Головні типи метаморфічних гірських порід

В основу класифікації метаморфічних гірських порід покладено ряд ознак, серед яких найважливішими є хімічний і мінеральний склад, структура і текстура, а також види метаморфізму. Мінеральний склад дає змогу відновити тиск і температуру метаморфізму; структурні і текстурні особливості – глибину і способи метаморфізму; хімічний склад, характер первинних порід.

Виходячи із вищенаведеного, в основу класифікації метаморфічних порід покладено типи метаморфізму (табл. 25.1).

Метаморфічні породи локального метаморфізму. Серед цієї групи метаморфічних порід виділяють:

а) породи контактово-термального метаморфізму;

б) породи динамометаморфізму;

в) породи автометаморфізму;

г) породи контактового метасоматозу.

Породи контактово-термального метаморфізму. Серед цього типу порід виділяються глинисті сланці, слюдисті сланці, роговики і мармур.

Глинисті сланці – це щільна сланцювата глиниста порода, яка складається переважно з каолініту або інших глинистих мінералів, гідрослюд, хлориту, а також кварцу, польових шпатів, карбонатів, органічних вуглистих речовин, а іноді сульфідів заліза. Пористість породи 1-3%. Сланці не розмокають у воді.

Глинисті сланці утворюються в результаті ущільнення глин та їх частковій перекристалізації при зануренні на глибину. При подальшій зміні перетворюються у філіти або хлоритові сланці. Породи найбільше характерні для геосинклінальних формацій.

Слюдисті сланці утворюються за рахунок глинистих сланців. Відрізняються вони від них більшим ступенем перекристалізації. До мінерального складу входять дрібні зерна (0,1-0,2 мм) мусковіту, біотиту, кварцу, рогової обманки. Структури кристалобластові, текстури сланцюваті.

Глинисті і слюдисті сланці використовуються в будівництві, в електротехнічній промисловості, а в подрібненому стані – як наповнювач для бетону.

Роговики – тонкозерниста або прихованокристалічна контактно-метаморфічна гірська порода. Виникає при нагріванні глинистих та інших тонкозернистих алюмосилікатних порід, які знаходяться в контакті з магматичними тілами в умовах глибин до 10 км.

У товщі роговиків переважно проявляється температурна зональність. Високотемпературні піроксенові роговики, що містять кордієрит, андалузит, гіперстен, при віддалені від контакту з магматичним тілом змінюються більш низькотемпературними роговиками, в яких переважно присутні біотит, моноклінний піроксен тощо.

Роговики переважно мають характерну рівномірнотонкозернисту роговикову структуру і масивну, плямисту або смугасту текстуру. Вони характеризуються переважно високою міцністю, не мають промислового зруденіння, але є супутниками багатьох корисних копалин. Деякі різновидності роговиків використовують як облицювальний матеріал.

Мармур – повнокристалічна карбонатна гірська порода, утворена в результаті перекристалізації вапняку або доломіту. Переважно мармур містить велику кількість домішок інших мінералів та органічних сполук, які по-різному впливають на його якість.

Найбільшою міцністю і найкращою полірованістю характеризуються дрібнокристалічні мармури із зубчастим зв’язком зерен. Мармури характеризуються виключним різноманіттям забарвлення. Особливо цінними є білі однорідні мармури завдяки здатності пропускати світло на деяку глибину і створювати відтінки.

Найважливішим промисловим показником мармуру є його блочність, тобто здатність виколювання або випилювання із гірського масиву великих блоків, придатних для розпилювання на плити і виготовлення скульптурних виробів. Родовища мармуру чисельні і розробляються майже в усіх країнах. Найбільшою популярністю користується мармур Італії. На півночі Італії, в Алуанських Альпах, знаходяться товщі глибокометаморфізованих юрських карбонатних відкладів, де всі вапняки перетворені в білі або кольорові мармури. Видобувається мармур переважно в кар’єрах і рідко підземним способом.

Мармур з давніх часів використовують для облицювання будинків та інтер’єрів, створення мозаїчних композицій, барельєфів тощо. Для скульптур здебільшого використовують однотонний білий мармур.

Метаморфічні породи динамометаморфізму. Породи динамометаморфізму представлені переважно катаклазитами, мілонітами та тектонічними брекчіями.

Катаклазити. Деформація гірських порід супроводжується подрібненням або розтиранням мінеральних зерен чи їх агрегатів під впливом тектонічних процесів без зміни їх хімічного складу. Катаклазити виникають в зонах розломів гірських порід і є наслідком стресових тисків. Перетерта маса часто містить хлорит, серицит та інші вторинні мінерали. Катаклазити можуть утворюватися за рахунок будь-яких порід, однак переважно вони формуються в гранітах, діоритах, габро інших магматичних породах. Структури катакластичні, текстури реліктові, сланцюваті. У вулканогенних породах катаклаз призводить до утворення порфірових виділень.

Мілоніти – кластогенні породи, утворені при динамометаморфізмі в зонах розломів при перетиранні та розвальцюванні різних гірських порід по поверхні тектонічних розривів. За зовнішнім виглядом нагадують щільні конгломерати із округленими уламками мінералів вміщуючих порід та тонким мікробрекчієвим цементуючим матеріалом. Останній часто має стрічкову або смугасту текстуру завдяки переміщенню тонкого матеріалу вздовж зсувного порушення при насуванні блоків масивних порід, які переміщуються один відносно одного з утворенням тонкозернистої спресованої маси з характерними поверхнями дзеркального сковзання. З нових мінералів при стресових навантаженнях можуть утворюватися лусочки хлориту, серициту, епідоту, альбіту, кварцу та інших мінералів. У вулканогенних породах утворюються порфіровидні виділення. Структура катакластична, текстури сланцюваті, іноді реліктові.

Тектонічні брекчії – це крупноуламкові гірські породи, які складаються із зцементованих кутуватих уламків різних гірських порід розміром понад 10 мм. Уламки можуть бути однорідними або різнорідними, різко відрізняючись від цементу. В брекчії дуже часто присутній заповнюючий матеріал. Від катаклазитів і мілонітів відрізняються збереженням більш крупних уламків первинних порід, зцементованих більш дрібнозернистим перетертим матеріалом цих же порід. Враховуючи, що тектонічні порушення можуть служити шляхами проникнення з більших глибин мінеральних розчинів, не виключено, що цементуюча частина брекчії пов’язана саме з високомінералізованими розчинами.

Метаморфічні породи автометаморфізму. Серед цього типу порід найбільше розповсюдженні грейзени, вторинні кварцити і серпентиніти.

Грейзени – гірські породи, що утворюються в процесі високотемпературного (300-500°С) метасоматозу і перекристалізації гранітоїдів за участю летких компонентів (P, H₂O, Cl та ін.), що проходить у широкому діапазоні тисків при еволюції постмагматичних розчинів від лужних до кислих і пов’язаного з гранітними інтрузіями середніх і помірних глибин. Багато дослідників вважають грейзени продуктами приконтактного вилуговування гірських масивів найбільш кислих гранітів в умовах середніх глибин.

Залежно від складу автометасоматичних розчинів утворюються різні грейзени. Головними мінералами гірської породи є кварц і слюда, топаз, флюорит, турмалін, берил, рутил. Деякі рудні мінерали в породі містяться в промислових кількостях (вольфраміт, молібденіт, вісмутин, пірит та ін.). серед грейзенів відомі родовища руд вольфраму, олова, берилію, молібдену, миш’яку. При цьому родовища можуть бути не тільки серед гранітів та інших кислих порід, але й серед основних, ультраосновних і карбонатних порід, причому обов’язково на контактах з гранітами. Залягають грейзени у вигляді жил і неправильних ділянок всередині гранітних масивів, переважно в їх крайових частинах, а іноді в навколишніх породах.

Структура породи середньо- і крупнозерниста. Текстури переважно масивні.

Вторинні кварцити утворюються в результаті зміни вулканогенних порід кислого і середнього складу під дією поствулканічних розчинів. Головними компонентами вторинних кварцитів є кварц, діаспор, каолініт, а іноді рудні мінерали – сульфіди Cu, Pb, Zn, Au та ін., які дуже часто утворюють промислові родовища. Іноді присутній корунд. Текстура однорідна, структура – кристалобластова.

Серпентиніти формуються на заключній стадії формування ультраосновних олівінових порід під впливом гідротермальних розчинів порівняно невисокої температури (менше 400°С). Це переважно зони ендоконтактів первинних ультраосновних масивів, заміщених серпентинітом, який утворюється при взаємодії олівіну з гідротермальними розчинами на заключній стадії формування ультраосновних масивів.

Метаморфізовані породи складені здебільшого волокнистими агрегатами серпентину з реліктами олівіну та інших мінералів. Структури щільні тонкозернисті та волокнисті. Текстури переважно реліктові, неодноріднозернисті. З даним типом метаморфізму пов’язані основні родовища серпентину, а іноді й хроміту.

Метаморфічні породи контактного метасоматозу. Цей тип порід формується в зоні екзоконтактів переважно гранітних масивів в їх безпосередній близькості з вапняками або мармурами. Серед них найбільш поширеними є скарни.

Скарни – високотемпературні контактно-метасоматичні гірські породи, складені специфічними вапняковими або магнезіально-залізистими силікатами.

За механізмом перенесення речовини розчинами виділяються дифузійні скарни, які виникли при зустрічній дифузії в порових розчинах кремнезему і глинозему в один бік і лужноземельних компонентів в протилежний бік. В інфільтраційних скарнах перенесення речовини проводиться потоком порових розчинів.

За основним компонентом карбонатних порід, що входять до їх складу, розрізняють вапнякові та магнезіальні скарни. Вапнякові скарни виникають переважно в умовах малих і середніх глибин (10-12 км) в постмагматичний етап на контакті вапняків з алюмосилікатними гірськими породами. Магнезіальні скарни утворюються при реакційній взаємодії доломітів із вторинною магмою або в умовах великих глибин (понад 10-12 км) при контакті з алюмосилікатними гірськими породами в післямагматичний період. Магнезіальні скарни складені переважно магнезіальними силікатами. Силікати мають метасоматичну зональність. Всі вони виникають і розростаються одночасно, утворюючи в сукупності так звану скарнову колону.

Скарни складають переважно контактові лінзоподібні і пластоподібні тіла, рідше трубоподібні і жильні тіла в карбонатних і алюмосилікатних гірських породах. Товщини скарнових тіл переважно декілька метрів, однак можуть бути сумарно збільшеними у випадку перемежованості силікатного і карбонатного матеріалу.

Із скарнами і скарноподібними породами часто пов’язані великі родовища руд Fe, Cu, Pb, Zn, W, Mo та ін., а також флогопіту, боратів та інших неметалевих гірських порід. Руди переважно концентруються в одній із зон скарнової колони, найбільш сприятливої за складом для їх відкладання.

Метаморфічні породи регіонального метаморфізму. Гірські породи регіонального метаморфізму представлені трьома групами:

а) група гірських порід прогресивного метаморфізму;

б) група гірських порід регресивного метаморфізму;

в) група гірських порід ультраметаморфізму.

Метаморфічні гірські породи прогресивного метаморфізму. Формування цих порід проходить на значних глибинах при високих температурах (700-800°С) і тисках (до 1000 МПа). Найбільш поширеними серед них є гнейси різного складу, високотемпературні гранітові амфіболіти та еклогіти.

Гнейси – метаморфічні гірські породи, які складаються із кварцу, калієвого польового шпату, плагіоклазу і темноколірних мінералів. За характером вихідних порід виділяють парагнейси та ортогнейси. Перші утворюються в процесі глибокого метаморфізму осадочних гірських порід, а другі – магматичних гірських порід. За мінеральним складом виділяють плагіоклазові, біотитові, мусковітові, двослюдяні, амфіболові, піроксенові та інші гнейси. Особливий вид – лужні гнейси, які містять темноколірні лужні піроксени та амфіболи.

За структурними і текстурними ознаками розрізняють деревоподібні, очкові, стрічкові, листуваті та інші гнейси. Найбільш типові гнейси для давніх докембрійських комплексів. Серед них знаходяться так звані сірі гнейси, які належать до одних з найдавніших утворень Землі.

Фізико-механічні властивості гнейсів залежно від властивостей і ступеня розсланцьованості коливаються в значних межах: густина – 2650-2870 кг/м³; пористість – 0,5-0,3%; водопоглинання – 0,2-2,3%.

Гнейсові породи використовуються переважно для одержання щебеню та бутового каменю. Найбільш щільні різновидності гнейсогранітів використовуються як облицювальний камінь. Із специфічними лужними гнейсами пов’язані родовища руд рідкісних елементів (ніобію, танталу, рідкісних земель, берилу та ін.).

Амфіболіти – тонкозернисті гірські метаморфічні породи, які складаються з амфіболу, плагіоклазу та іноді гранату. Утворюються вони при регіональному і контактовому метаморфізмі. Текстура амфіболітів масивна, листувата або лінійна. Структура – гранобластова, нематобластова або фібробластова. Листуватість порід зазвичай зумовлена орієнтованим розташуванням рогової обманки та біотиту.

Амфіболіти утворюються за рахунок вихідних порід різноманітного складу – із вивержених порід основного складу, рідше за рахунок ультраосновних вивержених порід, осадків мергелистого складу, а також туфів та туфогенно-осадочних порід. За характерними мінералами розрізняють біотитові, гранатові, кварцові, кіанітові та інші амфіболіти. Зустрічаються переважно вони в районах розвитку метаморфічних порід докембрійського віку.

Густина амфіболітів 2900-3150 кг/м³; пористість 0,1-0,34%; опір стисненню 81-264 МПа.

Використовують амфіболіти як будівельний камінь, а його чорні різновидності як облицювальний камінь. Переважно вони не утворюють великих родовищ і розробляються разом із вміщуючими породами – гнейсами і гранітогнейсами.

Еклогіти – глибинні метаморфічні гірські породи, які складаються із граніту і піроксену. Як другорядні та акцесорні мінерали зустрічаються рутил, графіт, алмаз, флогопіт та інші мінерали. Структура – гранобластова, текстура – масивна. За хімічним складом він відповідає базальтам і габро. Експериментально встановлено, що еклогіти утворюються в широкому діапазоні температур (350-1200°С) при високому тиску понад (0,75 МПа. Зустрічаються в різних геологічних обстановках, зокрема часто у вигляді ксенолітів – в алмазоносних кімберлітових трубках. З еклогітом пов’язані родовища рутилу та алмазів.

Метаморфічні породи регресивного метаморфізму. Формування цих порід відбувається при порівняно низьких температурах (100-400°С) і тисках. Найбільш поширеними серед них є слюдяні кристалічні сланці, мармури і кварцити. Перші два типи порід охарактеризовані вище в даному розділі, а тому зупинимось тільки на характеристиці кварцитів.

Кварцити – гірські породи регіонального метаморфізму, складені в основному зернами кварцу макраскопічно нерозпізнаними між собою, що зливаються у суцільну щільну масу із скалкоподібним або раковистим зламом. Утворення кварцитів пов’язане із суттєвою перекристалізацією кварцових пісків в процесі регіонального метаморфізму. До кварцитів відносять також й перекристалізовані гірські породи, що утворились із кремнеземистих гелів хемогенного походження (кремені, опоки та ін.).

Такі кварцити складають основну частину формації залізистих кварцитів. На відміну від кварцитів уламкового походження, які навіть при сильному метаморфізмі зберегли високу пористість або легко руйнуються і вилуговуються (особливо карбонатові), хемогенні різновидності характеризуються великим вмістом SiO₂ (95-99%), високою вогнетривкістю (1710-1770°) і механічною міцністю.

Кварцити залягають серед різноманітних метаморфічних гірських порід у вигляді суцільних пластових тіл великої протяжності. Особливо широко розповсюджені кварцити у відкладах протерозою. Багато різновидностей кварцитів являють собою цінні корисні копалини. Залізисті кварцити (джеспіліти) є найважливішою залізною рудою (Кривий Ріг, Курська магнітна аномалія та ін.). кварцити, в яких вміст SiO₂ досягає 98-99%, використовуються для виготовлення динасових вогнетривких виробів, для одержання металевого кремнію і його сплавів, а також як флюс в металургії. Кварцит застосовують як будівельний, облицювальний та декоративний камінь.

Особлива різновидність кварцитів – це вторинні кварцити. Вони являють собою метасоматичну гірську породу, складену із кварцу із домішками серициту, каолініту, корунду, топазу та інших мінералів. З вторинними кварцитами пов’язані родовища золота, міді, молібдену, алуніту, поліметалів і колчеданів. Вторинні кварцити характеризуються надзвичайно високою міцністю і широко використовуються як абразивні мінерали.

Метаморфічні породи ультраметаморфізму. Цей тип метаморфічних гірських порід характеризується глибокою метаморфізацією аж до часткового розплавлення материнських порід. Температури досягають 900-1100°С. Формування цих порід проходить на великих глибинах (15-20 км). Ультраметаморфізм має різко виражений характер і супроводжується магматичним заміщенням і дебазифікацією порід. Із них виносяться основи CaO, MgO та ін. і накопичуються SiO₂, K₂O, Na₂O. З цим процесом здебільшого пов’язується утворення гранітогнейсового шару континентальної Земної кори та екстенсивний розвиток корового гранітного мігматизму. З даним типом метаморфізму пов’язане формування ін’єкційних гнейсів, мігматитів, гранітогнейсів.

Гранітогнейси – повнокристалічні смугасті або сланцюваті гірські породи, аналогічні за складом до граніту. За структурою займають проміжне положення між гранітом і гнейсом. Текстура зумовлена субпаралельним розташуванням таблитчастих і призматичних кристалів (слюди, рогової обманки, польового шпату) та видовжених включень, а також скупченням окремих мінералів в почергові смуги.

Чимало дослідників вважають гранітогнейси аналогами гранітів, кристалізація яких пройшла в глибинних зонах земної кори при застиганні магматичних розплавів в умовах скерованого тиску. Тіла таких порід мають пересічні контакти з вміщуючими породами.

Гранітогнейси можуть також бути продуктом метасоматозу (гранітизації) раніше утворених гірських порід. Відрізнити магматичні гранітогнейси від метасоматичних досить важко. Часто магматичні або метасоматичні гранітогнейси називають гнейсогранітами.

Серед гранітогнейсів за мінеральним складом виділяють суттєво плагіоклазові, лужнопольовошпатові і двопольовошпатові різновидності. За лужністю вони поділяються на нормальні та лужні.

Гранітогнейси утворюються лише в зонах високого метаморфізму і тісно асоціюють з гнейсами різного складу. Особливо широко вони розповсюджені в докембрійських кристалічних щитах (Балтійський, Український та ін.). Використовуються гранітогнейси як будівельний та облицювальний матеріал.

Мігматити – гірські породи, що являють собою суміш магматичного матеріалу з реліктовим матеріалом магматичних порід. Утворюються при неповному магматичному заміщенні метаморфічних порід різного складу на високих стадіях метаморфізму, коли магматичний розплав пронизує породу, яку він заміщує. Мігматити переважно пов’язані з гранітоїдним магматизмом.

За текстурними ознаками розрізняють смугасті, лінзовидно-смугасті, метабластичні, порфіробластичні, брекчієподібні мігматити. За фізичними і хімічними властивостями мігматити різноманітні і проміжні між різними метаморфічними і магматичними породами. Розповсюджені серед метаморфічних комплексів кристалічного фундаменту, де можуть складати надзвичайно великі території.

До складу мігматитів входять кварц, польові шпати, слюди та деякі інші мінерали. Забарвлення сіре різних відтінків. Структура кристалобластова.

Ін’єкційні гнейси характеризуються тим, що в зони напластування первинних гірських порід проникали магматичні розплави типу тонких ін’єкцій, які розкристалізовували і формували даний тип порід. Проникнення ін’єкцій магми в міжпрошарковий простір материнської породи супроводжувалося метасоматичними змінами первинних порід, що в свою чергу сприяло формуванню цілої гами нових мінералів. Забарвлення цих порід сіре до темно-сірого. Вони складені переважно кварцом і польовими шпатами. Із другорядних мінералів присутні біотит, циркон, апатит та інші. Структура гранобластова, текстура смугаста.