Плотность метаморфических пород

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Плотность метаморфических пород

горный порода изохимический метаморфизм

Под метаморфизмом понимают глубокое изменение и преобразование горных пород, происходящее под воздействие различных эндогенных процессов/4,6,8/.

Главными факторами метаморфизма горных пород являются: температура, давление всестороннее, и гидростатическое (в значительной степени определяется глубиной), стресс (давление, ориентированное в одном направлении или одностороннее), химически активные флюиды и газы, выделяющие из внедряющихся магм и поступающие с больших глубин из мантии.

Повышение температуры может быть связаны с погружением горных пород на большую глубину по мере накопления мощных осадков, тепловым воздействием магмы, проникающей в земную кору, местным повышением теплового потока, поступлением глубинных флюидов и др. процессами.

Давление приводит к деформации минералов и вызывает закономерную пространственную ориентировку их в горных породах. Благодаря деформации возникают пути для перемещения паров воды и газов, что увеличивает интенсивность химических реакций.

Стресс способствует перекристаллизации минералов и горных пород.

В зависимости от сочетания перечисленных факторов форма проявления метаморфизма весьма разнообразна.

При метаморфических преобразованиях горных пород, приспосабливающихся к новым термодинамическим условиям, происходит изменение их физических свойств и, прежде всего, плотности.

Плотность изменяется за счет структурных перестроек при изохимических процессах. Изохимическим метаморфизмом (нsos - равный) называют метаморфизм, когда не происходит привноса и выноса химически активных веществ (или их мало), состав горных пород почти не изменяется (например, преобразование известняка в мрамор) или изменяется в незначительной степени.

В том случае, когда метаморфические изменения сопровождаются значительным привносом вещества и выносом вещества, происходит замещение одних минералов другими, то есть происходит метасоматоз. Изменение химического состава тоже приводит к изменению плотности.

Динамометаморфизм (дислокационный), или катакластический (от греч. катаклазо - разрушаю) метаморфизм (приразломный) -- происходит в верхних зонах земной коры, главным образом под влиянием сильного одностороннего давления - стресса. Он связан с тектоническими движениями, вызывающие разрывы в земной коре и перемещение по ним отдельных блоков. Вследствие этого катакластический метаморфизм локализуется вдоль разрывных тектонических нарушений, особенно с полого падающими поверхностями сместителей. В процессе перемещения пород по разломам при сравнительно низкой температуре происходит их разрушение и дробление. Изменяются текстурно-структурные особенности пород, но минеральный состав почти не меняется (или в малой степени). Все это сопровождается понижением плотности за счет текстурных изменений.

В более глубоких зонах, где температура повышается, механическое разрушение пород сменяется пластическими деформациями. Совместное воздействие высоких температур и давлений приводит к некоторому изменению минерального состава, вследствие перераспределения вещества. Сопровождение приноса вещества приводит, наоборот, к возрастанию плотности пород.

Автометаморфизм -- происходит в период застывания интрузивной магмы и становления магматических горных пород. Такой метаморфизм протекает в самом интрузивном теле (при его остывании и кристаллизации). Широко развиты процессы амфиболизации (замещение пироксена амфиболом), альбитизации основных плагиоклазов, серпентинизации ультраосновных пород (перидотитов, дунитов).

Серпентинизация пород характерна для большинства известных массивов гипербазитов. Изменение пород отмечается преимущественно с поверхности, но в ряде массивов оно захватывает глубокие горизонты (до 1000-1500 м), особенно вдоль разломов. В процессе серпентинизации происходит разложение минералов с высокой плотностью (пироксенов, оливина) и образование малоплотного серпентина при небольшом содержании магнетита и других акцессорных минералов. Процесс протекает постепенно и характеризуется также постепенным уменьшением плотности пород. Наименьшую плотность имеют серпентиниты. Их дальнейшее изменение - карбонатизация приводит к новому увеличению плотности.

Процесс амфиболизации наиболее характерен для габбро и габбро-норитов, но наблюдается также и в гипербозитах. При амфиболизации происходит разложение пироксена с образованием амфибола и плагиоклазов с кристаллизацией хлорита, серицита и эпидота, т.е. минералов с меньшей плотностью. Измененные породы, как следствие характеризуются пониженной плотностью.

Контактовый метаморфизм. Этот тип метаморфизма связан с внедрением магмы в земную кору. Он наблюдается на контакте интрузий и вмещающих горных пород. При этом изменение происходит не только во вмещающих породах, но и в верхней части самих магматических интрузий. Изменение и преобразование горных пород, окружающих интрузивное тело, называют экзоконтактным метаморфизмом. А изменение, происходящие в краевой части интрузии эндоконтактным метаморфизмом. Здесь присутствуют широко идущие процессы метасоматоза и образование метасоматитов.

Процессы контактового метаморфизма могут быть без существенного изменения химического состава исходной породы, например при образовании роговиков (термальный метаморфизм); иногда они сопровождаются значительными метасоматическими изменениями. Возникающие при метаморфизме осадочных пород роговики характеризуются повышенной плотностью. Степень увеличения плотности определяется минеральным составом роговиков. Кристаллические сланцы, возникающие в результате контактового метаморфизма (с проявлением метасоматоза) глинистых и известково-глинистых осадочных пород, отличаются резко повышенной плотностью по сравнению с исходными породами, что обусловлено появлением минералов с высокой плотностью и резким уменьшением пористости пород.

Региональный метаморфизм проникает на большую глубину и захватывает значительные площади. Факторами регионального метаморфизма являются подъем температуры, давления, воздействием флюидов. В зависимости от их соотношения меняется и степень метаморфизма.

Усиление степени метаморфизма от зелено-каменной фации к эклогитовой сопровождается увеличением плотности. Главное свойство является снижение пористости. Пористость становится 1-2%. Дальнейшее повышение степени метаморфизма, сопровождается увеличением плотности. Это происходит вследствие образования полиморфных модификаций минералов с более уплотненными кристаллическими решетками. При этом первоначальный состав оказывает настолько существенное влияние, что кислые породы высоких стадий метаморфизма имеют меньшую плотность, чем основные породы более низких стадий.

Ультраметаморфизм особая крайняя стадия регионального метаморфизма, происходящего в глубоких зонах складчатый областей. Процессы ультраметаморфизма вызывают наиболее глубокое изменение горных пород, при котором происходит перекристаллизация, метасоматоз, селективное или полное расплавление. Все эти преобразования сопровождаются разуплотнением пород, что свидетельствует об их приспособлении к условиям более низких давлений и о протекании процессе в условиях повышенных температур.

Частично- или полно-расплавленные горные породы проникают во вмещающие породы. Образуются смешанные породы, состоящие из материала исходной породы и расплава. Эти породы называют мигматиты. Разновидностью мигматитовой формации является чарнокитовая формация. Считается, что чарнокитизация и гранитизация пород - одно из наиболее ярких проявлений ультраметаморфизма. Процессы чарнокитизации и гранитизации (мигматизации) приводят к существенному изменению физических характеристик пород в связи с образованием иных минеральных ассоциаций.

Наблюдается непрерывный ряд формаций:

· габбро-диорит-чарнокитовая формация, типичная для архея, характеризуется в среднем повышенной плотностью (у_ср= 2,75 г/см³) при больших дисперсиях параметра.

· Чарнокит-диорит-гранитовая формация (также развитая в архейских структурах) имеет плотность 2,65-2,74 г/см³.

· Плотность пород чарнокит-гранитовой формации, характерной для протерозоя, составляет 2,6-2,7 г/см³.

· Мигматит-гранитовые формации характеризуются выдержанной плотностью, преимущественно равной 2,6-2,65 г/см³.

Таким образом, в процессе чарнокитизации и гранитизации происходит понижение основности и плотности пород, связанное с уменьшением давления и температуры при подъеме блоков из нижних горизонтов земной коры к ее верней части.

Регрессивный метаморфизм или диафторез - связан с изменением термодинамических условий в сторону уменьшения температуры и давления.

Метаморфические горные породы, образовавшиеся при высоких температурах и давлениях вследствие восходящих тектонических движений или других причин, могут оказаться в иных термодинамических условиях. В этих случаях происходит процесс наложения низкотемпературных минеральных ассоциациях на породы, сформированные при более высоких температурах. Это регрессивный метаморфизм.

При регрессивном метаморфизме и диафторезе плотность пород уменьшается. Если эти процессам сопутствует милонитизация, то есть процесс раздробления и перетирания горных пород, то образующиеся кристаллические сланцы отличаются резко пониженной плотностью. Так как вследствие микротрещиноватости увеличивается пористость. Таким образом, низкотемпературные минералы характеризуются более низкой плотностью по сравнению с высокотемпературными минералами.

2. Фации регионального метаморфизма

В зависимости от параметров метаморфизма и минерального состава образующихся пород выделяют фации метаморфизма, понимая под этим термином совокупности горных пород, минеральный состав которых находится в равновесии при данных условиях метаморфизма. Таким образом, метаморфическая фация -- это породы, сформировавшиеся в определенных физико-химических условиях. Отнесение пород к той или иной метаморфической фации определяется ассоциацией новообразованных минералов (минеральным парагенезисом), поскольку в горных породах одинакового химического состава при одинаковых условиях развивается одна и та же минеральная ассоциация.

Фация зеленых сланцев (зеленосланцевая) представляет наиболее низкотемпературную ступень регионального метаморфизма и объединяет породы, сформировавшиеся в температурном интервале 250-550 °С при давлении от 1,5 до 3,5-4 кбар. Широкое развитие минералов зеленого цвета (хлорита, актинолита, серпентина, эпидота) определило название фации.

Глинистые породы в фации зеленых сланцев преобразуются в филлиты и сланцы. Еще в процессе диагенеза глины уплотняются, обезвоживаются и превращаются в аргиллиты, отличающиеся от глин тем, что не размокают в воде. На начальной стадии метаморфизма в условиях низких температур под воздействием давления аргиллиты претерпевают рассланцевание и превращаются в аргиллитовые (глинистые) сланцы -- скрытокристаллические породы с тонкосланцеватой текстурой. В глинистом материале возникают скопления мельчайших зерен кварца, микроскопические чешуйки слюды (серицита) и хлорита. Сланцы обычно сохраняют окраску исходных глин, легко раскалываются по сланцеватости на ровные плитки с матовой поверхностью. Усиление метаморфизма, связанное с повышением температуры, приводит к дальнейшей перекристаллизации глинистого вещества с образованием филлитов -- темных, тонкозернистых пород со сланцеватой, иногда плосчатой текстурой, состоящих главным образом из кварца, серицита и хлорита. Внешне они похожи на аргиллитовые сланцы, по имеют характерный шелковистый блеск за счет мельчайших чешуек серицита, развивающихся на плоскостях сланцеватости.

В ходе прогрессивного метаморфизма филлиты и вулканиты кислого состава превращаются в полнокристаллические серицитовые, хлоритовые и хлорит-серицитовые сланцы. Кварцевые песчаники преобразуются в кварцитовидные песчаники. При наличии в песчаниках глинистого материала (цемента) последний замещается хлоритом, биотитом, серицитом. За счет карбонатных пород образуются известковистые сланцы. Основные и средние магматические породы и их туфы превращаются в зеленые сланцы альбит-актинолит-эпидот-хлоритового состава.

По преобладанию того или иного минерала выделяют хлоритовые, актинолитовые, эпидот-актинолитовые сланцы. Ультраосновные породы переходят в серпентиниты (змеевики) или тальковые сланцы. Эпидот-амфиболитовая фация отвечает более высокотемпературной ступени прогрессивного регионального метаморфизма (Т = 500- 650 °С, Р = 3,5-6 кбар) и поэтому характеризуется заменой низкотемпературных минералов более высокотемпературными -- роговой обманкой, биотитом, эпидотом в ассоциации с олигоклазом, андалузитом, ставролитом.

Глинистые породы в условиях эпидот-амфиболитовой фации не превращаются в слюдяные сланцы, состоящие из мусковита, биотита, кварца (преобладают), ставролита, граната и некоторых других минералов. Породы более крупнозернистые, чем филлиты, лучше раскристаллизованпые, полностью утратившие реликты первичной структуры и текстуры. Эти сланцы (мусковитовые, биотитовые, двуслюдяные, ставролит-биотитовые и др.) имеют окраску от темно-серой до светло-серой, лспидогра- побластовую или порфиробластовую мелко-, среднезернистую структуру, иногда с порфиробластамиандалузита, ставролита, граната и др.

Кварцевые песчаники переходят в кварцитовидные сланцы, состоящие из бластических зерен кварца. Кварц-полевошпатовые породы (кислые магматические породы, аркозовые песчаники) преобразуются в слюдяные сланцы или эпидот-биотит-роговообманковые плагиогнейсы.

Из карбонатных пород образуются мраморы и силикатные мраморы, последние с типичной ассоциацией: кальцит-эпидот-тремолит. Магматические породы среднего состава переходят в биотит-роговообманковые с эпидотом кристаллические сланцы.

Породы основного и ультраосновного состава превращаются в эпидот-роговообманковые кристаллические сланцы и амфиболиты -- породы, существенно состоящие из роговой обманки и плагиоклаза с небольшим количеством эпидота. Текстура кристаллических сланцев гнейсовая, амфиболитов -- однородная.

Амфиболитовая фация. Для минерального состава пород амфиболитовой фации ( Г = 600-800 °С, Р = 4 - 8 кбар) характерно появление натриево-калиевых полевых шпатов. Широко распространены кордиерит, биотит, роговая обманка, встречается диопсид. При высоком содержании воды в породах наступает частичное их плавление -- апатексис с возникновением гранитного расплава, что приводит к образованию мигматитов.

В условиях амфиболитовой фации из глинистых пород образуются парагнейсы, часто с порфиробластами граната. Основная масса породы содержит кварц, полевые шпаты, биотит, силлиманит. Из магматических пород кислого состава образуются ортогнейсы. Текстура пород гнейсовая. Карбонатные породы преобразуются в мраморы и силикатные мраморы. Существенными компонентами силикатных мраморов являются: крупнозернистый кальцит или доломит, роговая обманка, волластонит, минералы из группы граната, иногда плагиоклазы. Структура пород грапобластовая. Текстура обычно массивная.

При метаморфизме магматических пород основного состава образуются роговообманковые кристаллические сланцы и амфиболиты -- породы, состоящие главным образом из роговой обманки и среднего плагиоклаза (андезина), сланцеватость пород обычно выражена слабо.

Гранулитовая (фация отличается наиболее интенсивными параметрами метаморфизма (Т = 750-1100 °С, Р = 6-11 кбар). Породы, сформировавшиеся в условиях этой фации, почти полностью лишены воды; гидроксилсодержащие минералы в них встречаются редко. Эти породы обладают специфическими структурно-текстурными особенностями и минеральным составом. Часто они имеют полосчатое или линзовидное строение, обусловленное чередованием меланократовых и лейкократовых полос; в породах присутствуют уплощенные линзы крупнозернистого кварца среди более мелкозернистого агрегата кварца, ортоклаза и плагиоклаза. Цветные минералы представлены пироксенами, гранатами, силлиманитом, кордиеритом. В некоторых гранулитах встречаются роговая обманка и высокотитанистый биотит.

Гранулиты -- породы мелкозернистые, светло- и темноокрашепные. Светлые (кислые) гранулиты образуются за счет глинистых и кварц- полевошпатовых пород. В первом случае возникают высокоглиноземи- стые биотит-гранатовые гнейсы с кордиеритом и силлиманитом, во втором -- чарнокитовые (пироксеновые) гнейсы.

При метаморфизме основных пород или мергелистых осадков образуются темные (основные) гранулиты -- двупироксеповые, пироксеновые, роговообманково-пироксеновые кристаллические сланцы, состоящие из гиперстсна, диопсида и плагиоклаза, кроме того, могут присутствовать роговая обманка и гранат. Структура гранулитов типично гранобластовая, текстура гнейсовая, часто полосчатая или линзовидная. За счет перекристаллизации карбонатных пород возникают калъцифиры -- неравномерно-зернистые породы, состоящие из кальцита и доломита с подчиненным количеством граната, пироксенов (диопида), форстерита, скаполита, основного плагиоклаза и других минералов.

Размещено на Allbest.ru