geokniga-krasnoshchekovaosnovypetrografii2010

								Таблица 3
		Общая щелочность и кремнезем в вулканитах
		Трахиты					Гавайиты
№	Na2O + K2O	SiO2	№	Na2O + K2O	SiO2	№	Na2O + K2O	SiO2
1	11,53	61,18	8	10,74	62,90	1	8,18	54,04
2	13,24	61,36	9	13,00	63,10	2	4,9	47,26
3	11,64	59,64	10	12,38	62,5	3	6,10	50,4
4	11,8	58,0	11	12,38	61,09	4	5,27	47,49
5	11,71	66,12	12	11,53	57,53	5	8,53	47,59
6	8,40	66,87	13	10,61	66,13
7	11,83	62,02

Проверьте, попадает ли каждый из анализов в соответствующее ему поле на рис. 31.

Рис. 31. Поля различных (не калиевых) типов вулканических пород (границы между полями условные)

25.Используя данные по содержанию SiO2 и общей щелочности, приведенные

втабл. 3, нанесите их на диаграмму (рис. 31) и определите название каждой породы.

Окислы	1	2	3	4	5	6
SiO2	50,1	71,5	62,6	55,2	46,0	55,6
Al2O3	18,0	13,8	15,0	16,8	17,0	15,5
Fe2O3	4,4	1,5	3,3	2,1	3,8	3,6
FeO	2,1	0,5	3,4	8,3	7,5	5,0
MgO	0,4	0,8	0,4	1,7	4,8	6,5
CaO	7,3	1,6	1,2	4,5	9,5	7,0
Na2О	6,9	3,7	6,4	5,0	4,0	3,2
K2О	5,1	4,0	6,6	2,8	3,1	1,3

51

ЧАСТЬ 3. МЕТАМОРФИЧЕСКИЕ ПОРОДЫ

Метаморфизмом называется комплекс процессов, происходящих на определенных глубинах под влиянием изменений температур, давлений и химически активных веществ и приводящих к минеральным структурным преобразованиям горных пород.

Метаморфические породы образуются за счет перекристаллизации первичных магматических или осадочных пород (протолитов) при изменении условий температуры и давления в твердом состоянии при участии растворов. Минеральный парагенез пород стремится к равновесию с новыми условиями температуры и давления.

Причинами метаморфизма могут быть внедрение магматических масс и циркуляция связанных с ними гидротермальных растворов, изменения температуры и давления в связи с погружением горных пород, образовавшихся на поверхности Земли, в ее глубины. При этом огромную роль играет боковое давление, которое особенно благоприятствует перекристаллизации горных пород.

Главными факторами, определяющими развитие метаморфизма, являются температура (Т), давление (Р) и концентрация циркулирующих растворов (Х). При длительных условиях постоянной температуры и давления в горной породе устанавливается физико-химическое равновесие.

Высокая температура. Максимальные значения температур при метаморфизме ограничены температурой плавления исходных пород. При метаморфизме пород, близких по составу к гранитам, максимальные температуры, по-видимому, не превышают 700…750 оС; пород базальтового состава – 1000…1200 оС. Минимальные значения температур для изохимического метаморфизма – 400 оС (по данным В.С. Соболева). Именно эта температура отвечает границе устойчивости хлоритов – самых низкотемпературных минералов изохимического метаморфизма.

Источниками повышения температур при метаморфизме могут быть близость магматического очага, общее повышение температуры с глубиной, теплота, выделяющаяся при тектонических движениях.

Высокое давление – гидростатическое (равностороннее) и ориентированное (стресс). Абсолютные значения гидростатического давления меняются в широких пределах от давлений, близких к атмосферным, до давлений 20…25 тыс. атм.

Химически активные растворы. Главными составными частями растворов является вода, реже – углекислый газ. В переменных количествах к ним добавляются F, Cl, B и др. соединения. Источниками химически активных растворов являются растворы, первично содержащиеся в порах и трещинах исходных пород; магматические расплавы, внедрившиеся в толщу литосферы; сквозьмагматические растворы. Кроме того, растворы являются средой, в которой происходит взаимодействие между составными частями породы и катализаторами химических реакций.

Степень метаморфической проработки протолита может быть различной: от слабой, с частичным сохранением минеральных и структурно-текстурных признаков протолита, до полной, т. е. с исчезновением этих признаков.

В настоящее время выделяют две большие группы процессов метаморфизма – изохимический (идущий без изменения химического состава пород) и неизохимический (происходящий с привносом и выносом химических элементов).

52

Контактовый метаморфизм происходит во вмещающих породах при внедрении в них магматических расплавов. Процессы контактового метаморфизма протекают тем интенсивнее, чем выше температура внедряющейся магмы и чем большую роль играют летучие компоненты. Газово-жидкие эманации, функционирующие при контактовом метаморфизме, обладают большой растворяющей, проникающей и реакционной способностью.

Динамометаморфизм связан с воздействием на породы сильного стресса при сравнительно невысоких температурах и гидростатическом давлении. В связи с такими PT-условиями на первый план выступают явления дробления пород и минералов. Все же динамометаморфизм проявляется не только в дроблении, но и в пластическом течении и раскристаллизации составных частей пород. Динамические процессы метаморфизма не приводят к значительным миграциям элементов.

Региональный метаморфизм проявляется в пространстве и происходит на глубинах под воздействием внутреннего тепла Земли. Области развития пород регионального метаморфизма характеризуются выдержанностью простирания метаморфических толщ, одинаковой степенью метаморфизма на значительных площадях, что выражается в постоянстве минеральных ассоциаций в породах близкого химического состава.

Ультраметаморфизм протекает с частичным плавлением исходной породы. Метасоматоз связан с одновременным воздействием на исходные породы

высокой температуры и химически активных растворов. Действие последних приводит к коренному изменению химического состава породы, благодаря привносу одних и выносу других компонентов.

3.1. ПРАВИЛА КЛАССИФИКАЦИИ МЕТАМОРФИЧЕСКИХ ПОРОД

Классификация метаморфических пород основана на химическом и минеральном составе, структурных и текстурных особенностях. Также учитываются условия образования пород.

Минеральный состав позволяет судить об относительной температуре метаморфизма. Ассоциация главных минералов является указателем фации метаморфизма. Химический состав позволяет определить состав исходных горных пород. Текстура и структура раскрывают степень перекристаллизации и говорят о соотношении между кристаллизацией и деформацией. Полевые наблюдения позволяют выявить причины метаморфизма.

Систематика и классификация метаморфических горных пород базируется на общих принципах систематики кристаллических горных пород. Согласно этим принципам все метаморфические породы делятся на ряд таксонов: классы, надотряды, отряды, подотряды, семейства, роды и виды.

Тип и классы выделяются по генетическим признакам; надотряды, отряды, подотряды – по петрохимическим признакам; семейства, роды и виды – преимущественно по структурно-текстурным и количественно-минералогическим признакам пород.

Общая схема систематики метаморфических пород представлена ниже.

53

	Критерии	Главные признаки	Критерии выделения
			таксонов
			По характеру
	Тип		геологического процесса
		Генетические	(по способу образования)
	Класс		По условиям образования
	Надотряд		По содержанию SiO2
	Отряд	Химические	По степени насыщенности
			глиноземом
	Подотряд		По степени насыщенности
			щелочами
	Семейство		По минеральному парагенезу
			(минеральная фация)
		Структурно-
	Род		Структурно-текстурные особенности
		вещественные
	Вид		Модально-минеральный состав

По рекомендации Петрографического кодекса (2008 г.) тип метаморфических пород по условиям образования разделяется на 3 класса, т. е. по геологическому положению, структурно-текстурным признакам и особенностям минерального парагенезиса.

1.Термально-, или контактово-метаморфические.

2.Динамо-термально-, или регионально-метаморфические.

3.Динамо-, или дислокационно-метаморфические.

Термально- , или контактовометаморфические породы ( 1 - й класс)

Объединяет породы, образовавшиеся в ареале термального воздействия магматических тел на вмещающие породы. Главным регулирующим фактором их образования является температура. Интенсивность метаморфизма и масштабы проявления контактово-метаморфических пород зависят как от размера магматического тела, так и от его состава, или, в общем случае, от запаса его тепла и флюида.

В классе выделяются роды:

1)полосчатых роговиков,

2)массивных роговиков с мозаичной или роговиковой структурой.

Динамо- термально- , или региональнометаморфические породы ( 2 - й класс)

Класс объединяет породы, которые образовались в результате одновременного воздействия повышенной температуры, вызванной региональным кондуктивным эндогенным тепловым потоком, и направленного давления. Эти породы широко распространены в пространстве, соизмеримом с крупными тектоническими структурами, и непо- средственнонесвязаныскакими-либоконкретнымимагматическимипроявлениями.

54

В отличие от магматических пород, где каждый вид имеет свое собственное название, для метаморфических существует несколько базовых терминов (сланец, гнейс, амфиболит, гранулит, мрамор и др.), к которым присоединяются определяющие прилагательные (например, турмалинсодержащий биотитовый гнейс).

Среди семейств пород регионально-метаморфического класса выделяются

три рода:

1)род сланцев – породы с тонкой делимостью (миллиметры до сантиметров) и лепидобластовой либо нематобластовой структурой;

2)род гнейсов – породы с грубой делимостью (сантиметры до дециметров) и гранобластовой структурой;

3)род гранофельзов или кристаллосланцев – массивные и грубополосчатые породы с гранулитовой или мозаичной структурой.

Динамо- , или дислокационнометаморфические породы ( 3 - й класс)

К этому классу относятся породы, образовавшиеся в результате дифференциальных движений горных масс при отсутствии избыточного эндогенного теплового потока. Породы развиты в зонах смятия и тектонических нарушений. Масштабы их распространения сопоставимы с размерами этих зон, а интенсивность метаморфических преобразований пропорциональна интенсивности тектонических напряжений. В этот класс включены породы, ранее относившиеся к тектонитам или тектонометаморфическим породам.

Среди семейств этого класса выделяются два рода:

1)род брекчий и катаклазитов – грубообломочных, массивных пород с брекчиевой или катакластической структурой;

2)род милонитов или филлонитов – пород с тонкой делимостью и милонитовой или филлонитовой структурой.

Метаморфические породы каждого класса подразделены по содержанию кремнекислоты SiO2 на шесть надотрядов:

1)< 30 % – низкокремнеземистые (НК),

2)30–45 % − ультраосновные (У),

3)45–53 % − основные (О),

4)53–64 % − средние (С),

5)64–78 % − кислые (К),

6)> 78 % − ультракислые (УК).

Надотряды, в зависимости от специфики их химизма, подразделены на отря-

ды. В надотрядах основных, средних, кислых метаморфических пород выделяют

три отряда по глиноземистости:

1)на пересыщенные глиноземом,

2)насыщенные глиноземом,

3)недосыщенные глиноземом.

55

Надотряд низкокремнеземистых (главным образом карбонатных и силикатнокарбонатных пород) делится на три отряда:

1)известковистые;

2)магнезиальные;

3)железистые.

Отряды силикатных пород в зависимости от суммарного содержания оксидов щелочных металлов (K2O+Na2O) делятся на четыре подотряда:

1)низкощелочной;

2)нормальнощелочной;

3)умереннощелочной;

4)щелочной.

Метаморфические породы каждого подотряда (отряда или надотряда) разделены на семейства по наличию устойчивого минерального парагенезиса определенной метаморфической (минеральной) фации.

Породы каждого семейства по структурно-текстурным признакам разделены на роды. При характеристике рода в качестве текстурного признака принимается делимость породы в плоскости S – естественного раскола, а в качестве структурного – доминирующая кристаллическая структура.

Породы всех родов подразделены на виды, для которых существуют пределы колебания минерального и химического составов, структуры и текстуры, что позволяет в этом диапозоне выделять разновидности метаморфических горных пород.

3.2. ФАЦИИ МЕТАМОРФИЧЕСКИХ ПОРОД

Большинство метаморфических пород при своем образовании достигает или приближаются к состоянию физико-химического равновесия. Характер минеральных ассоциаций (парагенезисов) зависит от химического состава исходных пород и термодинамических условий метаморфизма.

Под метаморфической фацией понимают совокупность пород различного состава, которые возникли при одинаковых или близких условиях давлений и температур.

Впервые принцип фаций был сформулирован П. Эскола. Им была предложена схема классификаций метаморфизма, в которой выделялось восемь фаций в зависимости от РТ-условий.

Повышение температуры →

						Санидинитовая
	Повышение давления					фация
		←	Фация зеленых	Эпидот-	Амфиболитовая	Пироксен-роговиковая
				амфиболитовая
			сланцев	фация	фация	фация
						Гранулитовая фация
				Фация глаукофановых сланцев		Эклогитовая фация

56

Принцип метаморфических фаций получил дальнейшее развитие. Ф. Тернер предложил все их разделить на две большие группы – фации контактового метаморфизма и фации регионального метаморфизма. Классификации фаций содержатся в работах Д.С. Коржинского, Х. Винклера, А.А. Маракушева и др.

Для определения фации или субфации главными критериями являются критические и запрещенные парагенезисы. Критическими парагенезисами называются парагенезисы, которые устойчивы только в данной фации или субфации. Наименование фаций проводится по названию характерного для них критического минерала или по названию наиболее типичной породы данной фации. Границы между фациями проводятся по критической ассоциации минералов, которые оказываются устойчивыми только при РТ-условиях данной фации. При этом породы одной фации, имеющие одинаковый химический состав, характеризуются одним и тем же минералогическим составом.

Выделены также и запрещенные минералы и ассоциации, которые невозможны в данных РТ-условиях, но могут быть критическими для другой фации.

Рассмотрим схему фаций метаморфизма (рис. 32). Сверху PT-область существования метаморфических пород ограничена кривой плавления базальта, снизу – кинетическим порогом.

Рис. 32. Схема фаций метаморфизма (по Н.Л. Добрецову, В.В. Ревердатто, В.С. Соболеву и др., 1970):

группа А – фации контактового метаморфизма; группа В – фации регионального метаморфизма умеренных давлений; группа С – фации регионального метаморфизма повышенных давлений

57

Группа А – фации контактового метаморфизма. Роговики образуются при низких давлениях. По минеральным ассоциациям оно оценивается в 1…2 кбар и не превышает 3…4 кбар, что соответствует глубинам 10…12 км. Главным фактором контактового метаморфизма является температура (550…1200 ºС).

В группе А выделяются четыре фации контактового метаморфизма (снизу вверх по схеме):

А3 – мусковит-роговиковая, А2 – амфибол-роговиковая, А1 – пироксен-роговиковая, А0 – спуррит-мервенитовая.

Группа В – фации регионального метаморфизма умеренных давлений. Темпера-

тура колеблется от 300…400 до 900…1000 ºС, давление – от 3…4 кбар до 10…15 кбар. В данной группе снизу вверх выделяются:

В4 – фация зеленых сланцев, В3 – эпидот-амфиболитовая (андалузит-мусковитовые сланцев),

В2 – амфиболитовая (силлиманит-биотитовых гнейсов), В1 – гранулитовая (двупироксеновых гнейсов).

Группа С – фации метаморфизма высоких давлений. Относится к «локальному метаморфизму». Температура варьирует в пределах 300…1000 ºС. При низких температурах характерно давление 8 кбар, при высоких – свыше 15 кбар. В данной группе снизу вверх выделяются:

С4 – жадеит-лавсонит-глаукофановая (фация голубых сланцев), С3 – фация дистен-мусковитовых сланцев (глаукофан-альмандиновая), С2 – фация дистеновых гнейсов и амфиболитов, С1 – эклогитовая.

Более подробно схемы метаморфических фаций рассмотрены в работах Н.Л. Добрецова и др. (1970), Г.Г. Лепезина (1999) и др. Cопоставление схем фаций разных авторов показывает их принципиальное сходство при некоторых различиях в количестве и названиях фаций. Что же касается субфаций, то здесь вариации их полей и названий значительно больше, поскольку они выделяются для групп пород разного состава. Если метаморфическая толща имеет существенно метапелитовый состав, то в ней возможно выделение достаточно большого количества субфаций. А вот разделить толщу пород основного состава, метаморфизованную в том же интервале РТ-условий, будет значительно труднее, а часто и невозможно. Поэтому можно сказать, что схема фаций – это общегеологическое понятие, а схемы субфаций имеют региональный характер.

Необходимо отметить, что основным значением и целью фациального анализа является определение температуры и давления по особенностям минерального состава и отражений PT-различий в пространстве.

3.3. МЕТАМОРФИЧЕСКАЯ МИНЕРАЛЬНАЯ ЗОНАЛЬНОСТЬ

Метаморфические зоны – это комплексы регионально-метаморфизованных пород, в основном, при воздействии температур, отличающиеся наличием характерных метаморфических минералов (Петрографический словарь, 1989).

В каждой метаморфической зоне появляются типоморфные минералы, или ин- декс-минералы, фиксирующие ступени метаморфизма пород.

58

При повышении степени метаморфизма в прогрессивном региональнометаморфическом разрезе по первому появлению нового минерала определяют изограду – линию равной степени метаморфизма. При всем том, изограду можно связать также и с исчезновением минерала, который устойчив на низкой ступени метаморфизма и неустойчив на высокой. Линия изограды, проведенная на карте, подобна границам между формациями на общепринятых геологических картах.

Одним из первых выделил ряд метаморфических зон (именуемых обычно зонами типа Барроу) при изучении далрэдских пород юго-запада Шотландии Г. Барроу. Зоны устанавливались им на основании первого появления минералаиндекса в метаморфизованных пелитовых породах. Последовательность зон в порядке возрастания ступени метаморфизма отмечается следующими минералами:

хлорит биотит гранат ставролит кианит силлиманит.

Некоторые минералы, кристаллизующиеся в условиях низкой ступени метаморфизма, остаются устойчивыми при ее повышении. Например, гранатовые сланцы могут содержать биотит наряду с гранатом.

Отмеченная минеральная зональность зафиксирована и в других метаморфических поясах. Вместе с тем, на юго-западе Шотландии выявлена другая по характеру серия минеральных метаморфических зон. Они известны как метаморфические зоны бучанского типа (по географическому названию района Шотландии). В зонах бучанского типа выделяется следующая последовательность минералов-индексов:

хлорит биотит кордиерит андалузит силлиманит.

Как и в случае с зонами типа Барроу, это соответствует возрастанию степени метаморфизма висходных пелитовых породах. Различие вдвух последовательностях отражает условия метаморфизма в указанных районах: некоторые различия в первичном составепородиразныегеотермическиеградиенты. РазличиявРТ-условияхследующие:

Метаморфизм типа Барроу		Метаморфизм бучанского типа
	Давление
Умеренное до высокого		Низкое
Температура
Умеренная		Высокая

Эти два типа метаморфических зон характеризуются присутствием разных полиморфных модификаций Al2SiO5 при возрастании степени метаморфизма в пелитовых породах.

1.Тип Барроу: первым образуется кианит, затем силлиманит.

2.Бучанский тип: первым образуется андалузит, затем силлиманит. Возможные минеральные ассоциации в породах зон метаморфизма типа Бар-

роу и бучанского типа приведены ниже. Рассмотрено образование 6-ти зон по пелитовым и дополнительно 2-х зон по базитовым исходным породам. Приведены также и минеральные комплексы зон метаморфизма бучанского типа. Фотографии шлифов, демонстрирующие выделенную зональность на примере эталона – далрэдских пород Шотландии, заимствованы с сайта http://teachserv.earth.ox.ac.uk/. Фотографии слева сделаны без анализатора, справа – с включенным анализатором.

59

Зоны метаморфизма типа Барроу

1. Хлоритовая зона (сланцы и филлиты).

Филлит. Поле зрения 3 мм.

Характерно присутствие хлорита, серицита, мусковита, кварца и альбита. В центре шлифа отмечаются радиальные выделения хлоритоида. Непрозрачный материал представлен графитом.

2. Биотитовая зона (филлиты и сланцы).

Хлорит-биотитовый сланец. Поле зрения 3 мм.

Биотит начинает замещать хлорит, кварц, мусковит, альбит. Отмечается незначительное количество кальцита. Из акцессорных минералов – магнетит (непрозрачный) и турмалин (в центре шлифа). Биотит формирует разноориентированные порфиробласты до 1 мм в поперечнике. Основная ткань состоит из мелкозернистых (до 0,1 мм) гранобластовых зерен кварца и альбита, мусковита и хлорита. Последние подчеркивают сланцеватость породы.

60