Региональный метаморфизм и фации регионального метаморфизма

Понятие о метаморфизме. Физико-химические факторы метаморфизма.

Под метаморфизмом понимают изменение и преобразование горных пород под влиянием различных эндогенных геологических процессов, вызывающих значительные изменения термодинамических условий (прежде всего температуры и давления). Все преобразования в горных породах при процессах метаморфизма происходят путем их перекристаллизации в твердом состоянии. Степень изменения первичных горных пород (степень метаморфизма) может быть самой различной – от незначительных преобразований до полного изменения состава и облика пород.

Главными причинами, или факторами метаморфизма горных пород, являются температура, давление и химически активные вещества – растворы и летучие соединения.

Температура. Процессы метаморфизма, по мнению большинства исследователей, совершаются в интервале температур от 250 – 300 до 800 С. Повышение температуры всего на 10 С вдвое увеличивает скорость химических реакций, а на 100 С примерно в 1000 раз. В условиях земной коры повышение температуры вызывается двумя основными причинами:

1. погружением горных пород на большие глубины, что ведет к возрастанию температуры благодаря геотермическому градиенту (в среднем 1 на 33 мм.);

2. тепловым воздействием магматических расплавов, внедряющихся в земную кору.

Повышение температуры также может вызываться поступлением глубинных флюидов, местным возрастанием внутреннего теплового потока и некоторыми другими причинами.

Давление. Различают давление петростатическое (всестороннее) и боковое (одностороннее) или стресс.

Петростатическое давление является функцией глубины, и возрастание его обычно связано с погружением горных пород в глубь литосферы. Петростатическое давление также повышает температуру плавления минералов.

Боковое давление (стресс) возникает при интенсивных тектонических движениях дислокационного характера. Оно приводит к деформации, вызывает появление закономерностей пространственной ориентировки их в горной породе. Так, например, пластинчатые минералы располагаются плоскостями спайности перпендикулярно к направлению давления, в результате чего формируются так называемые сланцевые текстуры горных пород.

Химически активные вещества (вода, углекислота, водород, соединения хлора, серы и др.) являются катализаторами, облегчающими реакции между кристаллами, участвуют в образовании новых минералов, входя в их структуру и производя замещение старых минеральных ассоциаций новыми.

Существенная роль принадлежит фактору времени, ибо все это очень длительные процессы, осуществляющиеся в масштабах геологического времени.

Если же метаморфические преобразования сопровождаются значительным приносом и выносом, происходит замещение одних минеральных ассоциаций другими, изменяется химический состав горных пород. Такой метаморфизм называется метасоматическим.

Виды метаморфизма.

Различают следующие виды метаморфизма: контактовый, автометаморфизм, региональный и динамометаморфизм.

Контактовый метаморфизм

Этот тип метаморфизма отмечается в зонах контакта внедряющихся в земную кору расплавленных магматических масс и вмещающих твердых пород. Здесь происходит воздействие как тепла от магмы на вмещающие породы, так и воздействие на них газов и растворов, выделяемых с магмой, которые, с удалением от контакта, будут главной причиной перекристаллизации пород, возникновения новых минералов.

По периферии интрузивного массива возникает ореол измененных пород различной ширины: от нескольких миллиметров и сантиметров (у небольших тел) до сотен метров и единиц километров у больших интрузий. Эти изменения захватывают как внешнюю часть интрузивного массива, так и соприкасающиеся с ним породы кровли (вмещающие породы).

Автометаморфизм

Автометаморфизм – это изменение магматических пород, происходящие вслед за их кристаллизацией. Они вызываются газовыми эманациями и гидротермальными растворами, мигрирующими из магматического очага и формирующего интрузивного тела, в результате чего происходит переработка прежних минералов и образование новых. Миграция летучих компонентов обуславливает грейзенизацию, а горячих растворов – серпентизацию, каолинизацию и другие явления. Грейзены обычно представляют собой массивы гранитов, переработанных пневматолито-гидротермальными процессами. В состав их, кроме кварца и светлой слюды, часто входят топаз, флюорит, турмалин и другие минералы.

Региональный метаморфизм

Этот тип метаморфизма еще называется глубинным и охватывает огромные пространства. Он проявляется в совместном воздействии на горные породы высоких давлений и температур (в пределах 360-1000⁰С), магматических расплавов и постмагматических растворов. Территории развития регионального метаморфизма приурочены к участкам земной коры, прошедшим геосинклинальную стадию развития. При региональном метаморфизме образовавшиеся в экзогенных условиях богатые водой минералы переходят в безводные или бедные водой минералы. В результате регионального метаморфизма образуется ряд рудных минералов, иногда в промышленных количествах, например, железные руды в железистых кварцитах (Кривой Рог, Курская магнитная аномалия).

Динамометаморфизм

Протекает без участия магмы при низких температурах (до 300-400⁰С), но при высоком давлении. При этом виде метаморфизма происходят деформации, как сопровождаемые механическим дроблением зерен минералов, так и без него. Образуются минералы, обладающие листоватыми, столбчатыми и игольчатыми формами, ориентирующиеся перпендикулярно направлению давления; возникает сланцеватость горных пород. Характерные минералы зоны динамометаморфизма – эпидот, альбит, слюды, хлорит, гранаты, тальк, кварц и другие.

Региональный метаморфизм и фации регионального метаморфизма

РЕГИОНАЛЬНЫЙ МЕТАМОРФИЗМ— преобразование минерального состава и структуры горных пород под воздействием температуры, давления и глубинных растворов, проявленное на обширных площадях.

Условно отличается от локального метаморфизма в узких зонах тектонических дислокаций и тепловых аномалий или в контактах магматических тел (контактовый метаморфизм) большой мощностью проявлений. Различают зональный региональный метаморфизм со сменой в пространстве высокотемпературных фаций и зон всё более и более низкотемпературными и незональный — однородный в крупных блоках и на больших территориях.

В зависимости от глубины (давления) и температуры выделяют фации регионального метаморфизма: цеолитовую низких температур (100-300°С) и низких давлений (0,1-2•10⁸ Па) с развитием минералов группы цеолитов наряду с глинистыми минералами, карбонатами, кварцем и др.; зелёных сланцев (250-450°С и 0,5-3•10⁸ Па), представленную широким развитием хлоритов, серпентина, талька, эпидота, серицита, кварца, карбонатов; эпидотовых амфиболитов (400-500°С и 0,5-4•10⁸ Па) с характерным присутствием роговой обманки с эпидотом; амфиболитовую (450-700°С и 2-6•10⁸ Па) с обычными роговообманково-плагиоклазовыми ассоциациями; гранулитовую (650-1000°С и 5-15•10⁸ Па), устанавливаемую по присутствию ряда минеральных ассоциаций (силлиманит + ортоклаз; гиперстен + ортоклаз; силлиманит + гиперстен и др.). Кроме этого нормального ряда фаций метаморфизма, характеризующихся увеличением температуры с глубиной, выделяется глаукофановая фация (голубых сланцев), характеризующаяся сравнительно низкими температурами (300-450°С) и высокими давлениями 4-10•10⁸ Па и представленная специфическими минералами высоких давлений (глаукофан, лавсонит и др.). Переходы между фациями метаморфизма выражаются сменой минеральных ассоциаций и находятся в зависимости от давления, температуры и особенностей химического состава. Поэтому строгих общих границ между фациями регионального метаморфизма нет. Точное разделение условий метаморфизма производится на основе конкретных минеральных ассоциаций.