Метаморфічний процес та мінеральні асоціації метаморфічних порід

Регіональний метаморфізм

При зануренні продуктів екзогенного і ендогенного мінералоутворення на глибину, в область підвищеного тиску і температур, відбувається зміна цих порід, зміна їх мінерального складу і структури - пристосування до нових умов. Такий процес називають регіональним метаморфізмом,оскільки він захоплює цілі регіони земної кори. Чинники, що визначають ступінь метаморфізму – температура, тиск, присутність флюїду. Очевидно, верхня межа регіонального метаморфізму - це температури плавлення, утворення магматичного розплаву, тобто близько 700-1000ºС (залежно від складу порід і їх насичення водою).

Тиск при регіональному метаморфізмі може бути вельми різним, досягаючи десятків тисяч атмосфер (десятків кілобар) на глибині і в зонах глибинних розломів (в умовах стресу). Які загальні тенденції мінералоутворення при регіональному метаморфізмі? Це:

1) утворення все більш щільних мінералів із збільшенням тиску;

2) послідовне зменшення ролі води (і вуглекислоти) в мінералах із зростанням температури.

По ступеню інтенсивності весь процес метаморфізму може бути роздільний на РТ-області, яким відповідатимуть свої певні мінеральні асоціації. Цим стадіям з їх характерними мінеральними асоціаціями відповідають фації метаморфізму.Грубо їх групують на фації низкою, середнього і високого ступенів метаморфізму.

Метаморфічні фації називаються за характерними мінералами, або характерній зовнішності порід, що виникають при метаморфізмі алюмосилікатних осадових порід (рис. 20). Як видно з рисунка, виділяються області метаморфізму при нормальному (ліва частина діаграми) і підвищеному тиску (права частина - поля еклогитов і порід, що містять дистен, глаукофан).

Крім того, продукти регіонального метаморфізму відрізнятимуться залежно від початкового складу порід. Розглянемо випадки, відмінні від звичайних алюмосилікатних порід.

1. При регіональному метаморфізмі карбонатних порід (вапняків) виникатимуть мармури. Якщо ж початкові карбонатні породи окрім кальциту містили доломіт (магнезійні карбонатні породи), а також прошарки і лінзи піску, глинистих осадів, то при регіональному метаморфізмі високого ступеня за рахунок таких порід виникнуть кальцифіри - породи, що складаються з кальциту і магнезійних мінералів, аналогічні по асоціації магнезійним скарнам. На відміну від останніх, в кальцифірах форстерит, діопсид, флогопіт звичайно рівномірно розподілені у вигляді зерен серед кальциту або іноді утворюють смуги (на місці колишніх силікатних прошарків або доломіту).

2. При метаморфізмі хемогенно-осадових товщ, багатих гідроокислами заліза і кремнеземом, утворюються залізисті кварцити (джеспіліти) - тонкоаруваті породи, що складаються в основному з магнетиту, гематиту і кварцу. З ними іноді зустрічається лужний амфібол - рибекіт, і деякі залізисті силікати - феросиліт, фаяліт. Такі утворення характерні для високого ступеня метаморфізму і на всій земній кулі приурочені до докембрійськім утворень. У Росії це руди Курської Магнітної Аномалії, на Україні - Кривий Ріг, в США - родовища Верхнього Озера.

3. При метаморфізмі високоглиноземистих осадів (бокситів, стародавньої кори вивітрювання латеритного типа) виникають високоглиноземисті продукти метаморфізму - андалузіт-кіанітові сланци (іноді з диаспором), силіманітові сланці, а також корундвмісні породи (за рахунок бокситів) з домішкою хлоритоїду.

Рис. 20. Схема фацій метаморфізму в координатах Т-Р.

АТ-АЗ - фації контактного метаморфізму (АТ - спуріт-мервінітова, А1 - піроксен-роговикова, А2 - амфібол-роговикова, A3 -мусковіт-роговикова);

В1-В5 - фації регіонального метаморфізму (В1 - двупіроксенова, В2- біотит-силіманітова, ВЗ - андалузит-мусковітова, В4 - зеленосланцева, В5 - преніт-пумпеліїтова); С1-С4 - фації високого тиску (С1 - еклогитова, С2 - кіаніт-гнейсова, СЗ - гранат-глаукофанова, С4 - глаукофан-сланцева). Деякі реперні межі і реакції (зліва направо): 1) лінія плавлення мокрого базальту; 2) лінія плавлення мокрого граніту; 3) форстерит + кордієріт - енстатит + шпінель; 4) анортит + форстерит = енстатит + діопсид + шпінель; 5) андалузит = силіманіт; 6) силіманіт = кіаніт; 7) андалузит = кіаніт; 8) анортіт = гранат + кіаніт + кварц; 9) альбіт _ жадєїт + кварц

4. При метаморфізмі стародавніх розсипів можуть утворитися родовища типу Вітватерсранд (ЮАР) - з уранінітом, самородним золотом (метаморфізовані золотоносні конгломерати).

5. При метаморфізмі торфів (продуктів розкладання рослинних залишків) може утворюватися кам'яне вугілля, антрацити, шунгіти, перехідне потім в графіт.

Метаморфічні перетворення визначаються первинним складом порід та Р-Т умоввами, що реалізуються в певному об’ємі літосфери.

Таблиця Продукти метаморфічного перетворення основних типів порід

Особливо слід зупинитися на жилах альпійського типу - специфічних продуктах регіонального метаморфізму. Альпійські жили були вперше досліджені в метаморфічних комплексах Альп, звідки і одержали свою назву. При метаморфізмі відбувається дегідратація мінералів (розкладання мінералів, що містять воду). Така вода накопичується в метаморфічній товщі і починає пересуватися в ній у вигляді порових розчинів. Якщо на шляху зустрічається тріщина або порожнина, ці розчини починають перевідкладати в них речовину, розчинену при просочуванні через навколишні породи. Так утворюються жили, особливістю яких є, по-перше, друзова будова - відкладення йде на стінках тріщин, і, по-друге, тісний зв'язок їх мінерального складу з складом вміщуючих товщ. У таких жилах часто зустрічаються прекрасні кристали гірського кришталю, іноді з включеннями голчатих кристалів рутилу (так зване „волосся Венери”), кристали адуляра, сфену, апатиту, гематиту, рутилу, брукиту, цеолітів, табличаті кристали хлориту.

В цілому при розвитку регіонального метаморфізму виділяють прогресивний метаморфізм, що йде з підвищенням температури і тиску, і регресивний (ретроградний) метаморфізм, що протікає при зменшенні цих параметрів. Якщо регресивний метаморфізм відірваний в часі від попереднього етапу, його називають також діафторезом, при цьому в мінералоутворенні таких менш метаморфізованних порід обов'язково бере участь вода, що виділилася на прогресивній стадії метаморфізму. Якщо флюїд з системи з якихось причин видалений і немає іншого джерела флюїда, то діафторез протікати не буде.