Лекционный курс для студентов специальности РГ Петрография магматических

Лекционный курс для студентов специальности РГ Петрография магматических и метаморфических пород Сироткин Александр Николаевич профессор кафедры МКП

Метаморфические процессы

Метаморфические процессы Процессам метаморфических изменений могут подвергаться все типы пород: осадочные, магматические и «прежние» метаморфические породы Огромные участки (регионы) и блоки земной коры (сотни и тысячи км 2) Весьма ограниченные в пространстве участки (см, м, км) Региональный метаморфизм Локальный метаморфизм Исходные породы Контактовый метаморфизм Динамометаморфизм Температура Давление + Температура Породы регионального метаморфизма: мраморы кварциты амфиболиты серпентиниты глинистые сланцы филлиты хлоритовые сланцы кристаллические (слюдистые) сланцы гнейсы угли + обмен химическими компонентами Роговики Скарны Грейзены и др. (как результат тектонических движений) Брекчии Милониты

Локальный метаморфизм Подразделяется на а) автометаморфизм; б) контактовый; в) гидротермальный (средне- и низкотемпературный); г) дислокационный (динамометаморфизм) Автометаморфизм — процесс изменения магматических горных пород после их застывания под действием остаточных растворов, циркулирующих в этой же породе и являющихся порождением этой же магмы. Серпентинизация ультраосновных и основных горных пород Контактовый метаморфизм протекает на границе расплавленной магмы с вмещающими горными породами при воздействии тепла, флюидов (вода, бор, инертные газы) идущих от магмы. Ореол или зона контактовых воздействий часто достигает 2– 5 км от магматической горной породы. Весьма характерен метасоматоз, т. е. замещение одних минералов или горных пород другими. Контактовые роговики, скарны Дислокационный – в зонах тектонических разломов

Локальный метаморфизм Рассмотрим подробнее характеристику контактового метаморфизма. Итак, Контактовый метаморфизм - проявляется в связи с внедрением в относительно холодные горные породы горячих масс магматических расплавов. Главный фактор – температура. Основными продуктами контактового метаморфизма являются роговики, мраморы и кварциты

Типы метаморфизма и метаморфических пород. Контактово-термальный метаморфизм проявляется во внешних экзоконтактовых ореолах интрузивов под воздействием тепла, излучаемого остывающими магматическими расплавами. Без участия флюидов контактово-термальный метаморфизм – явление редкое. Важными факторами, определяющими интенсивность факторами термально-метаморфического воздействия на вмещающие породы и ширину контактовометаморфического ореола, являются: размеры интрузии, начальная температура магмы, скорость остывания магматического тела, геологическое положение вмещающих пород относительно интрузии (направление и крутизна контактов). 6

Типы метаморфизма и метаморфических пород. Контактово-термальный метаморфизм Наиболее типичными продуктами контактового метаморфизма глинистых сланцев являются андалузитовые и кордиеритовые роговики, занимающие участки, роговики примыкающие к контактам интрузивных тел с вмещающими породами. Пирометаморфизм (синонимы – каустический и опталический метаморфизм) – наиболее метаморфизм высокотемпературная разновидность контактового метаморфизма. Он проявляется в ксенолитах лав или вмещающих породах некоторых гипабиссальных интрузий. Контактовый ореол вокруг гранитной интрузии 1 – граниты; 2 – габбро; 3 – вулканиты; 4 – глинистые сланцы; 5– 7 – метаморфические зоны в сланцевой толще: 5 – внешняя зона пятнистых сланцев, 6 – зона узловатых и андалузитовых сланцев, 7 – зона роговиков

Локальный метаморфизм Контактовый метаморфизм связан с интрузиями, которые, внедряясь в осадочные или ранее существующие изверженные породы, вносят в земную кору избыточное тепло (термометаморфизм). При этом интрузии занимают какое-то пространство, раздвигают, сдавливают и уплотняют вмещающие породы (динамометаморфизм). Выделяющиеся из магмы газы и пары, вступая в реакции с боковыми породами, способствуют образованию новых минералов (пневматометаморфизм), а гидротермальные растворы обусловливают явление метасоматоза. Таким образом, при внедрении магмы действуют все факторы метаморфизма.

Локальный метаморфизм Вблизи контакта магмы и вмещающей породы образуется пояс (ореол), сложенный метаморфическими породами. Чем сильнее воздействие магмы, тем шире этот ореол. Контактовый метаморфизм распространяется как на вмещающие породы (аллометаморфизм), так и на краевую часть магматического тела (автометаморфизм, самометаморфизм). Происходит это в связи с давлением и действием газов и пара. Таким образом, контактовый метаморфизм совершается по обе стороны от контакта — на внешней (экзоконтактовый метаморфизм) и на внутренней (эндоконтактовый метаморфизм) стороне. Ширина зоны контактового метаморфизма очень различна. У интрузивных тел типа даек она измеряется миллиметрами и сантиметрами, у крупных тел батолитового типа — сотнями метров и даже километрами. Так, например, зона метаморфизма гранодиоритовой интрузии в Банате (Румыния) достигает 2 км, а у гранитного массива в Эльзасе — 1, 2 км. Интрузии основного состава образуют меньший ореол метаморфизма, чем кислые интрузии, так как они в меньшем количестве содержат летучие компоненты и, по-видимому, обладают меньшей энергией при внедрении.

Метаморфические процессы Контактовый метаморфизм

Метаморфические процессы Контактовый метаморфизм

Метаморфические процессы Контактовый метаморфизм

Контактовый метаморфизм Степень изменения пород при контактовом метаморфизме неодинакова: вблизи контакта породы, естественно, изменены сильнее, нежели на периферии зоны. Таким образом, создаются полосы различной степени метаморфизма — так называемые метаморфические фации. Характер метаморфической фации зависит не только от положения магматического очага, но и от состава и физического состояния вмещающих пород. Например, метаморфизм песчаников протекает совершенно по-иному, чем метаморфизм известняков. В то же время породы пористые и трещиноватые метаморфизуются сильнее, чем плотные.

Контактовый метаморфизм Контактовые изменения проявляются сильнее у богатых летучими кислых интрузий, чем у основных. Вмещающие породы в порядке уменьшения степени контактовых изменений располагаются в такой последовательности: глины, известняки, основные породы, песчаники, кремнистые породы. Контактовые изменения возрастают с увеличением трещиноватости и пористости пород, способствующих циркуляции паров и газов. Наконец, контактовые изменения более интенсивны в секущих контактах, чем в согласных. Во всех случаях мощность контактовой зоны прямо пропорциональна размеру интрузивного тела и обратно пропорциональна величине угла, образуемого поверхностью контакта с горизонтальной плоскостью.

Характер контакта интрузии и вмещающей породы Различное залегание интрузии во вмещающих породах: а — согласное, б — секущее; 1 — гранит; 2 — контактово измененные породы; 3 — неизмененные вмещающие породы

Контактово-метасоматические породы Скарны – по вмещающим известнякам, доломитам, другим карбонатным породам Грейзены – автометаморфизм некоторых типов гранитов Более подробно эти породы будем рассматривать в разделе «Метасоматизм»

Контактовые породы Роговики Мраморы Кварциты

Метаморфические процессы Контактовый метаморфизм Образование скарнов и роговиков Известняк (или доломит) Глинистый сланец

Метаморфические процессы Контактовый метаморфизм Образование скарнов и роговиков Известняк Магматический расплав Сланец

Метаморфические процессы Контактовый метаморфизм Образование скарнов и роговиков Известняк Магматический расплав Сланец

Метаморфические процессы Контактовый метаморфизм Образование скарнов и роговиков Ca. CO 3 Ca, Mg Ca. Mg[CO 3]2 Si. O 2 H 2 O Al. Si 2 O 5

Метаморфические процессы Контактовый метаморфизм Образование скарнов и роговиков Известняк Мрамор Скарн Гранит Сланец Роговик

Метаморфические процессы Скарны – породы контактового метаморфизма (метасоматоза). Главные минералы: Диопсид (пироксен) Гранаты Кальцит Кварц

Метаморфические процессы

Метаморфические процессы Гранит Скарн Мрамор

2. Метаморфические горные породы Контактовый метаморфизм - проявляется в связи с внедрением в относительно холодные горные породы горячих масс магматических расплавов. Главный фактор – температура. Основными продуктами контактового метаморфизма являются роговики (по глинистым и базитовым породам), мраморы (по карбонатным породам) и кварциты (по кремнистым породам).

В результате контактового метаморфизма образуются своеобразные горные породы — роговики. Это обычно мелкозернистые или среднезернистые плотные неслоистые породы, состав которых в значительной степени зависит от первичного состава породы. По данным В. М. Гольдшмидта, при метаморфизме глинисто-мергелистых пород в зависимости от количества карбоната может образоваться 10 типов роговиков. В роговиках появляются новые минералы, отсутствовавшие в первичных породах, такие, как андалузит, кордиерит, плагиоклаз, биотит, гиперстен, диопсид, гранат, волластонит. Роговики называются по наличию преобладающих минералов, например: плагиоклаз-гиперстеновый роговик, гранат-волластонитовый роговик и т. п. Главную роль в образовании роговиков играет температура. Наблюдения и теоретические вычисления показали, что большие интрузивные массы в краевых частях имеют температуру до 1000°, причем остывание интрузии на глубине происходит медленно. Расчеты Цобеля свидетельствуют, что температура в интрузии гранита в 700 м от контакта через 6400 лет понижается от 1000 до 400°. Нагревание окружающей породы от магмы происходит так, что через 100 лет после внедрения в 100 м от контакта еще господствует температура в 700°.

2. Метаморфические горные породы 1. Роговики – плотные и крепкие тонкозернистые породы с раковистым изломом и режущими краями серого, черного или темно-зеленого цвета. Структура – гранобластовая. Текстуры – массивная, реже пятнистая, иногда сохраняется полосчатая реликтовая. Осадочные и метаморфические горные породы 28

2. Метаморфические горные породы В зависимости от состава обычно различают: биотитовые роговики (в результате перекристаллизации песчано-глинистых и кварц -полевошпатовых пород). роговообманковые или пироксеновые (в результате перекристаллизации магматических пород основного и среднего состава). известково-силикатные (в результате перекристаллизации карбонатных пород.

Роговики

Зональность контактовых ореолов Внешняя, низкотемпературная зона – пятнистые сланцы. Наблюдаются лапчатые порфиробласты мусковита, биотита и кордиерита, насыщенные включениями кварца, хлорита, карбонатов и углисто-глинистого вещества. Типичные представители низкотемпературных сланцев - кварц-альбит-мусковит-биотитовые, кварц-альбит-эпидотслюдяные и др. Средняя – узловатые сланцы. Слюды, роговая обманка, плагиоклаз, ортоклаз. "Узлы" обычно состоят из смеси слюд, кордиерита, андалузита, магнетита и аморфного вещества. Внутренняя – собственно роговики. Биотит, кордиерит, ортоклаз, силлиманит, амфибол, пироксен и др.

Пятнистые сланцы

Среднетемпературные роговики

Роговики. Состав и структура Хлорит-биотиткордиеритовый роговик. Николи параллельные и скрещенные

Среднетемпературные роговики

Роговики по пелитам. Андалузит в роговиках

Высокотемпературные роговики

Пироксен-кордиеритовые роговики Структура роговиковая, порфиробластовая Формируются в наиболее высокотемпературной зоне контактового ореола

Роговики. Состав и структура Роговик по перидотиту. На контакте гранитного батолита, прорывающего тело перидотита. Активная серпентинизация ультраосновной породы

Мафит-ультрамафитовые роговики На начальной стадии развиты альбит-эпидотактинолитовые, актинолит-эпидот-кварцплагиоклазовые породы. В них сохраняются реликтовые фрагменты исходных пород (бластпорфировые вкрапленники, миндалины и т. п. ) На следующей стадии, в диапазоне температур от 670 до 720 ºС, образуются плагиоклаз-роговообманковые ороговикованные породы Плагиоклаз-пироксеновые роговики образуются при температурах 720– 1050 ºС. Это плотные темноокрашенные породы, обладающие гранобластовой структурой и сложенные лабрадором, диопсидом и гиперстеном

2. Метаморфические горные породы 2. Мраморы – мономинеральные породы карбонатного состава, бурно реагируют с соляной кислотой. Структура всегда гранобластовая. Текстура массивная, пятнисто-полосчатая. Окраска белая, серая, розовая, чёрная и др. Осадочные и метаморфические горные породы 41

Мраморы Чистые известняки постепенно превращаются в мраморы с гранобластовой структурой. Размер кристаллов кальцита зависит от степени метаморфизма и увеличивается с приближением к контакту с интрузивом. При наличии в исходных известняках кремнезема образуется волластонит На начальной стадии изменения доломитистых известняков характерным минералом является тальк, на средней – тремолит, на высокой – форстерит, диопсид и периклаз При метаморфизме мергелистых пород образуется шпинель, а кремнистых мергелей – анортит и гроссуляр

Мраморы

Мраморы Происхождение названия породы. Название от греческого Мармарос или лат. marmor. Морфологические признаки. Структура кристаллически -зернистая, гранобластовая, иногда порфиробластовая. Размер тесно сросшихся минеральных зерен — от долей миллиметра (мелкозернистые) до 1 см, реже до 3 -5 см (средне- и крупнозернистые мраморы). Текстура однородная (массивная), полосчатая, брекчиевидная либо более сложная, пятнистая. Порода состоит главным образом из кальцита и (или) доломита. Их количественные соотношения определяют видовую принадлежность мрамора (кальцитовый мрамор, доломитовый мрамор, разновидности смешанного состава). Минералы-примеси: магнезит, кварц (до 25%), нередко графит (до 10%), битуминозные вещества, слюды, хлорит, тремолит, диопсид, роговая обманка, брусит Mg(OH) 2, волластонит, форстерит, гранат, пирит, гематит и др.

Мраморы

Мраморы

2. Метаморфические горные породы 3. Кварциты – мономинеральные породы кремнистого состава, плотные, твёрдые. Структура гранобластовая. Текстура массивная. Преобладают светлые тона окраски. Осадочные и метаморфические горные породы 47

Кварциты Исходными являются риолитоиды, гранитоиды, алевролиты, песчаники и другие породы Главные слагающие их минералы устойчивы при высоких температурах и существенных изменений при контактовом метаморфизме не претерпевают Широко развиты альбит, кварц, биотит и серицит. Устанавливаются бластопсаммитовая и бластоалевролитовая структуры. В кислых эффузивах на высокой ступени метаморфизма вследствие собирательной перекристаллизации появляются гранобластовая и бластпорфировая структуры. Среди акцессорных минералов к реликтовым циркону и магнетиту добавляются турмалин и титанит

2. Метаморфические горные породы Метасоматиты – образуются в результате реакции замещения минералов в твердом состоянии за счет флюидов, растворяющих и выносящих одни химические элементы и привносящих и отлагающих другие. Классификация метасоматитов сложна, наиболее типичные породы: § скарны § грейзены § серпентиниты. Осадочные и метаморфические горные породы 49

2. Метаморфические горные породы 1. Скарны – образуются на контакте интрузий и карбонатных толщ под действием постмагматических флюидов и растворов. Осадочные и метаморфические горные породы 50

2. Метаморфические горные породы Структуры – нематогранобластовые. Текстуры – массивные, полосчатые, пятнистые. Состав – преобладают пироксены, гранат, часто содержат кальцит, рудные минералы. Осадочные и метаморфические горные породы 51

2. Метаморфические горные породы 2. Грейзены – крупнокристаллические светло-серые породы. Состав - кварц и светлая слюда (мусковит или лепидолит). Могут присутствовать топаз, турмалин, апатит, флюорит; рудные минералы (касситерит, вольфрамит, молибденит, пирит, арсенопирит и др. ) Структура – лепидогранобластовая. Текстура – массивная. Осадочные и метаморфические горные породы 52

2. Метаморфические горные породы 3. Серпентиниты – образованы под влиянием флюидов на ультраосновные породы, содержащие оливин. Состав - серпентин с примесью магнетита и хлорита, часто с прожилками волокнистого хризотил-асбеста. Структура – лепидобластовая. Текстура – массивная, пятнистая. Осадочные и метаморфические горные породы 53

Фации контактового метаморфизма Контактовый метаморфизм - это изменение минерального состава или перекристаллизация минералов горных пород под действием тепла магматического тела в их приконтактной области. Подобный локальный метаморфизм вызывается существованием высоких температурных градиентов, достигающих на 1 м нескольких или десятков градусов. Этот метаморфизм характеризуется также низкими давлениями, свойственными малым и средним глубинам (1 -1, 5 -4 км). При увеличении глубины и давления температурные градиенты уменьшаются, зоны K. м. разрастаются и постепенно сменяются обширными зонами Регионального метаморфизма. 1 км глубины – это 0, 25 -0, 3 кбар давления; следовательно 4 км – это 1 -1, 5 кбар Температуры магмы достигают 300 -1000°С и более

Фации контактового метаморфизма

Фации контактового метаморфизма Фация альбит-эпидотовых роговиков (250 -350°) объединяет слабо метаморфизованные породы внешних частей приконтактовых зон интрузивных тел. По минеральным ассоциациям сопоставима с зеленосланцевой фацией с добавлением (при метаморфизме глинистых пород) андалузита или кордиерита Фация роговообманковых роговиков (350 -600°) в значительной мере аналогична амфиболитовой. Характерны слюды (биотит, мусковит, флогопит), роговая обманка, кордиерит, андалузит, гранат и др. , в карбонатных породах — диопсид, гроссуляр, волластонит, кальцит, кварц. Отвечает породам внутренних и промежуточных частей экзоконтактовых зон интрузивных тел

Фации контактового метаморфизма Фация пироксеновых роговиков (550 -750°) объединяет породы самых внутренних частей приконтактовых зон. Частично сопоставима с гранулитовой; отличается присутствием некоторых высокотемпературных, но менее глубинных минералов: андалузита, периклаза Mg. O и др. Санидинитовая фация. Не имеет аналогов среди фаций регионального метаморфизма. Характеризует участки непосредственного соприкосновения осадочных пород с базальтами или диабазами, где очень высокие температуры (более 700°) сочетались с низкими давлениями. Устойчивы санидин, редкие известковые силикаты (мелилит и т. п. ) и др.

Санидиновая фация Бухиты – роговики санидиновой фации, сформировавшиеся при Т°С > 850°С. Это частично переплавленная порода (остеклованная), обычно Кв-Пл-Кпш состава, всегда на контакте с основными породами. Бухиты также встречаются в импактитах.

Бухиты – продукт пирометаморфизма

Ваши вопросы ? ? ? ? ? ?