Метаморфизм – это процесс преобразования горных пород под воздействием эндогенных факторов при сохранении твердого состояния.
Процессу метаморфизма подвергаются все группы пород – магматические, осадочные и метаморфические, если они попадают в новые условия.
Главными факторами метаморфизма являются: температура, давление и химически активные вещества – растворы и газы. Рассмотрим их роль.
Температура – влияет на: процессы минералообразования, скорость химических реакций, степень перекристаллизации пород. В условиях повышения температуры происходят такие эндотермические реакции как дегидратация и декарбонатизация. Например:
Повышение температуры ведет к образованию более высокотемпературных минеральных видов лишенных воды. Принимая во внимание, что метаморфизм протекает при сохранении породами твердого состояния, можно считать, что температурный диапазон определяется нижним температурным пределом в 300–400 о , а верхний – в 900–1000 о , т.е. температурой плавления наиболее распространенных горных пород.
Рег метаморфизм
Давление в эндогенных условиях может быть всесторонним и направленным.
Всестороннее давление определяется воздействием нагрузки вышележащих толщ, бокового давления соседних блоков и нижележащих слоев Земли. Поскольку величина двух последних (бокового и нижележащего) практически постоянна, то при рассмотрении процесса метаморфизма, учитывают воздействие давления вышележащих толщ или литостатического.
Оно зависит от плотности вышележащих пород и от глубины. Так давление на глубине 10 км ~2700 атм, а на глубине 20 км® 5400 атм. Экспериментальные исследования показали, что давление при метаморфизме может достигать 25000 атм. Это объясняют тем, что кроме литостатического давления в процессе участвует и другой тип давления. Этот тип давления называют парциальным и связывают его возникновение с действием воды и газов, возникающих при дегидратации и декарбонатизации.
Увеличение давления способствует: образованию минералов с более плотной структурой и тем самым к уменьшению общего молекулярного объема и увеличению плотности, повышению температуры плавления минералов.
Следствием этого является образование пород с однородной массивной текстурой.
Направленное давление (или стресс) возникает в глубинах и причиной его возникновения, как правило, является перемещение крупных блоков пород в земной коре. Это может быть движение магмы или застывающего интрузивного тела. В толщах пород могут возникнуть трещины различной мощности и длины; и вдоль этих трещин блоки пород могут перемещаться друг относительно друга, что также приводит к возникновению однонаправленного давления. Результатом такого одностороннего воздействия является изменение и упорядоченность ориентировки минералов в породе – своей длинной осью или плоскостью спайности они располагаются перпендикулярно направлению давления.
Кроме того, при перемещении блоков пород происходит их локальное дробление и перетирание до глинистого состояния в пределах плоскости их перемещения. Возникают новые породы, которые состоят из обломков исходных пород, глинистого материала (или глинка трения) сцементированных минералами и минеральными агрегатами образовавшихся из растворов, циркулирующих в это время по трещинам и зонам дробления.
Петрография метаморфических пород. Метаморфизм. Виды метаморфизма
Химически активные вещества – это вода и углекислый газ. Они содержатся в порах и межзерновом пространстве практически всех горных пород. В меньшем количестве, по сравнению с ними, в породах присутствуют: сероводород, фтороводородная и соляная кислота, азот.
Источники химически активных веществ – процессы дегазации в мантии, охлаждение магмы, процессы дегидратации осадочных пород.
В газово-жидком состоянии химически активные вещества двигаются из областей с высокими температурами и давлением (и сами являясь носителями высоких t o и P) в зоны с низким давлением и при этом:
активно участвуют в преобразовании минералов и горных пород;
повышают поровое давление газов, которое снижает растворимость минералов.
Геологами было отмечено, что при наличии высоких температур и давления метаморфические процессы происходят слабо, если отсутствует движение химически активных веществ.
Рассмотренные факторы метаморфизма, как правило, проявляются совместно. В тоже время, в разных геологических условиях каждый из факторов может быть главным, а другие играть подчиненную роль. По этим признакам, а также по масштабу проявления процесса выделяют типы метаморфизма.
По масштабу проявления выделяют региональный и локальный типы. По проявлению отдельных факторов выделяют:
1. Изохимический (когда в результате образования новых минералов не изменяется валовый химический состав пород) и аллохимический или метасоматический (когда происходит привнос одних элементов и вынос других, т.е. изменяется валовый химический состав вновь образованных пород).
Источник: kazedu.com
Факторы метаморфизма
Главными факторами метаморфизма являются температура, давление и состав и концентрации флюидов.
Температура – один из главных факторов метаморфизма, она ускоряет химические реакции, способствует процессам перекристаллизации, увеличивает пористость пород и, т.о., проницаемость их для флюидов. Пределы колебания T при формировании метаморфических пород в земной коре 300 – 400 о до 1000 о , редко до 1200 о (начало плавления базальта).
Процессы метаморфизма происходят в зонах, в которых температура превышает фоновую температур Земли и определяется повышенным геотермическим ингредиентом.
Литостатическое давление (Ps) – всестороннее давление, которое связано с глубиной погружения пород и способствует реакциям с изменением объема. Пределы колебания давления при метаморфизме в земной коре от 1бар до 15–17кбар. Давление и температура в земной коре – независимые величины, поэтому иногда удается наблюдать, что в одном разрезе по горизонтали чередуются метаморфические породы разной степени изменения.
Боковое давление (стресс) ранее считалось одним из главных факторов метаморфизма, но, как показали работы Д.С.Коржинского, стресс не является фактором минеральных равновесий и не влияет на минеральный состав ассоциаций, определяющих ту или иную ступень метаморфизма. Однако, его роль как катализатора метаморфических процессов велика. Деформации пород, сланцеватость, образование кливажа, катаклаз увеличивают проницаемость пород для флюидов.
Флюиды играют огромную роль в метаморфических процессах, без них метаморфическая перекристаллизация горных пород обычно отсутствует даже при значительном изменении температуры и давления. Состав флюидов сложен и изменяется в процессе метаморфизма. Наиболее важные компоненты флюидов – H2O, CO2, CO, CH4, H2S и др.
Главную роль при метаморфизме играют флюиды, имеющие глубинный (подкоровый) источник. Вода и другие летучие, выделяющиеся из пород при увеличении температуры и перекристаллизации гидроксилсодержащих минералов, составляют небольшую часть флюидов и мало влияют на процессы метаморфизма.
На больших глубинах присутствуют в основном восстановленные флюиды, по мере продвижения их к поверхности они окисляются, благодаря чему выделяются значительные количества тепла. Эти процессы и являются главным источником тепла при метаморфических процессах. Такое поднятие флюидов с проявлением реакций выделения тепла называется флюидно-тепловым потоком.
Другие источники, такие как радиоактивный распад, тепло магматических интрузий, играют при процессах метаморфизма подчиненную роль.
Глубинные флюиды проникают в зоны метаморфических изменений по межзерновым пространствам (инфильтрация). Вода увеличивает проницаемость пород, она смачивает поверхность кристаллов, благодаря чему флюиды с водой легче проникают по межзерновому пространству. Кислоты и щелочи, растворенные в воде, усиливают эффект смачиваемости.
Наряду с участием в химических реакциях, флюиды оказывают каталитическое воздействие, способствуя процессам перекристаллизации пород, которые сопровождаются растворением и переотложением вещества.
Степень перекристаллизации пород зависит и от окисленности флюида. Флюиды могут быть кислотными (H2S, CO2, Cl2, F2), щелочными (KOH, NaOH, Ca(OH)2) или нейтральными (H2O).
Процессы регионального метаморфизма идут под воздействием флюидов, близких к нейтральным, локального метаморфизма – щелочных или кислотных.
Источник: studopedia.su
Основные факторы метаморфизма
Метаморфизм – это процесс преобразования горных пород под воздействием эндогенных факторов при сохранении твердого состояния.
Процессу метаморфизма подвергаются все группы пород – магматические, осадочные и метаморфические, если они попадают в новые условия.
Главными факторами метаморфизма являются: температура, давление и химически активные вещества – растворы и газы. Рассмотрим их роль.
Температура – влияет на: процессы минералообразования, скорость химических реакций, степень перекристаллизации пород. В условиях повышения температуры происходят такие эндотермические реакции как дегидратация и декарбонатизация. Например:
Повышение температуры ведет к образованию более высокотемпературных минеральных видов лишенных воды. Принимая во внимание, что метаморфизм протекает при сохранении породами твердого состояния, можно считать, что температурный диапазон определяется нижним температурным пределом в 300–400 о , а верхний – в 900–1000 о , т.е. температурой плавления наиболее распространенных горных пород.
Давление в эндогенных условиях может быть всесторонним и направленным.
Всестороннее давление определяется воздействием нагрузки вышележащих толщ, бокового давления соседних блоков и нижележащих слоев Земли. Поскольку величина двух последних (бокового и нижележащего) практически постоянна, то при рассмотрении процесса метаморфизма, учитывают воздействие давления вышележащих толщ или литостатического.
Оно зависит от плотности вышележащих пород и от глубины. Так давление на глубине 10 км ~2700 атм, а на глубине 20 км® 5400 атм. Экспериментальные исследования показали, что давление при метаморфизме может достигать 25000 атм. Это объясняют тем, что кроме литостатического давления в процессе участвует и другой тип давления. Этот тип давления называют парциальным и связывают его возникновение с действием воды и газов, возникающих при дегидратации и декарбонатизации.
Увеличение давления способствует: образованию минералов с более плотной структурой и тем самым к уменьшению общего молекулярного объема и увеличению плотности, повышению температуры плавления минералов.
Следствием этого является образование пород с однородной массивной текстурой.
Направленное давление (или стресс) возникает в глубинах и причиной его возникновения, как правило, является перемещение крупных блоков пород в земной коре. Это может быть движение магмы или застывающего интрузивного тела. В толщах пород могут возникнуть трещины различной мощности и длины; и вдоль этих трещин блоки пород могут перемещаться друг относительно друга, что также приводит к возникновению однонаправленного давления. Результатом такого одностороннего воздействия является изменение и упорядоченность ориентировки минералов в породе – своей длинной осью или плоскостью спайности они располагаются перпендикулярно направлению давления.
Кроме того, при перемещении блоков пород происходит их локальное дробление и перетирание до глинистого состояния в пределах плоскости их перемещения. Возникают новые породы, которые состоят из обломков исходных пород, глинистого материала (или глинка трения) сцементированных минералами и минеральными агрегатами образовавшихся из растворов, циркулирующих в это время по трещинам и зонам дробления.
Химически активные вещества – это вода и углекислый газ. Они содержатся в порах и межзерновом пространстве практически всех горных пород. В меньшем количестве, по сравнению с ними, в породах присутствуют: сероводород, фтороводородная и соляная кислота, азот.
Источники химически активных веществ – процессы дегазации в мантии, охлаждение магмы, процессы дегидратации осадочных пород.
В газово-жидком состоянии химически активные вещества двигаются из областей с высокими температурами и давлением (и сами являясь носителями высоких t o и P) в зоны с низким давлением и при этом:
активно участвуют в преобразовании минералов и горных пород;
Повышают поровое давление газов, которое снижает растворимость минералов.
Геологами было отмечено, что при наличии высоких температур и давления метаморфические процессы происходят слабо, если отсутствует движение химически активных веществ.
Рассмотренные факторы метаморфизма, как правило, проявляются совместно. В тоже время, в разных геологических условиях каждый из факторов может быть главным, а другие играть подчиненную роль. По этим признакам, а также по масштабу проявления процесса выделяют типы метаморфизма.
Типы метаморфизма
По масштабу проявления выделяют региональный и локальный типы. По проявлению отдельных факторов выделяют:
1. Изохимический (когда в результате образования новых минералов не изменяется валовый химический состав пород) и аллохимический или метасоматический (когда происходит привнос одних элементов и вынос других, т.е. изменяется валовый химический состав вновь образованных пород).
2. Динамометаморфизм – (синоним катакластический или дислокационный) происходит в условиях преобладания фактора направленного давления (стресса).
3. Термальный – (или контактово-термальный) происходит как правило за счет тепла остывающего магматического расплава на контакте интрузивных тел с вмещающими их породами. При этом наблюдается температурная зональность – вблизи контакта с интрузивным телом образуются высокотемпературные минеральные ассоциации, а по мере удаления от контакта они сменяются низкотемпературными минералами. Такой тип метаморфизма наблюдается вблизи интрузий ультраосновного и основного составов, температура которых достигает 1200 о . Такие магмы практически не сопровождаются выделением химически активных веществ, поэтому метаморфизм пород – изохимический.
Магмы среднего и кислого составов при остывании выделяют флюиды или газово-жидкие химически активные вещества в нагретом состоянии. При таком воздействии на горные породы происходит метасоматоз – это процесс метаморфизма горных пород, при котором решающим фактором является привнос и вынос химических компонентов. Следствием этого является изменение химического и минерального состава конечных продуктов процесса. Рассмотрим эти процессы на примере внедрения гранитной магмы в осадочную толщу, которая представлена слоями песчаников, алевролитов и известняков (плакат). Из приведенного примера видно, что кроме основных факторов метасоматоза, важное значение имеет состав исходной породы, который влияет на состав вновь образованной породы.
Рассмотренные нами типы метаморфизма, как правило, охватывают небольшие участки линейной или линзовидной формы. Поэтому их рассматривают как результат локального метаморфизма.
4. Региональный метаморфизм – происходит в крупных блоках земной коры с участием всех основных факторов (т.е. температуры, давления и химически активных веществ). Температурный диапазон от 300 о до 1000 0, диапазон изменения давления от 2–5 тыс.атм. до 25000 атм.
Если процесс метаморфизма идет с нарастанием значений температуры и давления, то минералообразование идет от низкотемпературных к высокотемпературным минеральным ассоциациям. Такой метаморфизм называют прогрессивным. Если же процесс идет при понижении значений давления и температуры и образовании низкотемпературных минералов, то такой метаморфизм называют регрессивным.
В разных термодинамических условиях образуются соответствующие им минеральные ассоциации, которые в этих условиях находятся в физико-химическом равновесии, т.е. стабильны. Опираясь на это явление, геологи ввели понятие метаморфическая фация. Это такие физико-химические условия, в которых образуются породы, минеральный состав которых находится в физико-химическом равновесии. Отсюда следует, что минеральный состав пород есть функция химического состава и физических условий метаморфизма.
В зависимости от интервала температур и давления выделяют фации низких и высоких давлений и низких, средних и высоких температур. Но как правило, название фациям даются по названию минеральных ассоциаций или пород в целом, соответствующих данной фации. Итак, основные группы фаций:
Низкие t 0 и P- фация зеленых сланцев минеральные ассоциации: хлорит, серицит, кварц, серпентин породы: различные сланцы и серпентинит.
Средние t 0 и P- амфиболитовая фация минералы: амфиболы, гранаты, биотит породы: амфиболиты и гнейсы.
Высокие t 0 и P – гранулитовая фация минералы: полевой шпат, гранаты, пироксен породы: гнейсы, эклогиты, гранулиты.
В пограничной зоне высоких температур и давлений породы могут частично плавиться – этот процесс называется – ультраметаморфизм. При этом наблюдается в сохранившихся метаморфических породах жилоподобные и пятнистые участки кварц-полевошпатового агрегата. Такие породы называются мигматиты.
Минеральный состав метаморфических горных пород весьма разнообразен. Следует однако, иметь в виду, что он зависит: а) от химического состава исходной породы; б) типа метаморфизма и в) от метаморфической фации. Среди наиболее распространенных минералов – это слюды, пироксены, амфиболы, карбонаты, кварц, полевые шпаты и гранат. Кроме того, есть минералы, которые образуются только при метаморфических процессах и являются его индикаторами. Это – тальк, серпентин, актинолит и др.
Условия образования отражаются в структурах и текстурах метаморфических пород. Как правило, метаморфические породы полностью раскристаллизованы. Среди структур типичными являются: кристаллобластические (перекристаллизация с одновременным ростом кристаллов), реликтовая (наряду с новообразованными минералами присутствуют остатки минералов первичной породы) и катакластические.
Текстуры отражают условия, при которых осуществлялось заполнение объема® это сланцеватые, гнейсовые, массивные и пятнистые.
Классификация метаморфических пород проводится по таким признакам как масштаб проявления и тип метаморфизма.
Наиболее распространенными породами локального метаморфизма являются: тектонические брекчии и милониты; мраморы и роговики; скарны, грейзены, березиты и листвениты (при метасоматозе).
Полезные ископаемые, сформированные в процессе метаморфизма разнообразны по составу и подразделяются на: метаморфизованные и метаморфические.
К метаморфизованным относят такие, которые в результате метаморфических процессов из рассеянных в породе минералов образуют промышленные скопления с тем же минеральным составом. Например, в докембрийских железистых кварцитах в результате метаморфизма образуются месторождения железных руд, состоящих из магнетита и гематита.
К метаморфическим относят такие, которые состоят из новообразованных минералов. Например – месторождения талька, хризотил-асбеста, флогопита, корунда, графита и др.
Основные факторы метаморфизма
Основными факторами метаморфизма являются температура, давление и флюид.
С ростом температуры происходят метаморфические реакции с разложением водосодержащих фаз (хлориты, слюды, амфиболы). С ростом давления происходят реакции с уменьшением объема фаз. При температурах более 600 С начинается частичное плавление некоторых пород, образуются расплавы, которые уходят на верхние горизонты, оставляя тугоплавкий остаток – рестит.
Флюидом называются летучие компоненты метаморфических систем. Это первую очередь вода и углекислый газ. Реже роль могут играть кислород, водород, углеводороды, соединения галогенов и некоторые другие. В присутствии флюида область устойчивости многих фаз (особенно содержащих эти летучие компоненты) изменяются. В их присутствии плавление горных пород начинается при значительно более низких температурах.
Фации метаморфизма
Метаморфические породы очень разнообразны. В качестве породообразующих минералов в них установлено более 20 минералов. Породы близкого состава, но образовавшиеся в различных термодинамических условиях, могут иметь совершенно разный минеральный состав.
Первыми исследователями метаморфических комплексов было установлено, что можно выделить несколько характерных, широко распространенных ассоциаций, которые образовались в разных термодинамических условиях. Первое деление метаморфических пород по термодинамическим условиям образования сделал Эскола. В породах базальтового состава он выделил зеленые сланцы, эпидотовые породы, амфиболиты, гранулиты и эклогиты. Последующие исследования показали логичность и содержательность такого деления.
В дальнейшем началось интенсивное экспериментальное изучение минеральных реакций, и усилиями многих исследователей была составлена схема фаций метаморфизма – Р-Т диаграмма, на которой показаны полу – устойчивости отдельных минералов и минеральных ассоциаций. Схема фаций стала одним из основных инструментов анализа метаморфических комплектов. Геологи, определив минеральный состав породы, соотносили её с какой либо фацией, и по появлению и исчезновению минералов составляли карты изоград – линий равных температур. В практически современном варианте схема фаций метаморфизма была опубликована группой ученых под руководством В.С. Соболева в Сибирском отделении АН
Одна из последних классификаций метаморфизма приведена в таблице:
| Тип метаморфизма | Факторы метаморфизма |
| Метаморфизм погружения | Увеличение давления, циркуляция водных растворов |
| Метаморфизм нагревания | Рост температуры |
| Метаморфизм гидратации | Взаимодействие горных пород с водными растворами |
| Дислокационный метаморфизм | Тектонические деформации |
| Ударный метаморфизм | Падение крупных метеоритов, мощные эндогенные взрывы (?) |
Источник: megaobuchalka.ru