Типы и условия проявления метаморфизма

В природных условиях в различных участках земной коры совместно проявляются несколько факторов метаморфизма, однако масштаб их проявления в целом и относительная роль каждого фактора в метаморфическом процессе определяются конкретной геологической обстановкой. По особенностям пространственного размещения и размаху процесса различаются два основных типа метаморфизма: локальный и региональный. Метасоматический метаморфизм может сопровождать метаморфизм любого типа и поэтому развивается как в локальных, так и в региональных условиях.

Локальный метаморфизм контролируется конкретными структурными элементами — разломами, контактами с интрузивными породами, пликативными дислокациями. Образующиеся при этом метаморфические породы связаны постепенными переходами с неметаморфизованными толщами. К локальным формам проявления метаморфизма относятся контактовый и катакластический метаморфизм.

Контактовый метаморфизм — это процесс изменения горных пород под воздействием внедрившийся в них магмы. Он проявляется в пределах ореолов химического и термального воздействия интрузий на вмещающие породы. Основными факторами этого метаморфизма являются температура и химически активные вещества. По данным В. С. Соболева, температурный интервал, в котором происходит типичный контактовый метаморфизм, заключается в пределах 550—900 °С. Процесс идет при относительно низких давлениях и широком развитии метасоматоза. Летучие компоненты магмы, проникая в виде растворов и газов в окружающие породы, вступают с ними в реакцию и приводят к резкому изменению их химического состава. Особенно значительны воздействие химических агентов и проявление метасоматоза на контакте вмещающих пород с интрузиями кислого состава; интрузии основных и ультраосновных магм оказывают в основном термальное воздействие на окружающие отложения. В целом величина контактового ореола, степень метаморфизма вмещающих пород в ореоле и характер преобразований зависят от температуры, объема и состава внедрившегося расплава. Магма, реагируя с вмещающими породами, изменяется и сама. При этом изменения состава интрузивной породы называют эндоконтактовыми, а вмещающих пород — экзоконтактовыми.

Контактовые изменения проявляются сильнее у богатых летучими компонентами кислых интрузий, чем у основных. Вмещающие породы в порядке уменьшения степени контактовых изменений располагаются в следующей последовательности: глины, глинистые сланцы; карбонатные породы (известняки, доломиты); основные изверженные породы; вулканические туфы и туфогенные породы; песчаники, песчанистые породы, кремнистые породы. Контактовые изменения возрастают с увеличением трещиноватости и пористости пород, способствующих циркуляции паров и газов. Контактовые изменения более интенсивны у секущих, чем у согласных контактов.

Во всех случаях мощность контактовой зоны прямо пропорциональна размеру интрузивного тела и обратно пропорциональна величине угла, образуемого поверхностью контакта с горизонтальной плоскостью.

Ширина контактовых ореолов обычно не превышает нескольких сотен метров и в редких случаях увеличивается до 2−5км и более. При этом мощность экзоконтактовой зоны значительно превосходит мощность зоны эндоконтактовой и процессы метаморфического минералообразования в первой более разнообразны.

Разновидности контактового метаморфизма: термальный и метасоматический.

Термальный (или нормальный) происходит при высокой температуре и низком давлении без существенного поступления вещества из остывающей интрузии. Породы перекристаллизовываются, иногда с образованием новых минералов, но без существенного изменения валового химического состава.

Метасоматический метаморфизм может быть разделён на гидротермальный и пневматолитовый. Однако четкого разделения между ними провести нельзя, так как оба эти вида встречаются совместно.

Типичными породами контактово-термального метаморфизма являются роговики; к породам, образовавшимся в результате контактово-метасоматических процессов (метасоматитам), относятся скарны, грейзены, вторичные кварциты. С метасоматитами связано большое количество месторождений полезных ископаемых (олово, вольфрам, молибден, золото, полиметаллы).

К разновидностям метасоматического метаморфизма или метасоматоза относятся:

• 1) грейзенизация — превращение гранитных пород в кварцево-слюдистый агрегат с примесью кассетерита, шеелита и т. д.;
• 2) хлоритизация — замещение железисто-магнезиальных минералов хлоритом;
• 3) серицитизация — замещение полевых шпатов серицитом (мелкочешуйчатым мусковитом);
• 4) серпентинизация — замещение серпентином железисто-магнезиальных минералов (обычно оливина).

Особенно сильно метасоматоз проявляется в карбонатных породах, которые превращаются в силикатные породы — скарны. Под воздействием эманаций и растворов, содержащих кремнезем, алюминий, железо и ряд других элементов и соединений, как в экзотак и в эндоконтакте образуются минералы группы пироксена и граната. Далее от контакта образуются скарны из амфибола, эпидота и хлорита. Еще далее породы подвергаются окварцеванию и окремнению под влиянием гидротерм.

В пироксен-гранатовых скарнах отлагаются гематит и магнетит, а также окислы марганца, цинка и шеелит. В амфиболовых скарнах внешней зоны часто присутствуют шеелит, молибденит, касситерит, халькопирит, сфалерит, галенит, золото и другие минералы, а из нерудных тальк, флюорит, хризотил-асбест.

Объёмы скарнированных пород обладают формой, контролируемой положением контактов интрузии или отходящей от неё зоны скарнирования, а приуроченные к ним рудные залежи образуют пласты, линзы, трубчатые и более сложные тела.

Скарновые месторождения встречаются в контактах с гранодиоритами, кварцевыми диоритами и различными интрузиями среднего состава. В контактах с типичными гранитами месторождения встречаются редко, еще реже с основными интрузиями и совсем не встречаются с ультраосновными.

В скарны могут превращаться разнообразные некарбонатные породы, в частногсти туфы, порфириты и реже песчаники.

Автометаморфизмом называется процесс изменения магматических пород, начинающийся сразу же после их кристаллизации и происходящий под воздействием газовых эманаций и воды, выделяющихся из той же магмы. В результате автометаморфизма наиболее часто происходит серпентинизация ультраосновных пород, пропилитизация эффузивных пород, а также образование серицитолитов и вторичных кварцитов за счет окварцевания кислых и средних эффузивов.

Пропилитизация — метасоматическое преобразование горных пород в вулканогенных толщах основного и среднего состава, в условиях малых и средних глубин под воздействием гидротермальных растворов, содержащих в значительном количестве углекислоту и серу.

Серицитолиты — горные породы существенно серицитового или мономинерально серицитового состава.

Катакластический метаморфизм, или динамометаморфизм, происходит под действием направленных давлений и заключается в механическом разрушении (дроблении и перетирании) пород — катаклазе. Катакластический метаморфизм проявляется в тех случаях, когда величина направленного давления превышает предел прочности пород. В результате катакластического метаморфизма в чистом виде, без участия температурного фактора и термальных растворов, образуются катакластические породы с различной степенью раздробленности: тектонические брекчии, катаклазиты,-милониты. Однако в чистом виде катакластический метаморфизм происходит редко, поскольку областями его максимального проявления служат зоны глубинных разломов, являющиеся в то же время и основными путями подъема тепла и термальных растворов из недр.

Региональный метаморфизм. Региональным, по предложению А. Добре (1859г.), назван метаморфизм, распространяющийся на мощные толщи главным образом древнейших горных пород на огромных пространствах. В пределах этих площадей отсутствуют переходы к неметаморфизованным отложениям. Факторами регионального метаморфизма являются температура, давление и химически активные вещества, действующие совместно. При региональном метаморфизме осуществляются и изохимические и метасоматические процессы. Формирующиеся при этом породы отличаются большим разнообразием — сланцы, гнейсы, кварциты, мраморы, амфиболиты, гранулиты, эклогиты.

Региональный метаморфизм обычно связан с активными геосинклинальными областями, однако в отношении условий его проявления существуют две принципиально различные точки зрения. В соответствии с первой точкой зрения причиной его является длительное, устойчивое прогибание участков земной коры, при котором осадочные и вулканогенные толщи, погружаясь, попадают в условия все более высоких температур и давлений. Однако исследования последних лет показали, что прогибание коры само по себе не является причиной метаморфизма. В прогибах, где нет складкообразовательных движений и других деформаций, обычно отсутствуют и проявления регионального метаморфизма. В Прикаспийской впадине, например, мощность практически неметаморфизованных осадочных отложений достигает 25 км. Эти факты послужили основанием для того, чтобы соотносить региональный метаморфизм с орогенной стадией развития коры, характеризующейся интенсивным складкообразованием, подъемом магматических масс и генетически связанных с ними термальных растворов. Последняя точка зрения развивается в трудах Д. С. Коржинского, Ю. А. Кузнецова, А. А. Маракушева и завоевывает все большее признание.

В обстановке регионального метаморфизма процессы преобразования пород могут достигать максимальной интенсивности, приобретая характер ультраметаморфизма. Он обычно протекает на большой глубине в пределах складчатых областей, где термодинамические условия допускают частичное или полное переплавление пород. Главнейшие процессы ультраметаморфизма — анатексис, палингенез и гранитизация.

Анатексис — частичное, избирательное выплавление минералов кварц-полевошпатового состава из исходных пород. В различных количествах расплав такого состава может получаться из любых осадочных и пирокластических пород (за исключением карбонатов, эвапоритов и некоторых других).

Палингенез — полное переплавление исходных пород определенного состава с образованием гранитной магмы. Это явление обычно связано с переплавлением гранито-гнейсов и осадочных пород, химический состав которых отвечает гранитам.

Гранитизация — процесс химического и минерального изменения пород любого состава с превращением их в граниты. Согласно Д. С. Коржинскому (1952 г.) и А. А. Маракушеву (1973 г.) в процессе гранитизации исходная порода обязательно проходит стадию магматического расплава. Агентами гранитизации являются растворы, которые вызывают расплавление исходной породы, а затем, диффундируя через расплав, изменяют его состав до состава гранитной магмы. Компоненты гранитов при этом растворяются в образовавшейся магме, а компоненты, «избыточные» по отношению к составу гранитной магмы, выносятся растворами за пределы магматического очага.

Таким образом, в обстановке глубоких метаморфических преобразований пород стирается граница между метаморфическими и магматическими процессами и завершается тот круговорот в природе, идея которого еще в начале века была высказана русским петрографом И. Д. Лукашевичем: магма магматические породы осадочные породы метаморфические породы магма.

метаморфизм горная порода фация.