Типы и фации метаморфизма

Метаморфизм и метаморфические породы

Термин «метаморфизм» был введён Чарлзом Лайелем в 1-ой половине XIX века. Метаморфизм – это преобразование горных пород в твёрдом состоянии под влиянием эндогенных факторов, в основном, повышающихся температур (Т) и давления (Р) и, иногда, привноса газообразного и парообразного вещества из глубины. При этом происходят минеральные, структурно-текстурные и вещественные преобразования горных пород без изменения (изохимические) химического состава или с изменением (аллохимические), т.е. с привносом-выносом элементов. Эти процессы могут проявляться на больших территориях либо локально в узких зонах, либо под воздействием внедрившейся магмы или от ударения метеорита. Исходные породы, подвергавшиеся метаморфизму, имеют разнообразный генезис. Это могут быть и осадочные, интрузивные, вулканогенные и хемогенные породы. Породы, претерпевшие метаморфизм, имеют также различный возраст – от древнейших (палеоархейских) до неогеновых. Преобладающая часть их, всё-таки, сосредоточена среди архейских и палеопротерозойских толщ, значительно реже они встречаются в неопротерозойских и палеозойских образованиях и крайне редко – в мезозойских и кайнозойских.

Типы и фации метаморфизма

В зависимости от природы и территориальной распространённости выделяются несколько типов метаморфизма – региональный, локальный, ультраметаморфизм и полиметаморфизм.

☼ Типы метаморфизма

Региональный метаморфизм – совокупность метаморфических изменений горных пород, вызываемых односторонним и гидростатическим давлением и температурой, проявляющихся на больших территориях вне зависимости от воздействия магмы. На больших глубинах роль одностороннего давления затухает, а гидростатического (или литостатического) – возрастает. При региональном метаморфизме образуются метаморфические и кристаллические сланцы, гнейсы и т.д.

Локальный метаморфизм – преобразования горных пород, проявившиеся локально. Выделяется контактовый, дислокационный и импактный локальные метаморфизмы.

● Контактовый метаморфизм – изменения вмещающих горных пород, обусловленные тепловым и химическим воздействием на них интрузивных магматических масс. Различают нормальный контактовый метаморфизм и контактово-метасоматический. В первом случае происходят почти изохимические преобразования пород только вблизи интрузивных тел под воздействием высоких температур и обычно в статических условиях. Мощность и интенсивность этого вида метаморфических преобразований будет зависеть от первоначально состава вмещающих пород, глубинности процессов, характера контактов, размеров и формы интрузивного тела, состава слагающих его пород и участия в метаморфизме летучих веществ и растворов. Степень преобразований убывает по удалению от контакта с интрузией. Типичными продуктами этого метаморфизма являются роговики. Основные фации контактового метаморфизма: альбит-эпидот-роговообманковая, роговообманко-роговиковая, пироксен-роговиковая и санидинитовая (рис. 6.2). Контактово-метасоматический (синонимы – аддитивный, импрегнационный, иньекционный) метаморфизм включает разнообразные пневматолитические, главным образом гидротермальные изменения вмещающих пород с привносом вещества из интрузий. Эти изменения обычно накладываются на уже сформированные контактные роговики.

● Дислокационный метаморфизм (синонимы – динамометаморфизм, катакластический, динамический, кинетический) – структурное и минеральное преобразование горных пород под воздействием тектонических сил при складкообразовании или в зонах разрывных нарушений без участия магмы. Основными факторами этого типа метаморфизма являются гидростатическое давление и одностороннее давление (стресс). В зависимости от величин и соотношений гидростатического и одностороннего давлений дислокационный метаморфизм проявляется либо в частичной или полной перекристаллизации горных пород без нарушения сплошности, либо он приводит к раздроблению, разрушению и полной или частичной перекристаллизации горных пород. Продуктами такого метаморфизма являются катаклазиты, милониты и различные сланцы.

● Импактный (или ударный) метаморфизм – изменения в горных породах, обусловленные прохождением мощной ударной (метеоритной) волны. Единственным природным процессом, при котором может проявиться этот тип метаморфизма, является падение крупных метеоритов. Он характеризуется мгновенностью проявления, высоким пиковым давлением (от 10 до 100 и более кбар), остаточной температурой (свыше 1500°) и кинетическими реакциями преобразования вещества. При импактном метаморфизме возникают высокобарические фазы ряда соединений (коэсит, стишовит, алмаз, рингвудит), происходит дробление пород и минералов, разрушение их кристаллических решёток (появление диаплектовых минералов и стёкол), плавление минералов и горных пород. Образованные при импактном метаморфизме породы называются импактиты (зювиты и тагамиты).

Кроме вышеперечисленных основных типов метаморфизма при изучении метаморфических пород используют и другие значения метаморфизма:

●► прогрессивный (проградный) метаморфизм – протекающий при активном участии эндогенных процессов с сохранением твёрдого состояния горных пород без полного их растворения или расплавления и сопровождающийся возникновением более высокотемпературных минеральных ассоциаций вместо существовавших ранее низкотемпературных с появлением параллельных структур, перекристаллизацией и выделением из минералов воды и углекислоты;

●► регрессивный (ретроградный, монодиафторез) метаморфизм – минеральные преобразования, вызванные приспособлением магматических и метаморфических горных пород к новым условиям более низких ступеней метаморфизма и приводящие к возникновению более низкотемпературных минеральных ассоциаций вместо более высокотемпературных, образовавшихся в течение предшествующих процессов прогрессивного метаморфизма;

●► диафторез – регрессивное минеральное преобразование, происходящее в процессе приспособления магматических и метаморфических пород к новым условиям более низких ступеней метаморфизма. Применительно к региональному метаморфизму подразделяется на монодиафторез (изменения, происходящие на регрессивной стадии одного периода метаморфизма) и полидиафторез (изменения, происходящие при наложении метаморфизма на горные породы, образовавшиеся в предшествующий период более сильного метаморфизма);

●► селективный метаморфизм – избирательный метаморфический процесс, когда изменения горных пород происходят выборочно, в определённых частях метаморфизуемой толщи. Причинами могут быть неоднородности химического состава, структурно-текстурные особенности и т.д.;

●► статический метаморфизм – метаморфические изменения пород, происходящие на большой глубине под действием высокой температуры и большого гидростатического давления (в противоположность динамометаморфизму);

●► геотермальный метаморфизм – метаморфические изменения пород, происходящие на большой глубине под действием высокой температуры, обусловленный геотермическим градиентом земной коры и высоким гидростатическим давлением перекрывающих пород;

●► термальный метаморфизм – метаморфический процесс изменения пород, при котором температура является преобладающим фактором;

●► изохимический метаморфизм, происходящий без изменения первоначального химического состава пород;

●► аллохимический метаморфизм, сопровождающийся изменением первоначального химического состава горных пород в связи с привносом или выносом вещества;

●► изоградный метаморфизм – последовательное преобразование горных пород в связи с развитием градиента температуры и (или) давления. Отдельные ступени изоградного метаморфизма, характеризующие достижение некоторых определённых температур и давлений, фиксируются по появлению в породах данного состава различных минералов-индикаторов (например, биотита, граната, ставролита, кианита, андалузита в глинозёмистых породах или тремолита, диопсида – в карбонатных).

Полиметаморфизм – многоэтапное преобразование горных пород, вызванное наложением процессов метаморфизма (прогрессивного или регрессивного) на уже метаморфизованные породы.

Ультраметаморфизм (изохимический и аллохимический) – термин, не имеющий общепризнанного толкования. Наиболее широко под ультраметаморфизмом понимается результат проявления комплекса многообразных процессов: резкого повышения температуры, влияния давления, воздействия летучих компонентов, интенсивного перераспределения химических компонентов в процессе метасоматического и магматического замещения горных пород, широкого перемещения возникающего расплава, развития метаморфической дифференциации, мигматитообразования (мигматизации), гранитизации, перекристаллизации, реоморфизма и др.

● Мигматизация – процесс, ведущий к образованию мигматитов. Мигматиты – термин, предложенный И. Седерхольмом в 1907 году для пород «смешанного» состава, в которых можно различать субстрат и новообразованный кварц-полевошпатовый материал. Мигматизация происходит при выплавлении (палингенезе) низкотемпературного гранитового расплава, который либо остаётся на месте, образуя вениты (венитовые мигматиты), либо переносится на разные расстояния, образуя артериты (артеритовые мигматиты).

Рис. 6.1. Мигматит. 1 – палеосома, 2 – лейкосома, 3 – меланосома.

Строение мигматитов, таким образом, обусловлено нахождением в них (рис. 6.1): 1) выплавок гранитного (гранодиоритового, эпидот-плагиоклаз-кварцевого и др.) состава, которые называются неосомой или лейкосомой; 2) перекристаллизованных участков, обогащенных темноцветными минералами, – меланосомы; 3) реликтовых участков, не затронутых перекристаллизацией, – палеосомы.

Метасоматоз – замещение горных пород с изменением химического и минерального состава, при котором растворение старых минералов и отложение новых происходит почти одновременно, так, что в течение процесса замещения горные породы всё время находятся в твёрдом состоянии. Поэтому вопрос о том, является ли метасоматоз частным случаем метаморфизма или, наоборот, метаморфизм – частный случай метасоматоза, до сих пор не решён окончательно. По характеру переноса вещества метасоматоз может быть подразделён на диффузионный, инфильтрационный и ионно-диффузионный. При метасоматозе минералы горных пород взаимодействуют с жидким или газообразным поровым раствором, насыщенным определёнными элементами. По характеру воздействующих на исходные горные породы растворов метасоматоз классифицируется на кремнещелочной, щелочной, кислотный, известковый, магнезиально-железистый и т.д. Продуктом метасоматоза являются метасоматиты.

☼ Фации метаморфизма

Фации метаморфизма – понятие, введённое Эскола (Eskola, 1915), для совокупности горных пород изоградного метаморфизма.

Рис. 6.2. Схема фаций метаморфизма. Pr-Pum – пренит-пумпелиитовая фация. Роговики: АЕ – альбит-эпидотовые, HBl – роговообманковые, PX – пироксеновые. Заштрихованы – промежуточные группы.

Минеральные ассоциации, составляющие фацию метаморфизма, представляют собой систему, достигшую равновесия в данных условиях метаморфизма, т.е. в условиях, контролируемых совокупностью связанных друг с другом термодинамических, химических, концентрационных, структурно-текстурных и др. факторов. Для того чтобы отнести метаморфическую породу к той или иной фации метаморфизма, единственным критерием является то, что в горной породе одинакового химического состава при одинаковых условиях развивается одна и та же минеральная ассоциация. Выделяются фации контактового и регионального метаморфизма – санидинитовая, роговиковая, пренит-пумпелиитовая, зеленосланцевая, амфиболитовая, гранулитовая и эклогитовая. Существует много петрологических сеток и схем фаций метаморфизма, одна из которых приводится ниже (рис. 6.2).