигает 10 км.

При контактном метаморфизме характер пород определяется не только интенсивностью процессов метаморфизма, но и соста­вом магмы. Отличительным признаком контактного метаморфиз­ма является также уменьшение степени метаморфизации и соот­ветствующая смена пород по мере удаления от поверхности кон­такта. Так, глинистые породы, удаленные от интрузивного масси­ва в процессе контактного метаморфизма, переходят в глинистые сланцы со скоплениями новообразованных минералов (слюд, гра­фита и др.), называемые узловатыми сланцами. Вблизи контакта с интрузивным массивом те же глины перекристаллизовываются с образованием кварца и слюды, а в непосредственной близости от контакта в роговики — в плотную мелкокристаллическую поро­ду, обладающую значительной устойчивостью к выветриванию.

В зоне контактного метаморфизма известняки перекристаллизовываются в мрамор, но имеют ограниченное площадное рас­пространение.