Метаморфические горные породы доклад

Обновлено: 05.07.2024

Метаморфизм – совокупность процессов минеральных и структурно-текстурных преобразований в твёрдом состоянии существующих пород (протолита) под воздействием эндогенных факторов. Метаморфические процессы протекают ниже зоны эпигенеза.

Подчеркнём две важнейшие особенности процессов метаморфизма: 1) протолит в ходе метаморфических изменений сохраняет твердое состояние (т.е. преобразование пород происходит без их плавления, что отличает от магматических процессов и процессов образования мигматитов), и 2) процесс метаморфизма является субизохимическим – валовый химический состав метаморфической породы и породы, за счёт которой она образовалась (протолита), остаются одинаковыми (незначительные его изменения сводятся к частичной потере флюидной фазы), т.е. система является односторонне открытой, теряющей, но не приобретающей вещество извне.

Факторами метаморфизма, приводящими к изменению пород, являются температура, давление и активность флюида.
Температура. Метаморфические трансформации начинаются при температуре около 200°С и продолжаются до плавления пород. Преобразование с частичным плавлением пород называется ультаметаморфизмом, при этом из породы выплавляется наиболее легкоплавкая часть по составу соответствующая гранитной магме. Повышение температуры обусловлено либо геотермическим градиентом при погружении пород, либо внедрением магматических расплавов или горячих флюидов.
Давление. Различают литостатическое (вызванное весом вышележащих пород), флюидное и стрессовое давления. Стрессовое (или боковое) давление, связанное с тектоническими движениями, определяет наличие градиента давлений в земной коре, что приводит к перемещению потоков флюидов из областей более высокого давления в области более низкого. Эти флюидные потоки являются главным переносчиком тепла, а многих химических элементов. Обычно при метаморфических процессах перечисленные виды давления проявляющиеся совместно.
Активность флюида. Наличие флюидной фазы в значительной степени определяет общее давление в метаморфической системе, характер деформации пород, теплоперенос, транспортировку веществ при химических реакциях. Более того, значительную роль играет не только количество, но и состав флюида. В первую очередь химический состав флюида влияет на изменение Р-Т условий метаморфических реакций. Так при повышенной доли СО₂ во флюидной фазе начало многих метаморфических реакций смещаются в сторону более низких температур.

Метаморфизм – это физико-химический процесс. Главная тенденция метаморфических процессов – приведение горных пород к равновесному состоянию при изменении физико-химических условий. Изменение интенсивности влияния факторов метаморфизма приводит к тому, что минеральные ассоциации, слагающие горную породу, становятся неустойчивы (не могут существовать при таких условиях). Начинается процесс химического разложения минералов в твёрдом состоянии и, одновременно, процесс образования за счёт них новых минеральных ассоциаций, способных стабильно существовать в новых термодинамических условиях. Этот процесс можно описать следующей схемой:

высвобождение атомов из кристаллических решёток неустойчивых минералов,
образование центров кристаллизации стабильных минералов,
движение атомов к этим центрам,
удаление из мест реакции атомов, не вошедших в состав новообразующихся минералов.

Метаморфическую систему можно сопоставить с конструктором, из набора деталей которого (химических элементов) в зависимости от условий собираются разные конструкции (минеральные ассоциации). Такие трансформации могут происходить неоднократно.

Метаморфические реакции разделяются на два главных типа.

биотит

кварц

полевой шпат

гиперстен

Иногда, если при метаморфизме происходит замена более высокотемпературных безводных минералов на более низкотемпературные, реакции могут иметь обратную направленность и сопровождаться гидратацией.

Реакции минерал - минерал, приводящие к замене одних минералов на другие. При этом реакции могут протекать как между разными минералами, так и приводить к полиморфным превращениям. Примером первого из названных видов реакций служит приведённое выше образование калиевого полевого шпата и гиперстена за счёт реакции биотит + кварц. Примером второго – превращения в ряду андалузит-силлиманит-кианит; эти минералы имеют один и тот же состав Al₂SiO₅, но различаются по строению кристаллических решёток и образуются в процессе метаморфизма при различных Р-Т условиях.

В зависимости от масштабов проявления метаморфизма его принято разделять на региональный и локальный.

Контактовый метаморфизм связан с воздействием теплового потока магматических расплавов и сопровождающих их флюидных потоков на вмещающие породы земной коры. Масштабы контактового воздействия на породы зависят в первую очередь от состава, объёмов и температуры магматического тела. Экзоконтактовые зоны небольших даек, силлов и лавовых потоков имеют ширину от миллиметров до нескольких метров, при этом в них не отмечается значительного преобразования вмещающих пород (иногда ограничивающегося лишь дегидратацией минералов). Вокруг крупных интрузивов ширина экзоконтактовых ореолов достигает эначительно больших масштабов - до сотен метров и километров. Наиболее мощные экзоконтактовые зоны окружают крупные гранитоидные интрузивы, что связано с насыщенностью последних флюидами. Отделяясь от магматического расплава, они проникают в толщи вмещающих пород, приводя к их разогреву. Степень преобразования пород экзоконтактовый зоны снижается по мере удаления от интрузива: минеральные ассоциации, состоящие из высокотемпературных минералов, располагаются вблизи интрузива, низкотемпературные ассоциации – на периферии контактовой зоны. Необходимо добавить, что форма контактовых ореолов и выделяемых внутри них зон, обличающихся минеральными ассоциациями, имеют сложные очертания, что связано с различной флюидопроницаемостью толщи (максимальной в области трещин и разломов) и составом пород.

Динамический (или дислокационный) метаморфизм протекает в условиях значительного стрессового давления и связан с зонами тектонических разломов, где происходит дробление, деформация и перекристаллизация пород.

Региональный метаморфизм, в отличие от предыдущих типов, охватывает обширные площади. Достижение термодинамических условий, необходимых для начала метаморфизма, может достигаться двумя путями. Первый путь связан с прогибанием территории и погружением пород на значительную глубину, где высокая температура достигается за счёт геотермического градиента, а давление – за счёт веса вышележащих пород. Такой тип регионального метаморфизма называют метаморфизмом погружения. Изучение глубокопогружённых толщ указывает, что при таком механизме осуществляются лишь низкотемпературные метаморфические преобразования, соответствующие начальным этапам метаморфизма. Процессы глубокого метаморфического преобразования протекают только при воздействии на погружённые породы горячих глубинных флюидов, поступающих из мантии при активизации эндогенных процессов на данной территории (динамотермальный метаморфизм в понимании О.В. Япаскурта).

Вещественным отражением степени преобразования пород в процессе метаморфизма являются минеральные парагенезисы – одновременно кристаллизующиеся минералы, стабильно сосуществующие при данных условиях метаморфизма. Изучение метаморфических парагенезисов позволило разработать учение о метаморфических фациях, основы которого заложены П. Эскола в 1920 г.

Все породы с одинаковым валовым химическим составом в условиях одной фации представлены одной и той же фации представлены одной и той же ассоциацией минералов. Это правило объясняет конвергенцию составов при метаморфизме.

Схема выделения фаций и соответствующие им термодинамические условия приведены на следующем рисунке.

Фации регионального метаморфизма формируются в условиях пропорционального изменения температуры и давления. К ним относятся следующие.

Фация зелёных сланцев. Соответствует региональному метаморфизму низкой ступени. Характеризуется наличием низкотемпературных гидроксилсодержащих минералов (хлорит, тальк и пр.), плагиоклазы представлены альбитом. Может присутствовать амфибол с крайне низким содержанием алюминия (тремолит; рассматривается как типоморфный минерал этой фации). Критической реакцией, отражающей переход к эпидот-амфиболитовой фации, может служить:

кальцит + хлорит + кварц = актинолит + эпидот + Н₂О + СО₂

Переходя к рассмотрению более высокотемпературных фаций нужно отметить, что их образование происходит при участии глубинных флюидных потоков.

Амфиболитовая фация. Критическими минералами служат обыкновенная роговая обманка и плагиоклаз; обычно присутствуют мусковит, биотит, кварц, калиевый полевой шпат, андалузит, силлимонит. Типичные породы – слюдяные гнейсы и сланцы, амфиболовые гнейсы, роговообманковые амфиболиты, мраморы. В высокотемпературной зоне происходит частичное плавление с образованием мигматитов – пород, образующихся в условиях частичного плавления и вследствие этого состоящих из нерасплавленного субстрата и кристаллизовавшегося в виде полос или линз гранитоидного расплава.

Гранулитовая фация. Характерной особенностью является отсутствие гидоксилсодержащие минералы – исчезают роговая обманка, слюды (например, в соответствии с реакцией биотит = гиперстен + калиевый полевой шпат + Н₂О). Характерные минералы: пироксены, кварц, гранат, полевые шпаты. Типичные породы – пироксеновые гнейсы, гранулиты.

Эклогитовая фация. Высокие температура и давление, соответствующие этой фации, достигаются в условиях нижней коры и верхних частей мантии. Типичная порода – эклогит (состоит из пироксена и граната). Часто рассматриваемся как продукт метаморфизма погруженной в процессе субдукции океанической коры.

Породы специфичной фации глаукофановых сланцев трассируют зоны высоких стрессовых давление и относительно низких температур в земной коре, такие условия достигаются в зонах столкновения плит (и рассматриваются как индикаторы зон субдукции). Характерные минералы – глаукофан (Na амфибол) и лавсонит (+ гранат, пироксен). Исходя из приуроченности к областям стрессовых давлений, некоторыми авторами она рассматривается как фация специфичного типа динамического метаморфизма.

В зависимости от направленности смены фаций разделяют прогрессивный и регрессивный метаморфизм. Прогрессивный метаморфизм протекает в условиях повышения температуры и давления и приводит к смене более низкотемпературных парагенезисов на более высокотемпературные. Регрессивный, напротив, приводит с замене высокотемпературных парагенезисов на более низкотемпературные.

Принципы классификации метаморфических пород приведены на следующем рисунке.

При рассмотрении подвергшихся метаморфизму пород среди них целесообразно выделять породы метаморфизованные и метаморфические.
Метаморфизованные – частично преобразованные в процессе метаморфизма горные породы, сохранившие видимые признаки своей первичной природы. К названию таких пород добавляется приставка мета- (например, метапесчаник).
Метаморфические – горные породы, сформировавшиеся в результате глубоких метаморфических преобразований, уничтоживших в процессе перекристаллизации видимые признаки первоначальных структур, текстур и минерального состава исходных пород. Глубокие метаморфические преобразования приводят к полной замене исходного минерального состава пород новыми минеральными парагенезисами. Определение первичного состава метаморфических порода требует применения специальных методик.

Под метасоматозом понимают замещение горной породы с изменением её химического состава, при котором растворение существующих минералов и образование новых происходит одновременно, благодаря чему порода сохраняет твёрдое состояние. По существу, метасоматоз - это реакция приспособления горной породы к изменению физико-химических условий ее существования. Он ведет к частичному или полному химическому, минеральному и структурно-текстурному преобразованию протолита, сохраняющего при этом твердое состояние.

Регулирующими факторами метасоматоза являются: а) температура, б) флюидное давление (зависящее от температуры), в) градиент химических потенциалов компонентов в системе порода - флюид, г) эволюция Eh и pH в потоке флюида.

Параметрами, ограничивающими возможность проявления метасоматические процессы является плавление субстрата или замерзание флюида. Соответственно, в высокотемпературной области метасоматоз сопряжён с процессами магмообразования; в низкотемпературной – в гипергенез.

В зависимости от обуславливающих метасоматоз причин его разделяют на три разновидности:

контактовый, связанный с воздействием теплового потока и флюидов магматических тел на окружающие их породы; включая процесс автометасоматоза – воздействия магматогенного флюида на успевшие ранее раскристаллизоваться магматические породы;
региональный, связанный с региональным эндогенными потоками флюидов; такие потоки могут предварять и завершать магматизм, либо не иметь с ним непосредственной пространственной связи;
гипергенный, приуроченный к зоне гипергенеза-эпигенеза и связанный с химическим воздействием на породы фильтрующихся сквозь них низкотемпературных растворов; обычно гипергенно-метасоматические преобразования рассматривают как самостоятельный процесс – гипергенез.

В соответствии с названными разновидностями метасоматоза, тип метасоматических пород разделяют на три класса: контактово-метасоматические, регионально-метасоматические, гипергенно-метасоматические. Метасоматиты каждого класса подразделяются на отряды по химическому составу пород (обусловленному, в свою очередь, кислотно-щелочными свойствами флюида, приведшего к их образованию); выделяют три отряда: щелочные метасоматиты, кислотные метасоматиты и основные метасоматиты (или базификаты).

Мигматитом (от греч. migma, родительный падеж migmatos — смешение, смесь) называют горную породу, состоящую из метаморфического вмещающего вещества с жилками гранита. То есть полигенную породу, состоящую из разных по происхождению составляющих: одна из составляющих мигматита представляет собой реликт метаморфической породы (так называемая палеосама), другая – новообразованная в ходе магматического и (или) метасоматического процесса (называемая неосомой). Такие смеси таких компонентов и определяет главный текстурный признак породы.

По специфике своего образования метасоматиты подразделяются на три генетических класса.

Инъекционно-магматические мигматиты образуются в результате тонких инъекций магматического расплава по плоскостям сланцеватости, тонуким трещинкам или другим мелким тектоническим элнментам породы. В этом случае строение мигматита определяется наличием исходной породы и принизывающих её тонких прожилков магматической породы.

Гетерогенность природы мигматитов определяет условность их выделения в самостоятельный тип пород. Систематика мигматитов приведена на рисунке ниже.

Совокупность эндогенных процессов и процессы литогенеза определяют круговорот вещества земной коры в ходе эволюции планеты.

Из трех классов пород – осадочные, магматические, метаморфические – последние признаны самыми необычными. Это производные двух первых видов, поэтому считаются вторичными. Из них сложено 90% земной коры.

Что такое метаморфизм

Термин древнегреческого происхождения означает преобразование, изменение, трансформацию.

В геологии и сопредельных науках это изменение характеристик горных пород под воздействием природных факторов.

Как образуются метаморфические горные породы

Что представляет собой порода

Порода метаморфического происхождения – это продукт преобразования осадочного или магматического материала под влиянием естественных процессов:

Проникновение внутрь пластов газов, минерализованных растворов.
Колоссальное давление со стороны пластов, которые залегают выше.
Рост температуры.
Попадание магмы в сформированные ранее агрегаты.
Тектонические процессы, подвижка земной коры.
Падение метеорита.

В результате меняются свойства пород: структура, твердость, минералогический, химический состав.

Метаморфические породы редко бывают мономинеральными. Чаще это конгломерат из многих составляющих.

В зависимости от происхождения метаморфические горные породы получают названия с приставками: для бывших магматических используется приставка орто, осадочного – пара. Например, ортогнейсы.

Их добывают там же, где исходное сырье. Добыча исчисляется миллионами тонн.

Виды метаморфизма

Климатические, геологические условия, другие природные особенности обусловили два типа проявления метаморфизма – локальный и региональный.

Региональный

Процесс образования проходит на значительных глубинах или площадях при высоких температурах, создавая гигантские монолиты.

Предельная интенсивность трансформации в слоях глубинного залегания ведет к появлению расплавов.

Если породы плавятся, процесс классифицируется как ультраметаморфизм.

Локальный

Охватывает небольшие участки либо формирование протекает на малых глубинах. На залежи воздействует жар магматического процесса и флюиды либо тектонические сдвиги.

По возрасту метаморфические породы моложе материнских. Но их история не менее бурная.

Классификация метаморфизма приведена в таблице №1:

Тип метаморфизма	Факторы метаморфизма
Метаморфизм погружения	Увеличение давления, циркуляция водных растворов
Метаморфизм нагревания	Рост температуры
Метаморфизм гидратации	Взаимодействие горных пород с водными растворами
Дислокационный метаморфизм	Тектонические деформации
Импактный (ударный) метаморфизм	Падение крупных метеоритов, мощные эндогенные взрывы

Состав

Сколько и чего будет в породе метаморфического происхождения, зависит от перечня химических компонентов исходного материала. Иногда видоизменения кардинальны.

По минеральному составу выделяют следующие виды:

Основные породообразующие минералы – кварц, пироксены, слюды, амфиболы, шпаты. Их дополняют компоненты метаморфической природы (андалузит, дистен, кордиерит, скаполит, другие). При слабой метаморфизации в составе присутствуют актинолиты, карбонаты, тальк, хлорит, эпидот.

Кварц

Для запуска метаморфических процессов требуются температуры от 150 до 1 500°C.

Структура

Разнообразие условий, в которых происходит трансформация материнских пород, породило множество типов метаморфических структур.

Их распределили по четырем группам:

Структуры метаморфических пород, возникающие в процессе перекристаллизации в твердом агрегатном состоянии (кристаллобластезе), называют кристаллобластовыми.

В основу их классификации положено описание зернистости.

Примеры метаморфической горной породы

По форме зерен различают метаморфические структуры:

По относительным размерам зерен:

Гомеобластовая. Зерна одинаковых габаритов.
Гетеробластовая. Зерна разных габаритов.
Порфиробластовая. Мелкозернистая основа с крупными кристаллами (порфиробластами).
Пойкилобластовая. Основа с мелкими вкраплениями минералов.

Последнюю разновидность также называют ситовидной.

Температуры образования метаморфических горных пород

Результаты исследований приведены в таблице №3.

Породы	Регионы	Минералы
Породы	Регионы	Qw	Bio	Il	Mt	Kf	Mus	Alb	Grn
Сланцы	Австрия	700*	—	—	—	—	—	—	330
Сланцы	Гренландия	700*	—	—	610	—	—	—	—
Сланцы	Гренландия	700*	—	—	594	—	—	—	—
Метапелит	Альпы	670	—	604	—	—	—	—	—
Метапелит	Альпы	—	740	—	—	—	—	—	—
Ортогнейс	Альпы	650	—	620	—	550	—	—	—
Гнейс	Альпы	700*	—	—	—	—	—	—	320
Минералы: Qw — кварц; Bio — биотит; Il — ильменит; Mt — магнетит; Kf — калиевый полевой шпат; Mus — мусковит; Alb — альбит; Grn — гранат. (*) — минерал взят в качестве эталона с указанной температурой.

Текстура

Метаморфические породы наделены разными текстурами:

Условно причисляют к метаморфическим структурам миндалекаменную и катакластическую. Первая отличается округлостью или овальностью. Во второй минералы выделяются разрушением, дроблением.

Основные минеральные фации метаморфизма приведены в таблице №2.

Тип метаморфизма	Фации метаморфизма	Давление (МПа)	Температурный интервал (°C)	Примеры пород
Метаморфизм погружения	Цеолитовая	800	> (400—700)	Эклогиты
	Контактовый метаморфизм	Альбит-эпидотовых роговиков	—	250—500	Роговики контактовые, скарны
		Амфиболовых роговиков		450—670
		Пироксеновых роговиков		630—800
Санидиновая		> (720—800)
Региональный метаморфизм	Зелёных сланцев	200—900	300—600	Зелёные сланцы, хлорит-серицитовые сланцы
	Эпидот-амфиболитовая		500—650	Амфиболиты, слюдяные сланцы
	Амфиболитовая		550—800	Амфиболиты, биотитовые парагнейсы
	Гранулитовая		> (700—800)	Гранулиты, гиперстеновые парагнейсы
	Кианитовые сланцы	> 900	500—700	Кианитовые сланцы
	Эклогитовая	> 900	500—700	Эклогиты

Типичные представители

К метаморфическим горным породам относятся десятки названий. Самые известные:

Амфиболит. Массивный материал темных цветов, результат метаморфозы базальта. В соответствии с доминирующим минералом выделены биотитовая, гранатовая, кианитовая, цоизитовая, другие разновидности. . Метаморфизированный зернистый известняк хаотичной текстуры.
Змеевик. Плотный крупнокристаллический полосчатый минерал.
Кварциты. Созданный из песчаника зернисто-кристаллический материал массивной текстуры. Три четверти состава – частицы кварца. Остальное делят слюды, тальк, другие минералы, которыми создаются цвета и оттенки.
Скарны. Сформированы кислой магматической средой из известняков. Массивны.
Гнейс. Зернисто-кристаллический материал массивной текстуры, в составе которого кварц, слюды, палиоклаз. Разновидность гранита.
Филлит – продукт видоизменения глинистых сланцев. Плотен. Серицит, кварц, альбит, толика хлорита в составе создают серые оттенки.

Выделяется группа метаморфических сланцев:

Глинистый. Хрупкий. Состоит из кварца, гидрослюд, хлорита, неглинистых минералов. Они придают породе серые, зеленые, бурые оттенки.
Кристаллический. Материал с хорошо сформированной структурой, плойчатой либо сланцевой текстуры.
Тальковый. Белые либо зеленоватые образцы с пластинами талька в текстуре.

Всего выделено два десятка сланцевых метаморфических разновидностей.

Где используются

Породы метаморфического происхождения используют преимущественно в строительстве:

Из кварцитов делают дорожную брусчатку, щебень.
Исходник кровельных материалов – глинистые сланцы и филлиты.
Натуральные огнеупоры – кварциты и змеевик.
Гнейсом мостят улицы, облицовывают бассейны, набережные. Это материал для фундаментов сооружений. – востребованный облицовочный материал.

На особом счету мрамор. Это декоративное сырье. Из него делают ступени, столешницы, каминные полки, подоконники. Облицовывают стены. Используется даже мраморная крошка.

Лучшие сорта идут на изготовление скульптур, других изделий премиум-сегмента.

Цена большинства видов сырья демократична. Исключение – каррарский мрамор.

Метаморфические породы возникают из магматических и осадочных вследствие глубинных изменений и преобразований, путем метаморфизма. Это глубинный процесс, он происходит за счет внутренней энергии Земли. При метаморфизме породы претерпевают значительные текстурных и структурных видоизменений результате одновременного воздействия высокого давления, высокой температуры и химически активных веществ, выделяемых в недрах Земли из магматических очагов; породы в расплавленное состояние не переходят. Степень метаморфизма зависит от величины давления и температуры. Чем больше действие этих факторов, тем значительнее изменения происходят в материнской породе, выше степень метаморфизма. В зависимости от преобладания того или иного фактора метаморфизма определяют такие его типы: контактовый, динамометаморфизм, региональный.

Метаморфические горные породы

Контактовый метаморфизм наблюдается в местах контакта магмы с горными породами, в которые она проникла. Изменения в породах происходят под воздействием высокой теплового воздействия расплавленной магмы (t> 1000 ° С), а также под действием газов (пневматолитовых подтип) и водяного пара и термальных растворов (гидротермальный), выделяемых из магмы. Сопровождается этот тип метаморфизма перекристаллизацией, изменением минерального и химического состава пород. Так образуются мраморы, кварциты.

Динамометаморфизм обусловлен высоким односторонним давлением, которому подвергаются породы под действием тектонических движений. Видоизменения проходят при сравнительно низких температурах и заключаются в интенсивном измельчении минеральных зерен без перекристаллизации. Значительные изменения претерпевают структуры и текстуры пород. Образуются тектонические брекчии, глинистые сланцы и милониты.

Региональный метаморфизм – охватывает большие площади в подвижных зонах земной коры (геосинклиналях); превращения происходят под воздействием высокой температуры и высокого давления. Породы подвергаются перекристаллизации, становятся сланцеватой, у них возникают новые минералы, изменяется структура и текстура.

Глубинную толщу, в которой протекает этот процесс, называют поясом метаморфизма. Этот пояс по глубинам и интенсивности проявления факторов метаморфизма делится на три зоны: верхнюю, среднюю и нижнюю.

Верхняя зона является начальной стадией метаморфизма, в которой происходит преобразование под воздействием давления от массы верхних горизонтов. Частично изменяется минеральный состав, но первоначальный вид зачастую еще сохраняется. Например, кварцитоподобный песчаник, у которого перекристаллизованный кремнистый цемент, но еще отличаются обломочные зерна кварца. В верхней зоне возникают также глинистые сланцы, типа Филита, которым присущ ниже степень метаморфизма.

Средняя зона характеризуется высоким гидростатическим давлением, высокой температурой, сильным односторонним давлением, возникает вследствие перераспределения вещества в недрах литосферы. В этой зоне образуются кристаллические известняки, сланцы, кварциты и мраморы.

Нижняя зона залегает глубже, отличается высокой температурой, высоким гидростатическим и сравнительно низким односторонним давлением. Так, гнейсы (ортогнейсы), образующихся из гранитов, подобные по минеральному составу структурой и прочностью.

Читайте также: