Лекция 7. Метаморфизм

Понятие о метаморфизме. Факторы метаморфизма. Изменения в первичных породах при метаморфизме. Фации метаморфизма. Типы метаморфизма. Наиболее распространенные метаморфические горные породы.

Понятие о метаморфизме. Факторы метаморфизма.

Главные факторы метаморфизма — температура, флюиды, давление

Эти факторы оказывают влияние на любые горные породы, находящиеся на различной глубине, при этом время не особенно важно при метаморфизме.

Например:

лавы раннего протерозоя (2,2 млрд лет) в Прибайкалье почти не отличаются от голоценовых лав (6 — 4 тыс. лет) Эльбруса;

глины кембрийского возраста (550 млн лет) под Санкт-Петербургом выглядят почти также, как и современные глинистые отложения;

многочисленными нефтяными скважинами вскрыты неизмененные осадочные отложения на глубинах свыше 8 км.

Метаморфические изменения в горных породах начинаются при повышении температуры до 200 °С и увеличении всестороннего, т. е, литостатического, давления, вызванного весом вышележащих пород.

Не меньшее значение имеет стресс, боковое давление, обеспечивающее различное напряженное состояние горных пород, в результате которого открываются пути для миграции глубинных мантийных флюидов, являющихся главными переносчиками теплоты. Именно стресс вызывает появление характерной сланцеватости многих метаморфических образований.

Без флюидного потока вероятность метаморфизма невелика.

Известны случаи, например на о. Исландия, где по данным бурения начальные стадии метаморфизма установлены на глубинах всего 0,5 км. В то же время толщи пород на глубинах 20 км, если судить по данным сейсмических исследований, совсем не испытали метаморфических изменений. Поэтому флюиды являются одним из важнейших факторов метаморфизма.

Изменения в первичных породах при метаморфизме. Фации метаморфизма.

Из одних и тех же исходных, первичных пород, в зависимости от меняющихся температуры, давления, химического состава флюидов, могут образоваться различные метаморфические породы.

Этот комплекс новых минералов, или парагенезис (сонахождение), называют метаморфической фацией.

Первыми исследователями метаморфических комплексов было установлено, что можно выделить несколько характерных, широко распространенных ассоциаций, которые образовались в разных термодинамических условиях. Первое деление метаморфических пород по термодинамическим условиям образования сделал финский геолог П.Эскола (1920). В породах базальтового состава он выделил зеленые сланцы, эпидотовые породы, амфиболиты, гранулиты и эклогиты. Последующие исследования показали логичность и содержательность такого деления.

Полевые шпаты – одна из самых распространенных групп метаморфических минералов. Широко известный ряд Ca-Na полевых шпатов – плагиоклазов – встречается в метаморфических породах самого разного состава и во всем интервале РТ–условий метаморфизма.

Плагиокла́зы — группа минералов ряда

альбит NaAlSi₃O₈ — анортит CaAl₂Si₂O₈

В низкотемпературных фациях метаморфизма устойчив альбит. С повышением температуры натрий в плагиоклазе постепенно замещается кальцием с параллельным замещением кремния алюминием.

В высоких температурных фациях (зеленосланцевой и амфиболитовой) плагиоклаз представлен уже олигоклазом и андезином.

При кислом составе пород андезин может сохраняться до высоких температур. В породах основного и карбонатного состава он достигает состава битовнита – анортита.

При повышении давления все более устойчивым оказывается альбит, а кальций переходит в минералы ряда эпидот – цоизит. При очень высоких давлениях альбит также становится неустойчивым: кальций переходит в лавсонит, а натрий – в глаукофаны, жадеиты и омфацит.

В связи с увеличением температуры начинается миграция, диффузия ионов сначала вдоль границ зерен минералов, а затем и внутри их, где небольшие ионы прокладывают себе путь между более крупными. Этот процесс происходит в твердом состоянии.

Но не только одни минералы замещаются другими. Происходит изменение структуры, текстуры и наступает полная перекристаллизация первичной породы.

В результате метаморфическая порода приобретает сланцеватую текстуру — тонкие пластинки, на которые порода разбивается при ударе молотком.

На образование сланцеватой текстуры особенное влияние оказывает стресс — одностороннее, а не литостатическое давление.