Петрография метаморфических пород Лекция динамотермальный региональный метаморфизм

Петрография метаморфических пород Лекция: динамотермальный (региональный) метаморфизм

Региональный (динамотермальный) метаморфизм Главные факторы - высокая температура (Т) от 300 -10000 - литостатическое давление (Р), от 2 до 14 Кбар (0, 2 -1, 4 ГПа) - химически активные растворы (Х)как среда и катализатор. Динамотермальный метаморфизм (по Е. Н. Елисееву, 1959) предлагается разделять на 2 подтипа: Локальный – приуроченность метаморфических пород к узким тектоническим зонам, где характерна быстрая смена пород различной степени метаморфизма на небольших по простиранию площадях. Региональный - широкое площадное простирание пород одинаковых по степени метаморфизма. Прослеживается постоянство минералогических ассоциаций в породах близкого состава. Основной процесс минералообразования (породообразования) – перекристаллизация Породы 1 и 2 подтипов сходны по текстурно- структурным признакам: - наличие ориентированных текстур: сланцеватых, гнейсовидных, полосчатых; - массивные, однородные текстуры (при очень больших значениях Р) Процесс протекает с изменением объема пород Наиболее типичные породы: кристаллические сланцы и гнейсы. Кроме этих пород различают филлиты, амфиболиты, гранулиты, эклогиты, реже встречающиеся породы.

Кристаллические сланцы (более метаморфизованные) - сланцеватые породы различного минералогического состава. Характерной особенностью является отсутствие совместной ассоциации полевых шпатов и кварца. тальк-серпентиновый сланец турмалиновый кристаллосланец ставролитовый кристаллосланец Сланцы (менее метаморфизованные) возникают при метаморфизме уо, основных, средних, глинистых, кварц-полевошпатовых пород. Макроскопически характеризуются типичными сланцеватыми текстурами. Слюдяные, хлоритовые сланцы (отличаются зелеными оттенками), амфиболовые, глаукофановые, кварцитовые характеризуются присутствием большого количества соответствующих руководящих минералов. актинолиовый сланец

Гнейсы - зернистые, различной крупности породы обладающие сланцеватыми и гнейсовыми текстурами, по минералогическому составу, как правило, отвечают гранитоидам, т. е. отмечается совместное нахождение кварца и ПШ. Разновидности: плагиогнейсы - плогиоклаз и кварц; от характера исходных пород: - парагнейсы (по осадочным), - ортогнейсы (по магматическим). Особенность минералогического состава: присутствие собственно метаморфических минералов. плагиогнейс Названия даются по минеральным ассоциациям: Силлиманит- биотитовый, гранат - биотитовый гнейс и т. д. ортогнейс парагнейс гранат-биотитовый гнейс

Филлиты - продукты низкотемпературного метаморфизма глинистых и алевролитовых пород. При перекристаллизации образуют т/з агрегат серицита, хлорита и кварца. Особенность: шелковистый блеск на плоскостях сланцеватости. Амфиболиты - породы, возникающие в результате глубокого преобразования в условиях высоких температур и большого Р. Зернистые породы, текстура массивная, реже сланцеватая. Особенности минерального состава: -преобладание роговой обманки; -одновременное присутствие основного и среднего плагиоклаза, граната, пироксена и биотита. филлит амфиболит Выделяют разновидности: - ортоамфиболиты (по магматическим г. п. ) - параамфиболиты (по осадочным г. п. ) по особенностям минерального состава: гранатовые, пироксеновые амфиболиты ит. д. гранатовый амфиболит

Гранулиты- наиболее высокометаморфизованные зернистые породы. Особенность: полное отсутствие слюд. Основные минералы: кварц, полевые шпаты, гранат, пироксен Эклогиты- образуются при высоких давлениях и высоких температурах. Текстура плотная, однородная, реже полосчатая или сланцеватая Зернистые породы состоящие из пироксена (омфацита), граната (пиропа). По химическому составу соответствуют габбро. ксенолит эклогита в кимберлите

ПОРОДЫ РЕГИОНАЛЬНОГО МЕТАМОРФИЗМА ПОНИЖЕННЫХ И УМЕРЕННЫХ Р (ФАЦИИ В) В 4 Фация зеленых сланцев Т 0 300 -400 – 5000 С Р- ниже 6 -7 кб В 3 Эпидот-амфиболитовая фация Т 0 400 -500 -6500 С Р- 2 -7 кб В 2 Амфиболитовая фация Т 0 600 -650 -800 -8500 С. Р-3 -11 кб В 1 Гранулитовая (двупироксеновая) фация Т 0 более 800 -8500 С. Р-3 -12 кб Поля фаций ограничиваются линиями устойчивого равновесия индексминералов (парагенезисов) МЕТАПЕЛИТЫ Состав протолита: каолинит, монтмориллонит, гидрослюды и др. глинистые минералы с примесью мелкообломочных зерен кварца и полевых шпатов. Химизм: глинистые породы бедны Са и Na, богаты Al и К, содержание кремнезема в глинах составляет 55 -65 мас. %. В рыхлых глинах заключено до 15% мас. % воды

В 4 дегитротация глинистых минералов серицит, хлорит, пирофиллит филлиты. отсутствует метаморфическая дифференциация вещества: сохраняются реликтовые структуры, отчетливы реликты первичной слоистости. Филлит с реликтовой слоистостью При дальнейшем преобразовании филлиты серицитовые и хлорит-серицитовые сланцы. Минеральный состав тот же, но степень перекристаллизаци больше. Размер зерен кварца и чешуек слюды увеличивается, и они группируются в полосы преимущественно кварцевого и хлорит-серицитового состава. серицитовый сланец

Формируется отчетливая сланцеватая, иногда плойчатая текстура пород. В серицит-хлоритовых сланцах могут появляться порфиробласты граната альмандинспессартинового ряда, андалузита (хиастолита) и хлоритоида хлоритовый сланец с гранатом хлоритовый сланец с магнетитом В 3 Дальнейшее нагревание глинистого протолита приводит к образованию слюдяных сланцев. состоящих из кварца, мусковита, биотита, андалузита, ставролита, граната. Выделяют: мусковитовые, биотитовые, двуслюдяные, гранат-биотитовые, ставролит-биотитовые и др. сланцы. Структура порфиробластовая (ставролит, гранат, андалузит); основная ткань: кварц, слюды. При метаморфизме пород бедных калием возникают куммингтонит-гранат-жедритовые и ставролит - гранат- андалузитовые сланцы

В 2 В условиях амфиболитовой фации глинистые осадки преобразуются в биотитовые парагнейсы. Особенности состава: появление кордиерита и КПШ (микроклина). Мусковит неустойчив КПШ и силлиманит. Биотит становится более магнезиальным. Гранат содержит больше пироповой составляющей. Текстуры характеризуются плоскостной ориентировкой биотита, в целом парагнейсы имеют более массивный облик. В 1 На высшей ступени метаморфизма возникают биотит-гранат-кордиеритгиперстеновые и гиперстен-силлиманитовые гнейсы. В состав гнейсов входят кислый плагиоклаз (№ 20 -25), КПШ (ортоклаз), и кварц. Рудные представлены магнетитом и титаномагнетитом. Биотит, характеризуется высоким содержанием титана и фтора, повышенной магнезиальностью, отличается специфическим красно-коричневым цветом. Текстуры массивные, структуры равномернозернистые биотитовый парагнейс гранат-пироксеновый гнейс

МЕТАБАЗИТЫ Состав магматических пород основного отряда: Pl (осн), Px, некоторое количество оливина и рудного компонента. Химизм: повышенное содержание Са. O (до 13 мас%), Мg. O + Fe. O (до 25 мас. %), Na K , Al 2 O 3 до 20 мас. %, количество кремнезема не превышает 53%. Базитовый протолит беден водой. Некоторые осадочные силикатно-карбонатные породы (мергели, граувакки), образованные в результате размыва основных и средних вулканитов, близки по химическому составу к базитам, и продукты их метаморфизма сходны с продуктами метаморфизма базитов. В 4 Т 0 300 -6000 С. Продукты: метабазальты и зеленые сланцы Породы темные с зеленоватым оттенком. В метабазальтах сохраняются отчетливые реликтовые структуры и текстуры. В зеленых сланцах, как более преобразованных породах, сланцеватые текстуры. Основные новообразованные минералы: хлорит, эпидот, актинолит, кальцит, альбит. Первичный Рl разлагается с образованием альбита, эпидота, кальцита, мусковита. По первичным темноцветам развиваются хлорит, актинолит, эпидот. Кварц присутствует в небольших количествах. Особенность состава: гидроксилсодержащие минералы: актинолит, хлорит, эпидот. Поскольку протолит беден водой метаморфизм зеленосланцевой фации сопровождается привносом воды и, по сути, является метаморфизмом гидратации, а по отношению к базитовому протолиту является регрессивным.

В 3 Т 0 500 -600 -550 -6500 С Продукты: кристаллические сланцы Зеленые сланцы сменяются эпидот-амфиболитовыми сланцами Состав: зеленая рогов. обманка, Pl(12 -30), эпидот, гранат (альмандин), сфен, кварц. Темноцветы занимают не менее 50% объема породы. Структура пород порфиробластовая (гранат). Текстура пород сланцеватая или массивная. В 2 Т 0 550 -650 -700 -8000 С. Продукты: амфиболиты Эпидот-амфиболитовые сланцы переходят в амфиболиты без эпидота. Особенности состава: увеличивается основность Рl (30 -50). зеленые роговые обманки сменяются бурыми разновидностями ( снижение содержания воды, увеличением доли трехвалентного Fe и Ti). В гранате растет доля пироповой составляющей. Структура равномернозернистая, текстура массивная, иногда сланцеватая. амфиболит Гранатсодержащий и гранатовый амфиболиты

В 1 Т 0>7500 С Продукты: пироксен-плагиоклазовые кристаллические сланцы, гнейсы, гранулиты) В условиях умеренного давления самые высокотемпературные метабазиты представлены зернистыми породами меланократового облика. Текстура массивная или гнейсовидная. Состав: основной Рl), Px (диопсид, авгит, гиперстен), иногда гранат и роговая обманка. Особенности минерального состава пород: максимальная основность плагиоклаза (70 -100), высокая доля пироповой составляющей в гранате. коренной выход гранулит-гнейсовой толщи глыба амфиболита с кварцевым прожилком

МЕТАМОРФИЗОВАННЫЕ УЛЬТРАМАФИТЫ. Магматические у/о породы : дуниты, перидотиты, коматииты, пикриты, состоящие из оливина и пироксена испытывают преобразования в условиях гидротации. Метаморфизм зеленосланцевой фации серпентинитов и серпентиновых сланцев. - образование антигоритовых Особенности состава: антигорит развивается путем замещения оливина и пироксена. Также могут образовываться тальк, хлорит, актинолит-тремолит. С повышением температуры серпентиниты антофиллитовые или актинолиттремолитовые сланцы. Породы желтовато-бурого или зеленого цвета, сланцеватые. В интенсивно деформированных тремолитовых сланцах могут возникнуть линзы нефрита-волокнистого агрегата тремолит-актинолита. В Р-Тусловиях эпидот-амфиболитовой и амфиболитовой фаций актинолиттремолитовые и серпентиновые сланцы в массивные амфиболовые породы или амфиболовые сланцы (рогов. обманка). В условиях гранулитовой фации формируются оливин-пироксеновые и пироксеновые породы, близкие по составу к протолиту. серпентинит нефрит

МЕТАМОРФИЗОВАННЫЕ КВАРЦ-ПОЛЕВОШПАТОВЫЕ ПОРОДЫ Кислые магм. породы, полимиктовые, олигомиктовые, мономиктовые песчаники. Кислые вулканиты в зеленосланцевой фации превращаются в метариолиты (с сохранением реликтов первичного строения) и серицит-альбитовые сланцы (полностью перекристаллизованы) Состав: кварц, альбит, серицита и небольшое количество хлорита. Полнокристаллические гранитоиды испытывают катаклаз и развальцевание с появлением серицита и хлорита вдоль зон рассланцевания. В условиях эпидот-амфиболитовой и амфиболитовой фаций формируются ортогнейсы. Породы лейкократовые. Текстуры гнейсовидные, гнейсовые, полосчатые, массивные. Состав: кварц, КПШ(часто реликтовый), кислый Рl, мусковит, биотит, рог. обманка, гранат. При повышенном содержании Pl - плагиогнейс. В гранулитовой фации в составе ортогнейсов появляется гиперстен, и пироповый гранат. Гиперстеновые ортогнейсы с КПШ называются чарнокитами; Гиперстеновые плагиогнейсы - эндербитами. В европейской геологической литературе продукты метаморфизма кварцполевошпатовых пород часто называют лептитами, независимо от их фациальной принадлежности.

Кварцевые песчаники с кремнистым цементом (опал, халцедон) в кварциты. На низшей ступени метаморфизма кварциты сохраняют первичные слоистые текстуры. На высшей ступени метаморфизма реликты первичного строения протолита исчезают. При метаморфизме кварцевых песчаников с глинистым цементом образуются породы, близкие по составу к метапелитам, с большим содержанием кварца. По мере роста температуры (условия амфиболитовой фации): песчаники серицит-хлорит-кварцевые сланцы или серицит-хлоритовые кварциты слюдяно-кварцевые сланцы или слюдяные кварциты. В условиях гранулитовой фации: парагнейсы или полевошпатовые кварциты. Продукты метаморфизма аркозовых (кварц-полевошпатовых) песчаников с глинистым цементом занимают промежуточное положение между метапелитами и кварц-полевошпатовыми породами (слюды, хлорит наряду с высоким содержанием кварца и полевых шпатов). Серицит- и хлорит-альбитовые сланцы слюдяные парагнейсы серицит-хлоритовыйсланец слюдяной парагнейс кварцит

МЕТАКАРБОНАТЫ Карбонатные породы (известняки и доломиты) мраморы. В ходе нагревания постепенно исчезают реликты первичного строения протолита: Структура породы становится более равномернозернистой и укрупняется. Текстура изменяется от сланцеватой до массивной. Мраморы разнообразны по цвету и деталям текстуры (наследство первичной неоднородности осадочных известняков и доломитов). Карбонатные породы с примесью кремнезема и глинозема силикатные мраморы. В условиях фации В 4 в них появляется хлорит, серицит, серпентин, тальк, минералы группы эпидота, альбит. Для мраморов фации В 3 типичны биотит, мусковит, эпидот актинолит-тремолит, микроклин. В силикатных мраморах фации В 2 - роговая обманка, биотит, волластонит, кальциевый гранат (андрадит), более основной Рl, КПШ. В условиях фации В 1 появляется форстерит, Px (диопсид-геденбергит), основной Рl, шпинель. силикатный мрамор

Ультраметаморфизм При погружении пород когда Т достигает солидуса (600 -7000 С) метаморфизм переходит в частичное плавление. На малых глубинах (1 -2 км) это контактовый анатексис под влиянием высокотемпературных магм (пирометаморфизм А 0); На большой глубинерегиональный ультраметаморфизм. Малоглубинный контактовый анатексис приводит к образованию частично расплавленных пород – бухитов; Более глубинный ультраметаморфизм сопровождается формированием мигматитов.

Мигматиты - смешанные породы, в которых одновременно присутствуют метаморфический (субстрат)и магматический (гранитоидный) материал. Мигматиты различают по текстурным признакам: §складчатые и плойчатые мигматиты - птигматиты §связанные с разрывными деформациями - ветвистые, сетчатые, брекчевидные мигматиты (агматиты) §порфиробластические мигматиты §интенсивно мигматизированые породы с теневыми – небулиты (заруб. ), теневой мигматит (гранитогнейс) агматит птигматит небулит порфиробластический мигматит

птигматиты гранулит

ПОРОДЫ РЕГИОНАЛЬНОГО МЕТАМОРФИЗМА ВЫСОКИХ ДАВЛЕНИЙ (ФАЦИЙ С) С 4 Фация голубых сланцев (глаукофансланцевая) Т 0 300 – 5000 С Р- выше 6 -7 кб С 3 Фация дистеновых сланцев Т 0 300 -400 – 5000 С Р- выше 4 -6 кб С 2 Фация дистеновых гнейсов Т 0 300 -400 – 5000 С Р- выше 7 кб С 1 Фация эклогитовая Т 0 300 -400 – 5000 С Р- ниже 8 кб Фации С 3, С 2 и С 1 являются температурными аналогами фаций В 3 В 2 и В 1 соответственно Границы по давлению между фациями В и С в средних и высокотемпературных областях определяются по линиям устойчивого равновесия дистена. в низкотемпературной области - реакция устойчивости нефелин+альбит(В)=жадеит(С)

Фация С 4 (300 -5000 С) Продукты: глаукофановые граукофановые сланцы. и лавсонит- Породы маркируют зоны субдукции, узкие зоны вдоль региональных надвигов, вдоль систем фронтальных надвигов во многих подвижных поясах, в т. ч. на современных островных дугах (Япония). Протолит: основные вулканиты, ультрамафиты, реже глинистые, карбонатные, кварц-полевошпатовые породы (песчаники и кислые вулканиты), а также железистые кварциты докембрийского возраста. Зона субдукции Новообразованные парагенезисы: Pl (альбит), Px (эгирин, жадеит), гранат (альмандин, спессартин), арагонит, кварц, хлорит, эпидот. Состав парагенезиса зависит от состава протолита: при метаморфизме глинистых пород - мусковит и хлорит; при метаморфизме кварц-полевошпатовых пород – жадеит; по железистым кварцитам образуется гранат, эгирин; Все эти кристаллические фазы богаты железом. Породы зеленовато-голубого, синего цвета с белёсыми пятнами, обогащения лавсонитом, эпидотом, альбитом Текстура глаукофановых и лавсонит-глаукофановых сланцев отчетливо сланцеватая.

Минеральные фации В 3 и С 3 (дист. сланцев) В 2 и С 2 (дист. гнейсов сопоставимы. Запрещенные минералы кордиерит и силлиманит, вместо них - дистен и жедрит. Породы(парагенезисы) фаций В 4 - В 2 и С 3 - С 2 встречаются совместно в зональнометаморфических комплексах выступов фундамента складчатых областей. Возраст метаморфизма в основном докембрийский, реже палеозойский, мезозойский, альпийский. Зоны голубых сланцев и сопряженных с ними метаморфических пород высокого давления на Полярном Урале.

Фация С 1 Эклогиты формируются в обстановке высокого давления на глубинах, отвечающих низам континентальной коры и верхам мантии (ксенолиты кимберлитов). Линзы эклогитов встречаются среди амфиболитов, гранулитов и других глубоко метаморфизованых пород. Реакции фазовых переходов по давлению Pl +Px (В 1) = Gr + Px (С 1) Выделяют 4 типа эклогитов: § пироксен-гранатовые (собственно эклогиты); §высокоглиноземистые (кианитовые, корундовые); §двупироксеновые (энстатит-гиперстенового и диопсд-авгитового рядов); § амфиболовые (каринтин-натриевый и смарагдит-хромсодержащий актинолит); Порфиробластовый эклогит гнейс Пироксенгранатовый эклогит

Эклогиты - темные породы с зеленоватым оттенком, массивной текстуры иногда полосчатые. Плотность3. 3 -3. 6 гсм 3 Структура равномернозернистая или порфиробластовая. Порфиробласты образованы гранатом. В некоторых эклогитах обнаруживается коэсит. Не имеют площадного распространения, встречаются в виде разрозненных тел небольшой мощности, находясь в окружении метаморфитов фации С