Лабораторная работа №4

ОПРЕДЕЛЕНИЕ МЕТАМОРФИЧЕСКИХ ГОРНЫХ ПОРОД

Метаморфическими горными породаминазываются горные породы, подвергшиеся метаморфизму, т.е. изменившие минеральный состав или размер и текстуру агрегатов зерен без существенного изменения химического состава (за исключением Н2О и СО2) под воздействием флюидов, температуры и давления. Классификация метаморфических горных пород по типам метаморфизма приведена в таблице 4.1.

Метаморфические горные породы образуются в результате преобразования пород разного генезиса в условиях более высоких давлений и температур и при воздействии химически активных флюидов. Изменения пород протекают в твердой фазе без полного растворения или расплавления породы. Большое значение имеют состав исходной породы и ее строение. При метаморфических процессах происходит образование новой минеральной ассоциации, изменяются текстура и структура породы. Образующаяся метаморфическая порода стремится к равновесному состоянию при новых физико-химических параметрах среды ее существования. По мере увеличения интенсивности метаморфических процессов происходит все более глубокое преобразование исходной породы, и в природе можно наблюдать все переходы от первично-осадочных или магматических пород через слабо измененные породы, сохраняющие реликты состава и структуры первичного материала, до глубоко измененных метаморфических пород, в которых признаки исходных пород уже утрачены. Наиболее глубокий метаморфизм породы претерпевают при интенсивном складкообразовании, когда испытывают воздействие ориентированного давления (стресса).

Сходные по составу, текстуре и структуре метаморфические горные породы могут образовываться из различных исходных пород. Например, гнейсы образуются как при метаморфизме осадочных кварц-полевошпатовых пород, так и при метаморфизме гранитов. Различают пара- и ортометаморфические породы.

Параметаморфическиегорные породы образуются при метаморфизме осадочных горных пород (парасланцы, парагнейсы, параамфиболиты и др.).

Ортометаморфические породы возникают при метаморфизме магматических горных пород (ортогнейсы, ортосланцы, ортоамфиболиты и др.).

Разделение метаморфических пород на «орто-» и «пара-» визуально невозможно. Для решения этого вопроса должно быть изучено и учтено много факторов: форма залегания метаморфической породы, контакты с другими породами, присутствие реликтовых структур и много других характеристик конкретной метаморфической породы.

Таблица 4.1

КЛАССИФИКАЦИЯ МЕТАМОРФИЧЕСКИХ ПОРОД ПО ТИПАМ МЕТАМОРФИЗМА

Структуры метаморфических пород

Структура метаморфических пород всегда полнокристаллическая. Размеры зерен минералов в целом увеличиваются по мере роста температуры метаморфизма. Если метаморфическая порода не достигла равновесия при данных физико-химических параметрах среды, то в ней присутствуют реликты строения исходной породы, изучение которых представляет интерес для восстановления состава первичной породы и истории формирования метаморфической породы. Такие структуры называются реликтовыми.

Для метаморфических пород характерна уплощенная (таблитчатая, листоватая, чешуйчатая) и игольчатая форма минеральных зерен, что связано с растворением минеральных зерен в направлении действующего давления и ростом их в перпендикулярной плоскости. Реже встречаются зернисто-кристаллические породы.

Метаморфические породы, испытавшие дробление под действием направленного давления, приобретают катакластические структуры, которые характеризуются угловатой формой обломков породы, между которыми находится мелкообломочный и перетертый материал, цементирующий более крупные обломки породы.

Текстуры метаморфических пород

Текстура метаморфических пород является их наиболее важным внешним признаком и отчетливо отражает условия их образования. Для метаморфических пород наиболее характерны ориентированные текстуры. Практически все метаморфические породы имеют плотное сложение. Наиболее распространены следующие текстуры метаморфических пород.

1. Сланцеватая текстура. Она характерна для большой группы пород регионального метаморфизма, образующихся при воздействии ориентированного давления – стресса. При такой текстуре порода сложена пластинчатыми или чешуйчатыми минеральными зернами, располагающимися взаимно параллельно.

Массивнаятекстура, которая характеризуется однородностью любого участка породы. Такие текстуры возникают в результате перекристаллизации однородного материала при отсутствии направленного давления. Образуются в экзоконтактовых ореолах интрузивных массивов и глубинных зонах земной коры.

3. Пятнистаятекстура. Эта текстура обусловлена неравномерным распределением минералов в породе и возникает при контактово-термальном метаморфизме пород.

4. Полосчатаятекстура. Она представляет собой чередование полос разной мощности различного состава и структуры, образование которых может быть связано как с реликтовой слоистостью осадочных пород, так и с перераспределением минералов при перекристаллизации.

5. Очковая или линзовиднаятекстура характеризуется присутствием рассеянных в породе более крупных овальных зерен или агрегатов кварца или полевого шпата – «очков», выделяющихся цветом на фоне сланцеватой основной ткани породы. Встречается в породах регионального метаморфизма.

6. Плойчатая или гофрированнаятекстура. В породах наблюдаются очень мелкие складки.

Минеральный состав метаморфических пород

Минеральный состав метаморфических пород зависит от состава исходной породы и действовавших факторов метаморфизма. Он существенно отличается от состава как осадочных, так и магматических пород. Разнообразие химического состава исходных пород и значительные вариации термодинамических параметров процессов метаморфизма приводят к исключительному разнообразию минерального состава метаморфических пород.

Минералы, слагающие метаморфические породы, делят на следующие группы:

1. минералы, присутствующие как в метаморфических, так и в магматических горных породах (полевые шпаты, кварц, слюды, роговая обманка, пироксены и др.);

2. минералы осадочных пород (кальцит, доломит);

3. минералы, которые в магматических породах были вторичными, а в метаморфических породах являются главными породообразующими (серпентин, хлорит, серицит, тальк, и др.);

4. собственно метаморфические минералы, образование которых возможно только в сильнометаморфизованных породах (дистен, силлиманит, ставролит, некоторые гранаты, и др.).

Описание наиболее распространенных метаморфических пород приводится по видам метаморфизма.

Породы регионального метаморфизма

Процессы регионального метаморфизма проявляются на огромных площадях в десятки и сотни тысяч квадратных километров и, согласно современным представлениям, протекают во время складчатых деформаций пород. Региональный метаморфизм протекает в широком диапазоне температуры (от 300 до 1000 °С) и давления (от 3 до 15.108 Па).

При полном названии метаморфической породы дается ее корневое название (например сланец, гнейс, роговик и т. д.) и определение к нему, в котором перечисляются минералы, входящие в породу, в порядке возрастания их содержания (не более 4-5). На первом месте ставится минерал, присутствующий в наименьшем количестве. Например кварц-тальковый сланец. Минералы, присутствующие в количестве менее 5%, в названии горной породы не отражаются.

Наиболее распространенными породами регионального метаморфизма являются сланцы – породы, характеризующиеся ориентированным расположением породообразующих минералов и способностью раскалываться на тонкие пластины или плитки (сланцеватостью).

По степени метаморфизма различают слабометаморфизованные глинистые сланцы, занимающие промежуточное положение филлиты, хлоритовые и серицитовые сланцы, зеленые сланцы и глубокометаморфизованные кристаллические сланцы.

Глинистый (аспидный) сланец–глинистая сланцеватая порода серого или черного цвета, состоящая из каолинита и других глинистых минералов, гидрослюды, хлорита, кварца, полевых шпатов, карбонатов, углистого вещества. В отличие от глин не размокает в воде, легко раскалывается по сланцеватости на тонкие твердые пластинки с матовой поверхностью. Образуется при диагенезе и частичной перекристаллизации глин при погружении их на глубину. С усилением метаморфизма происходит полная перекристаллизация глинистого вещества с образованием филлитов и хлоритовых сланцев.

Филлит–тонкочешуйчатая (микрозернистая), тонкосланцеватая (тонколистоватая) плотная горная порода светло- или темно-серого цвета с шелковистым мерцающим отливом на поверхностях сланцеватости, обусловленным присутствием тонкочешуйчатого мусковита – серицита. Иногда окрашены примесями тонко распыленного гематита в красноватые и фиолетовые цвета. Углистый материал окрашивает филлиты в черный цвет. Главные минералы породы представлены серицитом и кварцем (кварц-серицитовый сланец). Часто содержит хлорит, биотит, альбит и др. минералы. При повышении степени метаморфизма преобразуется в слюдяной кристаллический сланец.

Хлоритовый сланец–сланцеватая порода темно-зеленого цвета, состоящая главным образом из хлорита, с примесью серицита, кварца.

Тальковый сланец – сланцеватая метаморфическая порода, сложенная тальком с примесью хлорита, кварца, актинолита, слюды, серпентина.

Зеленые сланцы– распространенная сланцеватая метаморфическая порода серо-зеленого цвета разных оттенков, состоящая из альбита, актинолита, хлорита, кварца с примесью карбонатов и других минералов. Образуется из основных и средних магматических пород и их туфов в условиях низких температур (330 – 460°С) и средних давлений (6 – 8^.10⁸ Па). При увеличении температуры метаморфизма сменяются амфиболитами.

Кристаллические сланцы– общее название группы сланцев, образующихся на средних ступенях метаморфизма. Они характеризуются цветом от светло- до темно-серого , средне- или крупнозернистой структурой и хорошо развитой сланцеватой или плойчатой текстурой. Состоят из кварца, мусковита, биотита и типично метаморфических минералов – силлиманита, ставролита, граната. По преобладающей слюде различают мусковитовые, биотитовые и двуслюдяные сланцы.

Амфиболит – темноокрашенная метаморфическая порода с массивной, сланцеватой или линейной текстурой и крупнокристаллической структурой. Состоит из амфибола (роговой обманки), плагиоклаза и иногда граната. Амфиболит образуется при метаморфизме изверженных пород основного и ультраосновного состава и мергелистых осадочных пород.

Гнейс – метаморфическая порода с параллельно-сланцеватой, полосчатой или очковой текстурой и зернисто-кристаллической, средне- или крупнозернистой структурой. Порода состоит из кварца, калиевого полевого шпата, плагиоклаза и темноцветных минералов (пироксенов, роговой обманки, слюд). Содержание полевого шпата более 20%. По минеральному составу гнейсы близки к гранитам и отличаются от них ориентированными текстурами и большим содержанием слюд. По характеру исходных пород выделяют парагнейсы и ортогнейсы. Первые образуются при глубоком метаморфизме осадочных пород, вторые – магматических.

Кварцит– зернистая, массивная, иногда сланцеватая, горная порода, состоящая преимущественно из зерен кварца (более 70-80%), макроскопически неразличимых и сливающихся в сплошную плотную и крепкую массу. Цвет кварцита может быть любым. Кроме кварца в состав различных кварцитов может входить слюда, плагиоклаз, тальк, гранат и ряд других минералов. Кварциты образуются при различных давлениях и температурах обычно из кварцевых песчаников. Кварциты могут образовываться также по различным вулканитам (риолитам, андезитам, реже по базальтам) метасоматическим путем в поствулканическую стадию развития вулканизма в условиях интенсивного привноса восходящими растворами кремнезема. Такие кварциты носят название вторичных (метасоматических). Кварциты могут образовываться и при перекристаллизации кремнеземистых гелей. Таким путем образовались железистые кварциты, широко распространенные в древних протерозойских толщах. Железистые (магнетитовые) кварциты важнейшая железная руда (месторождения Кривого Рога, КМА).

Мрамор – общее название для мелко-, средне- и крупнозернистых карбонатных пород с массивной текстурой, образующихся при перекристаллизации известняка или доломита. В мраморе обычно невооруженным глазом можно различить отдельные кристаллы слагающего его карбоната (обычно кальцита, реже доломита и других карбонатов). Обычно мрамор содержит значительное количество примесей других минералов и органических соединений, которые окрашивают его в самые различные цвета. Примесь гематита окрашивает мрамор в красные цвета, лимонита – в желтые и бурые, битумов – в серые и черные. Образуются мраморы в широком интервале температур и давлений как при региональном метаморфизме карбонатных пород, так и в приконтактовой зоне крупных тел гранитоидов.

Серпентинит (змеевик)– зеленая разных оттенков плотная горная порода со скрытокристаллической структурой и массивной (реже полосчатой или сланцеватой) текстурой, состоящая из серпентина. Образуется метасоматическим путем по ультраосновным оливиновым породам (дунитам, перидотитам).