Факторы метаморфизма и типы метаморфических процессов

Метаморфизм - преобразование пород под воздействием внутренних эндогенных процессов, вызывающих изменения в земной коре.
Метаморфизм: прогрессивный (повышение Т и Р), регрессивный (понижение Т и Р, когда начинается повторный метаморфизм).
Факторы метаморфизма:1.Температура. 300-400 - 900-1000°С. Главный источник - энергия радиоактивного распада, гидротермальных растворов.

Геотермический градиент - какое изменение температура при углублении на 1 км (33°С на 1 км), на БЩ 50°С на 1 км. При повышении температуры увеличивается скорость химической реакции, возникают новые минералы (гранат, кордиерит). При повышении температуры происходит дегидратация (удаление ОН) - каолин -> андалузит; декарбонатизация. 2.Давление. 2 вида: вышележащих пород (литостатическое) - увеличивается с глубиной; кратковременное (связано с тектоническими нарушениями). Если плотность 2,7 г/см3, то на глубине 10 км - 2,7 тыс. атм, на глубине 20 км - 5,4 тыс. атм. 1 кбар = 1004 атм. Давление зависит от паров воды в породе (пары увеличивают давление). Минералы приобретают более плотную структуру, образуются новые минералы. Наблюдаются сланцеватые, ориентированные породы. 3.Стресс. Его действие оценивается до глубины 10 км, глубже он гасится. Стресс увеличивает растворимость минералов, приводит к дроблению (катаклаз), рассланцеватости. Происходит перекристаллизация (оливин - неустойчивый, дистен и хлориты - устойчивые). 4. Химически активные вещества: пары воды, СО2, Нг, N2, CI, В, F, S, Na, К и др.
Источник воды - процессы дегазации мантии, пары воды идут с глубины,

следовательно изменяется химический состав пород. СОг возникает при декарбонатизации - разложения известняков: СаСОз=СаО+СО2

Они увеличивают скорость химической реакции и изменяют минералы.
Метаморфические породы: ортопороды (возникшие по магматическим породам), парапороды (по осадочным породам). Состав метаморфических пород зависит от химического состава исходной породы и условий метаморфизма. 4 группы метаморфических пород (по Добрецову): глинистые и кварц-полевошпатовые породы (метапеллиты, глины, алевролиты, аргиллиты, полемиктовые песчаники, граниты); метабазиты (обогащены Fe, Mg, Ca), близки к базальтам, габбро (мергели, граувакки); известняки, мрамора - карбонатные породы; 4)редкие породы (у/о высокомагнезиальные, железистые, марганцевые, щелочные). Минер. состав метаморфических пород. 4 группы минералов: Минералы, как в магматических, так и в метаморф-ких породах (Q, ПШ, слюды, роговая обманка, пироксены). В осадочных породах (кальцит, доломит). Распространены в магматических - как второстепенные, а в метаморфических как главные (серпентин, актинолит, эпидот, цоизит, хлориты). 4.Специфические минералы глубоко в породах (гранаты, дистен, андалузит, ставролит, кордиерит).

Типы метаморфизма: 2 типа: 1. Локальный:

1)Катакластический (динамометаморфизм ) - происходит под действием
стресса, главный фактор - давление (глубина до 10 км, могут быть хим. соединения). Проявляется в дроблении пород, нарушении структуры. Он совершается при низ. T и выс. P Главные породы: Брекчия - из угловатых обломков (2-3 - 5 см), сцементированы тонкорастертым материалом, который может подвергаться окварцеванию, ожелезнению, может быть любого состава. Катаклазиты - из размеров меньших размеров. Могут развиваться по любой породе (катаклазиты гранита, песчаника), линзовидной формы. Порфирокластическая текстура. Милониты - тонко рассланцованный облик (мелкая брекчия под микроскопом). Материал подвергается растиранию. Более тонкосланцеватые, полосчатые. Ультрамилониты - темные тонкосланцеватые, отсутствуют реликты первичной породы, имеют афонитовый облик. Филлониты - линзовидная сланцеватая текстура. Образуются по глинистым породам, глинистым сланцам. Часто развиваются низко T минералы - хлорит, серицит, кварц, кальцит, наблюдаются ожелезнение, сульфиды, кварцевые жилы. 2)Автометаморфизм - происходит под влиянием изменившихся Т и Р, под воздействием растворов газов, находящихся в магматическом расплаве (нет сланцеватости, сохраняется структура первичной породы). Это регрессивный процесс - при низких Т и Р. S зависимости от температуры выделяют 3 стадии: 1. Магматическая стадия Т > 600°С. Изменение первичных минералов горных пород вследствие перехода твердых растворов в полиморфные модификации. Модификации КПШ - самый высоко температурный санидин (в эффузивных породах), а низко температурный микроклин (в интрузивных породах). При понижении температуры происходит распад твердого раствора (из КПШ выделяется альбит). Пертиты - вростки альбита в КПШ. Антипертиты - вростки КПШ в альбите. Очень часто минералы образуют сростания рудного вещества с нерудным - симплектиты- червеобразные сростания.

2.Пневматолитовая стадия Т 600-375°С. Под действием летучих компонентов - воды, В, F. Они вступают в хим. реакции.

Например: В габбро пироксен может замещаться амфиболом, анортит замещается альбитом. Происходят процессы: грейзинизация кислых гранитов (привносятся Si, F, CI, В, Be, Li, Sn, W, Mo), амфиболизация, альбитизация (в кислых и щелочных породах) – альбититы (КПШ замещается альбитом).

3. Гидротермальная стадия Т < 375°С. Происходит серпентинизация в у/о породах (при 400-350°С по мере движения пород вверх).

Происходят процессы: каолинизация (развитие каолина по ПШ), серицитизация (по ПШ), эпидотизация (по ПШ), в щелочных породах развиваются цеолиты, хлоритизация (по темноцветным минералам - амфибол, пироксен, слюды).

3) Контактовый. Выделяют: Контактовотермальный (роговики).

Контактовометасоматический (скарны).(1) Контактовотермальный связан с тепловым воздействием интрузии и развивается на контакте с эффузивами. Главный фактор - температура: нижний предел - 200-300°С, верхний - 1000°С. Малая глубина, более высокая температура, основные породы
тоже более высоко температурные, кислые породы - 700-800°С, легче передают тепло. Образуются породы: Роговики - образуются без существенного изменения хим. состава и привноса элементов, приурочены к экзоконтактовой зоне интрузии. Ширина роговиков зависит от размеров интрузии, состава магмы, глубины становления тел от крутизны падения тел. Структура: тонкозернистая, мелкозернистая, гранобластовая, не образует вытянутых кристаллов. Текстура массивная. Выделяют роговики:

а) пелитовые, б)Q-ПШ, в)известковистые, г)метабазитовые, д)магнезиальные.
(2) Контактово-метасоматический. Взаимодействие между вмещающей породой и интрузией, осуществляемое на химическом уровне. Образуются скарны - на контактах гипабиссальных интрузий кислого и умеренно кислого состава (гранитов, диоритов, сиенитов и др.) и вмещающих пород - карбонатов. По составу выделяют: а)магнезиальные - на контактах доломитов и у/о пород с гранитами. Минералы: форстерит, диопсид, шпинель, флогопит, магнетит; б)известковистые - на контакте магматических пород и известняков на небольших и средних глубинах, обычно в складчатых областях и редко на платформах. Минералы: гранаты, пироксен, везувиан, волластонит, скаполит, эпидот, амфибол, хлорит; в)силикатные - на контакте интрузии и карбонатсодержащих туфов, вулканитов.
По характеру расположения выделяют: а)эндоскарны (за счет внутреннего контакта), б)экзоскарны (за счет внешнего контакта). Стадии скарнообразования: 1. Скарновая стадия (1000-500°С). Минералы: гранат, пироксен, скаполит, волластонит, везувиан, магнетит, тремолит, роговая обманка и эпидот 2. Наложенная стадия (кварц-сульфидная). Образуются кварц, актинолит, хлорит, эпидот, пироксен, пирротин, халькопирит, галенит, сфалерит, шеелит, вольфрамит, золото.
2. Региональный: метаморфизм обширных зон земли, участвуют все факторы метаморфизма. Образуются сланцы и гнейсы. Факторы регионального метаморфизма: 1.Повышение температуры (связано с температурным градиентом, с внедрением магм, с радиоактивным теплом).

2.Давление, определенное нагрузкой вышележащих пород, зависит от
местоположения этой породы (обусловлено давлением вышележащих пород).

3.Процессы метасоматоза, связанные с внедрением магмы различного состава и прохождением различных трансформов. Ультраметаморфизм - это региональный метаморфизм глубинных складчатых зон. На больших глубинах осадочные и др. горные породы переплавляются и служат источником новой магмы. Термин ультраметаморфизм предложен для обозначения магматических процессов, при которых горная порода снова переходят в состояние магмы. В литературе применяют 2 термина:

Анатексис - метаморфический процесс, ведущий к расплавлению твердых
пород и превращению их в магму. Это понимается как частичное плавление пород. Анатектические породы - переплавленные породы. Палингенез (палингенезис) - образование магмы путем полного или частичного переплавления горных пород на глубине. Поэтому это полное переплавление пород. Давление от 100 до 5-13 тыс. атм, Температура от низких до 650-800°С (гранулитовая фация). Зоны ультраметаморфизма встречаются в древних структурах (AR). Малая распространенность пород среди молодых геологических структур объясняется их малым эрозионным срезом. В зонах ультраметаморфизма широко развиты процессы гранитизации и мигматизации, которые проявлены согласно с вмещающими породами. Преобладающие породы: слюдяные гнейсы, мигматиты, амфиболиты, пегматиты, процессы будинажа. Мигматиты - это породы смешанного состава, в которых в различной форме и количествах сочетаются субстрат (осадочно-метаморфический) и жильный материал. Выделяют разновидности по форме в инъекционных жилах: а)ленточные, б)птигматиты (складчатые), в)диктиониты (сетчатые), г)артериты (разорванные). 3 зоны мигматизаиии: А - зона дифференцированного или селективного анатексиса, в результате которого зарождается расплав, магма, но гранитный материал в эту зону может поступать из более глубинных частей земной коры. Вновь образованная магма вследствие более легкого веса может подниматься вверх. Б - зона инъекции и калиевого метасоматоза. Поднимающаяся магма образует магматические тела различного размера и формы, вокруг которых наблюдается зона мигматизации, в которой постмагматические тела сменяются метасоматическими породами. 3)В метаморфизм в верхней зоне, представлен гидротермальным метасоматозом. Гранитные инъекции отсутствуют, часто встречаются гидротермальные кварцевые жилы. Гранитизация - изменение пород разнообразного состава, в результате которого химический и минеральный состав пород постепенно приближается к составу гранитов. Наиболее легко подвергаются гранитизации слюдяные сланцы и гнейсы. Структура может сохраняться: ориентированные полосчатые гранитогнейсы или однородные массивные граниты. Будинаж: в зонах ультраметаморфизма наблюдается способность пород к пластичным деформациям. У/о и основные породы, пласты кварцитов дайки интрузивных пород здесь растягиваются и разрываются, превращаются в будины округлой формы, они обтекаются пластичным материалом (сланцами, гнейсами, мигматитами). Будины основных и у/о пород имеют кайму амфиболитов. Гипотезы образования ультраметаморфических пород: Гранитизация происходит под влиянием газово-жидких растворов, исходящих из недр Земли. Это результат ионной диффузии вещества в твердом состоянии.

84. Коры выветривания, профили и зональность, зависимость минерального состава от состава материнских пород.

Экзогенные месторождения (поверхностные, гипергенные, седиментогенные) связаны с геохимическими процессами, протекавшими в прошлом и развивающимися в настоящее время на поверхности и в приповерхностном слое Земли.

Накопление полезных ископаемых в коре выветривания может происходить двумя путями. Во-первых, вследствие растворения и выноса приповерхностными водами не имеющих ценности минеральных веществ и концентрации в остатке полезных ископаемых. Такие месторождения называются остаточными. Во-вторых, в связи с растворением водами ценных веществ, их выносом и переотложением в нижней части коры. Такие месторождения называются инфильтрационными. Таким образом, группа месторождений коры выветривания разделяется на два класса: остаточный и инфильтрационпый.

По форме и условиям нахождения тел полезных ископаемых среди месторождений выветривания различают площадные, линейные и карстовые.

Условия образования месторождении в корах выветривания

Агенты выветривания. Главными процессами, обуславливающими разложение минералов в коре выветривания являются: окислительно-восстановительные реакции за счет таких компонентов, как вода, кислород, углекислота, различные кислоты и микроорганизмы. Вода является наиболее действенным агентом выветривания. Она осуществляет растворение, перенос и отложение химических соединений, разложение породообразующих минералов материнской породы при гидратации и гидролизе, регулирует физико-химическую обстановку в коре выветривания. При подземной циркуляции вода проходит через три зоны: аэрации или просачивания, полного насыщения с активным водообменом, замедленным водообменом. Наиболее активные реакции разложения происходят в зоне аэрации, границей которой является уровень грунтовых вод.

Кислород играет главную роль в реакциях окисления. Углекислота также активно участвует в реакциях окисления и преобразует некоторые силикаты в карбонаты.

Большое значение при перераспределении вещества в корах выветривания имеет органическое вещество. Микробактериальная деятельность обусловливает большую скорость биохимических реакций. Органоминеральные соединения включают сложные металлоорганические комплексы, которые отличаются высокой устойчивостью в широком диапазоне Еh - рН. Благодаря высоким сорбционным свойствам органического вещества могут накапливаться U, Rа, Тh, Мо, Вe, Gе и другие. Кроме этого высокие концентрации органического вещества обуславливают восстановительные условия.

Температура в коре выветривания хотя и колеблется в узких рамках (от +20 до -20°С), тем не менее играет заметную роль при разложении горных пород. Наиболее интенсивно это разложение происходит при высокой температуре.

При разложении коренных пород в коре выветривания большое значение имеют реакции окисления, гидратации, гидролиза и отчасти диализа.

Конечными продуктами глубокого химического преобразования минералов в корах выветривания являются глинистые минералы, простые окислы и гидроокислы. Кроме них могут формироваться карбонаты, сульфаты, фосфаты. Вес они составляют группу новообразованных минералов.

Профили выветривания. В зависимости от интенсивности химического выветривания в различных климатических условиях возникают разные коры выветривания со свойственными им месторождениями полезных ископаемых. Различают три основных профиля выветривания: гидрослюдистый, глинистый, латеритный.

Гидрослюдистый, или насыщенный сиаллитный характеризуется изменением первичных силикатов без существенной миграции кремнезема. Типоморфными минералами в этом типе являются гидрослюды и гидрохлориты, а также бейделит и монтмориллонит.

Глинистый, или ненасыщенный сиаллитный отличается некоторым дефицитом кремнезема. Типоморфные минералы представлены каолином, галлуазитом, нонтронитом.

Латеритный, или аллитный профиль возникает при полном или почти полном выносе кремнезема и концентрации простых гидроокислов алюминия (гиббсит, гидраргиллит, бемит, диаспор), железа (лимонит, гидрогетит).

Первый тип несущественен для формирования полезных ископаемых, со вторым типом связаны месторождения глин и каолина, с третьим ассоциируют все важнейшие остаточные месторождения коры выветривания.

По поводу условий образования кор выветривания и связанных с ними месторождений существуют две гипотезы: синтетическая и стадийная.

Синтетическая гипотеза рассматривает происхождение кор разного профиля как результат синтеза свободных золей гидроксидов алюминия, кремния, железа и других элементов, на которые распадаются силикаты коренных пород при выветривании. В разных условиях такие гидроксиды под влиянием разных знаков их зарядов взаимно коагулируют и выпадают в осадок, другие выносятся из коры выветривания.

Стадийная гипотеза рассматривает формирование кор выветривания разного профиля как результат последовательных этапов преобразования коренных пород при выветривании. Согласно этой гипотезе, вначале возникает гидрослюдистый тип, который при развитии процесса переходит в глинистый, а в дальнейшем при глубоко зашедшем изменении трансформируется в латеритный (зрелая кора).

Геологические условия образования

Климат имеет существенное значение в формировании кор выветривания и их полезных ископаемых. Степень разложения коренных пород и зрелость кор возрастает от полярных областей к экватору. Наиболее совершенные климатические условия для формирования кор выветривания складываются в тропиках и субтропиках, областях с жарким и влажным климатом.

Состав коры выветривания в существенной степени зависит от состава разлагаемых пород. Ультраосновные и основные породы, в составе которых преобладают фемические минералы, разлагаются быстрее и наиболее легко образуют кору выветривания.

Тектонический режим. Формированию месторождений способствуют режимы длительных устойчивых поднятий в геотектонически стабильных блоках земной коры.

На образование кор выветривания и их месторождений сказывается рельеф местности. Оптимальные условия для формирования месторождений создаются в районах среднегорного холмистого рельефа.

Коры выветривания формировались в течение длительного времени, достигающего 15-20 млн. лет. Выявлены коры выветривания с их месторождениями, принадлежащие разным эпохам - от древнейших до самых юных.

Типы рудных формаций:

- латеритных и карстовых бокситов;

- железо-кобальт-никелевая в серпентинизированных гипербазитах;

- редкометальная и редкоземельная в выветрелых карбонатитах и щелочных гранитах;

- золотоносных контактных и карстовых кор выветривания;

- каолиновая в выветрелых гранитах;

- мартитовая в выветрелых железистых кварцитах;

- окисных марганцевых руд в выветрелых марганценосных метаморфических породах.

К второстепенным рудным формациям следует отнести месторождения ильменита, камнецветного сырья (малахит, бирюза и др.), магнезита, талька, барита, фосфорита.

Пример месторождений: Новая Каледония (Ni, Co), Висловское (Al), Водинское (сера).