Метаморфические горные породы

Метаморфические горные породы - это глубоко изменённые в процессе метаморфизма первично-осадочные и магматические горные породы («метаморфо» по-гречески — преобразуюсь, превращаюсь). При метаморфизме существенно изменяется минеральный состав пород, их структура и текстура. При этом порода сохраняет твёрдое состояние без расплавления или растворения. Процессы метаморфизма, сопровождающиеся переплавлением исходной породы с вмещающими породами или без них, приводят к образованию ультраметаморфических пород.

Главными факторами метаморфизма являются: высокая температура, источником которой могут быть как высокая температура недр Земли, так и поднимающиеся из этих недр расплавленные магмы; большое давление, как всестороннее (гидростатическое), увеличивающееся по мере опускания в глубь земной коры, так и направленное (стресс), связанное с тектоническими движениями; привнос в породу или вынос из нее химических веществ высокотемпературными растворами и газами. Воздействие температуры и давления связано с одновременным воздействием флюидов. Флюиды – это жидкие и газообразные компоненты магмы или циркулирующие в глубинах Земли насыщенные газами растворы. В их составе преобладают пары воды, хлора, углекислого газа и многих других элементов и соединений.

В зависимости от ведущего фактора выделяют следующие виды метаморфизма: катакластический, региональный, контактовый, термальный и динамотермальный.

Катакластический метаморфизм приурочен к участкам развития дизъюнктивных нарушений — дислокаций — типа сбросов, развит в их границах и совершается при сравнительно небольших давлениях и довольно низкой температуре. При этом происходит дробление крепких минералов или их деформации в первоначальной структуре и текстуре пород и, в результате происходит хрупкое разрушение минералов и их перемещение. Трещины в породе не возникают, происходит преобразование породы в результате пластических деформаций, при которых возможны химические изменения пород. Протекающие изменения приводят к формированию самых разнообразных пород - от гранитоидов до тектонических брекчий, катаклазитов и милонитов.

Региональный метаморфизм вызывается высокой температурой и большим гидростатическим давлением в глубинах Земли, когда крупные массивы горных пород земной коры погружаются на эти глубины. Сопровождается перекристаллизацией пород, образованием новых минералов и сланцеватой текстуры.

Контактовый метаморфизм происходит под действием высоких температур на контакте горных пород с очагами внедряющейся расплавленной магмы, т.е. осадочные и магматические горные породы попадают под воздействие магматических масс, внедрившихся в их толщу. При этом происходит изменение структуры и текстуры пород, а при выделении паров в растворы - и их состава. Образование контактово-метаморфических горных пород в зоне воздействия магматических расплавов может происходить с привносом веществ из этого расплава или без привноса. В этом случае различают собственно контактовый метаморфизм (без привноса) и контактово-метасоматический (с привносом). Контактовым изменениям подвержены не только вмещающие породы, но и сами магматические массы, поэтому различают внешний (экзоконтактовый) и внутренний (эндоконтактовый) метаморфизм.

Динамометаморфизм наблюдается при действии направленного давления, связанного с тектоническими движениями земной коры, т.е. горные породы оказываются в зоне воздействия высоких тектонических напряжений земной коры. При этом может повышаться и температура. При явлениях динамометаморфизма нередко наблюдается дробление, расслаивание и другие механические изменения, приводящие к образованию так называемых катаклазитов, возникающих в относительно узких зонах тектонических нарушений в виде сбросов и надвигов. Зерна минералов под действием давления интенсивно дробятся без существенной перекристаллизации.

Пневматолитовый и гидротермалъный метаморфизм связан с привносом в породу новых химических веществ газами и горючими водными растворами, поднимающимися из очага магмы. Они вызывают изменение химического и минералогического состава пород.

Динамотермальный метаморфизм дает самое большое разнообразие пород с очень широким их распространением в земной коре. В зависимости от условий протекания процесса различают региональный и локальный динамотермальный метаморфизм. Самостоятельным видом регионального динамотермального метаморфизма является ультраметаморфизм. В каждом из этих видов метаморфизма сложный комплекс взаимодействия температур, стресса (разрядки напряжений), давления, иногда и флюидов приводят к формированию чрезвычайно широкого спектра метаморфических пород с весьма разнообразными физико-механическими свойствами. В глубинных зонах складчатых областей в условиях ультраметаморфизма наблюдается переплавление ряда пород с образованием смешанных горных пород – мигматитов, имеющих разнообразную сложную структуру, что обусловливает весьма различную их прочность, неоднородность свойств, повышенную (по сравнению с другими, массивно-кристаллическими породами) выветриваемость. Для многих из них характерны слойчатость, послойные и секущие складки.

При формировании термально-метаморфизованных пород главным фактором является температура магматического расплава. Под действием температуры на границах (контакте) интрузий образуются ореолы, сложенные особыми контактово-метаморфизованными породами. Мощность зоны контактовых изменений бывает различной и главным образом зависит от двух факторов: состава и состояния вмещающих пород, температуры, состава и продолжительности воздействия магмы. Наиболее типичными породами термального метаморфизма являются контактовые роговики, скарны, породы кремнистого состава.

Большое разнообразие метаморфических пород объясняется значительным разнообразием самих типов метаморфических процессов, условий их протекания и разнообразием состава и свойств самих магматических расплавов и вмещающих пород.

Метаморфические породы по внешнему виду и условиям залегания занимают промежуточное положение между магматическими и осадочными породами. По минеральному составу они ближе к магматическим породам.

Минеральный состав. Метаморфические породы состоят из устойчивых в условиях высокого давления и температуры минералов, что и магматические породы. К ним относятся минералы магматического происхождения: кварц, полевые шпаты, плагиоклазы, мусковит, биотит, роговая обманка, магнетит, гематит и минерал осадочного происхождения – кальцит. Кроме того, в метаморфические породы входят минералы метаморфического происхождения: графит, тальк, хлориты, гранаты, кианит, серицит, актинолит, эпидот, силлиманит, кордиерит, скаполит и др.

Структура. Все метаморфические породы имеют кристаллическое строение. Различают три типа структур: кристаллобластический; катакластический; реликтовый.

Кристаллобластическая структура образуется при одновременной перекристаллизации составных частей породы в твёрдом состоянии без переплавления.

По форме минеральных зёрен различают структуру листоватую, чешуйчатую, игольчатую и таблитчатую. По их взаимному расположению зёрен различают структуры: гранобластическую (равномерно-зернистую); роговиковую (зёрна имеют неправильное очертание); лепидобластическую (зёрна листоватой или пластинчатой формы); ориентированную (параллельно сланцеватости); столбчатую (развиты удлинённые призматические или столбчатые зёрна); порфиробластическую (отдельные минералы, обладая большей кристаллизационной силой, вырастают в крупные зёрна). По величине зерен различают крупнокристаллическую структуру (диаметр более 1мм), среднекристаллическую (0,25…1 мм) и мелкокристаллическую (менее 0,25мм);

Катакластические структуры возникают при тектоническом дроблении (катаклазе) горной породы и могут быть равномерно - или неравномерно катакластическими.

Реликтовые (иначе остаточные) структуры характеризуются сохранением элементов структуры материнских пород.

Текстуры (сложение) бывают реликтовые и метаморфические (рисунок 44). В реликтовой структуре сохраняется структура материнской породы. Наиболее характерны следующие текстуры: сланцеватая (таблитчатые, листоватые, столбчатые и игольчатые кристаллы располагаются параллельно друг другу), полосчатая или ленточная (чередуются полосы разной толщины и различного минералогического состава). При сланцевой текстуре горная порода раскалывается по параллельным направлениям на тонкие пластинки. Выделяют: тонко,- и грубосланцевые текстуры. По степени проявления сланцевости различают совершенную и несовершенную сланцеватость. Встречаются породы с массивной текстурой, очковой и плойчатой (гофрированной). Массивной называется текстура зернистого строения без особой ориентировки минеральных зёрен.

Рисунок 44 – Текстура метаморфических горных пород (по И. А. Елисееву): а – сланцевая (плоскопараллельная); б – сланцевая волнистая; в –линейная или линейно-параллельная; г — стебельчатая или карандашная;

д – линзовидная или очковая

Отдельности первично осадочных и магматических пород. Это реликтовые отдельности (унаследованные). Чаще всего в процессе метаморфизма появляются отдельности, характерные для этих пород, так называемые метаморфические отдельности. Они обусловлены системами параллельных трещин, не совпадающих с первичной текстурой породы, по которым порода легко раскалывается на отдельности. Такого рода системы трещин называются кливажем.

Кливаж течения – возникает при пластическом деформировании породы под действием тектонических напряжений. При этом изменяется структура породы и образуется сланцеватость.

Кливаж разлома возникает при деформациях, т. е. крупных разрушениях. Минеральные зёрна сохраняют первоначальное положение, т.е. структура породы не изменяется.

Формы залегания метаморфических пород унаследованы от первично осадочных и магматических пород, кроме контактово-метаморфических пород залегающих в форме ореолов и зон вокруг магматических тел. Метаморфические породы, возникшие из глубинных магматических пород, более или менее сохраняют их первоначальную форму залегания. При метаморфизации осадочных пород слоистость сильно деформируется. При контактном метаморфизме образуются своеобразные оболочки метаморфических пород, окружающих магматические породы. Динамометаморфизм образует мощные зоны смятия, возникают сложные складки. При региональном метаморфизме измененные осадочные породы часто сохраняют первичную слоистость.

В процессе движения земной коры метаморфические породы могут быть выведены на дневную поверхность и являются почвообразующими породами.