Курс лекций по инженерной геологии (стр. 44 )

Выделяющиеся из магмы газы и пары, а частью также и водные растворы, образующиеся в более холодных частях литосферы, продвигаясь по порам и трещинам, пропитывают значительные участки земной коры, вызывая своеобразное преобразование горных пород. Если изменение вызвано горячими газами и парами без участия жидкой воды, процесс называется пневматолитическим метаморфизмом. Если метаморфизм происходил под действием горячей минерализованной воды, он называется гидротермальным. При пневматолитовом и гидротермальном метаморфизмах изменения пород заключаются в метасоматической переработке их с изменением химического и минералогического составов.

Изменение пород только под влиянием высоких температур получило название термального метаморфизма. При этом породы обжигаются, изменяются их структура, текстура” иногда минералогический состав.

В наиболее глубинных частях земной коры континентов, в условиях очень высокого давления, при температуре около 600°С и под активным воздействием легколетучих соединений, выносимых из мантии, преобразование пород происходит как бы на грани законов, регулирующих метаморфическую перекристаллизацию минералов и их магматическую кристаллизацию. Метаморфизуемая порода частично расплавляется и расплавленное вещество переходит в состояние магмы. Такой процесс получил название ультраметаморфизма, палингенеза или анатексиса. При этом обычно происходит привнос в расплав калия и натрия, что приводит к образованию калиевых и натриевых полевых шпатов, слюд, амфиболов. В результате происходит гранитизация породы. Возможно, именно таким образом происходит формирование гранитных батолитов.

Совместное нахождение твердой метаморфической породы и магматического расплава сопровождается проникновением расплава в породу по плоскостям сланцеватости с образованием мигматитов. Мигматиты особенно характерны для древних кристаллических щитов.

Зоны и фации метаморфизма

Изучение парагенетических ассоциаций минералов в метаморфических породах геосииклиналей позволило установить следующие изменения минерального состава алюмосиликатной осадочной породы(глины, глинистого сланца) при нарастающем метаморфизме.

1. Самой первой, слабой стадии метаморфизма отвечает образование хлорита с подчиненным количеством альбита и серицита.

2. Затем происходит образование биотита, который становится преобладающим минералом. Кроме него, присутствуют альбит, хлорит, серицит.

3. Дальнейший метаморфизм приводит к образованию альмандина (главный минерал) сальбитом и слюдой.

4. Далее порода превращается в ставролитовый, дистеновый и, наконец, силлиманитовый кристаллический сланец. Появляются полевые шпаты, структура становится более крупнозернистой.

На основании этих данных и общетеоретических соображений ученые предположили, что главным фактором метаморфизма является глубина погружения метаморфизуемой породы и поэтому метаморфизм стали разделять на три глубинные зоны: эпизону (верхнюю), мезозону (среднюю) и катазону (нижнюю). Однако дальнейшее изучение минеральных ассоциаций метаморфических пород показало, что такое представление очень схематично.

Определяющее значение для формирования минералогического состава метаморфизуемой породы имеет не глубина, а термодинамические и физико-химические условия. Поэтому было введено понятие о метаморфических фациях, под которыми понимаются породы определенного минералогического состава, образованные в одинаковых термодинамических условиях.

Выделяются низкотемпературные, среднетемпературные и высокотемпературные группы фаций, каждая из которых разделяется по величине давления. Например, в группе низкотемпературных фаций выделяются фация низких давлений (фация хлоритовых сланцев) и высоких давлений (фация щелочного амфибола — глаукофана). Процессу метаморфизма, протекающему в наиболее глубоких частях земной коры континентального типа, отвечает эклогитовая фация, образующаяся в условиях очень высоких давлений. Описание пород этой фации — эклогитов и гранулитов — приводится ниже.

Распространенные метаморфические горные породы

Текстурно-структурные особенности метаморфических пород. Типы текстур и структур метаморфических горных пород значительно разнообразнее, чем изверженных и осадочных. Характерные текстурно-структурные черты метаморфических пород обусловлены особенностями их образования.

При метаморфизме рост всех минералов происходит одновременно, а не последовательно, как при образовании изверженных пород, и не при наличии жидкой среды, а при сохранении твердого состояния породы. Для обозначения процесса кристаллизации минералов в твердой среде австрийский петрограф Ф. Бекке ввел термин бластез.

Для метаморфических пород наиболее типичны различные варианты кристаллобластовой структуры, которая образуется при одновременном росте разных кристаллов. Идиоморфизм минералов в метаморфических породах определяется не их более ранним образованием, а способностью к образованию кристаллов.

Хорошо ограниченные идиоморфные зерна в метаморфических породах называются идиобластами, минералы с отсутствующими кристаллографическими ограничениями — ксенобластами.

Крупные зерна, выделяющиеся среди более мелких, называются порфиробластами. При одинаковой величине минералов структура породы имеет название гомеобластовой, при наличии порфиробластов — порфиробластовой.

В случае преобладания чешуек в породе структура называется чешуйчатой, если минералы имеют волокнистые или игольчатые формы—фибробластовой), если минералы образуют зерна — гранобластовой. Для метаморфических пород характерна пойкилитовая структура (от греч. пестрый), которая образована сравнительно крупными кристаллами, проросшими более мелкими. В результате раздавливания минералов возникает катакластическая структура.

Для текстур метаморфических пород типичны сланцеватые, полосчатые, ленточные, очковые, хотя встречаются и массивные.

В породах регионального метаморфизма, во-первых, присутствуют минералы исходных пород (осадочных или изверженных). Во-вторых, имеются минералы, характерные для процессов метаморфизма. К ним относятся дистен, ставролит, силлиманит, гранаты, минералы группы эпидота, тремолит, актинолит, тальк, графит и др.

Важное значение для состава метаморфических пород имеет состав исходных пород, так как образование тех или иных минералов связано с наличием определенных химических элементов.

В зависимости от условий при одном и том же химическом составе могут возникать метаморфические породы, сложенные «глубинными» или более «поверхностными» ассоциациями минералов.

Распространенные метаморфические породы

Гнейсы являются наиболее распространенной метаморфической породой и, по-видимому, составляют около половины всей массы пород этой группы.

Они характеризуются гранобластовой структурой, хорошо выраженной параллельной (гнейсовой) текстурой и состоят преимущественно из полевых шпатов, в меньшем количестве из кварца, роговой обманки, пироксенов (авгита или диопсида), биотита, мусковита. Могут присутствовать гранаты, силлиманит, графит и др. В случае преобладания натровых плагиоклазов выделяют плагиоклазовые гнейсы. При высоком содержании глинозема в исходных породах образуются гнейсы с повышенным содержанием силлиманита, кордиерита, граната.

Если эти породы образовались при метаморфизме изверженных пород (гранитов, гранодиоритов, кислых эффузивов), то их называют ортогнейсами, при образовании из осадочных пород — парагнейсами.

Состав гнейсов близок к гранитам. Эти породы очень распространены в толщах докембрийских образований, слагающих основание платформ и щитов.

Гранулиты имеют полосчатую и ленточную текстуру. Они состоят главным образом из мелкозернистых кварца и полевых шпатов, наряду с которыми присутствуют крупные порфиробласты граната.

В том случае, когда полнокристаллические метаморфические породы, обладающие параллельной текстурой, не содержат полевых шпатов, их называют кристаллическими сланцами. Они имеют разнообразный состав и в своем распространении немногим уступают гнейсам. Особенно широко распространены слюдяные сланцы. По составу слюд выделяют биотитовые, мусковитовые и двуслюдяные сланцы. Они имеют чешуйчатую структуру и состоят в основном из кварца и слюды.

В значительном количестве могут присутствовать гранаты, ставролит, андалузит, дистен, магнетит, графит.

Амфиболиты возникают в результате глубокого преобразования как изверженных пород среднего и основного состава (базальтов, диабазов и их туфов), так и осадочных пород (мергелей, доломитовых глин). Амфиболиты обладают гранобластовой структурой, массивной или параллельной текстурой и состоят из кальциевых плагиоклазов (от андезина до анортита), роговой обманки, пироксенов и гранатов. В значительном количестве могут присутствовать дистен, эпидот, калиевые полевые шпаты, слюды.

Амфиболиты широко распространены среди пород докембрийского основания платформ и щитов, составляя около 20—25% всей массы метаморфических пород.
Кварциты являются характерным представителем метаморфических пород. Они обычно имеют гранобластовую структуру и полосчатую или массивную текстуру. В их составе резко преобладают зерна кварца, в виде примеси содержатся полевые шпаты, слюды, амфиболы и пироксены. Соответственно выделяют кварцито-гнейсы, слюдяные, роговообманковые или авгитовые кварциты. При высоком содержании в исходных породах минералов группы оксидов железа образуются магнетитовые (железистые) кварциты. Оригинальной породой, обладающей красивым темно-вишневым цветом, является так называемый шокшинский песчаник из Южной Карелии.
Образование кварцитов связано с метаморфизмом осадочных песчаных пород.

Мраморы — продукт перекристаллизации известняков и доломитов. Они обычно имеют кристаллобластовую структуру и массивную текстуру.

Глинистые сланцы представляют собой сильноуплотненные тонкосланцевые породы, образующиеся из глинистых отложений в результате процессов динамометаморфизма. В отличие от плотных глин (аргиллитов) глинистые сланцы не размокают в воде благодаря преобразованию кристаллохимических структур глинистых минералов в более прочные.

Альбит-хлоритовые и эпидот-хлоритовые сланцы являются продуктами первых стадий метаморфизма глинистых и алевритовых осадочных пород, а также доломитов. Из обломочных пород, богатых магнием и железом, образуются хлоритовые и тальковые сланцы.