4 Метаморфічні гірські породи

Метаморфічні породи – це гірські породи, які утворюються в земній корі в результаті перетворення вихідних осадових, магматичних і більш давніх метаморфічних порід під дією ендогенних геологічних факторів. Процеси, перетворення вихідних порід на інші в глибинних умовах, отримали узагальнену назву – метаморфізм. Слово метаморфізм походить від давньогрецького слова “метаморфоза” – перетворююсь, перероджуюсь.

Метаморфічні породи за своїм зовнішнім виглядом, будовою, мінеральним складом і фізичними властивостями суттєво відрізняються як від магматичних, так і від осадових. Це пов’язано з тим, що первинні магматичні чи осадові породи, під час їхнього перетворення на метаморфічні, піддаються значним змінам, до повної втрати первинних властивостей.

Метаморфічні породи широко розповсюджені в земній корі. В деяких районах вини виходять безпосередньо на поверхню Землі (давні докембрійські шити, складчасті області), а в деяких – залягають під породами осадового чохла (платформи, передгірські прогини), складаючи кристалічні фундаменти різних тектонічних структур.

Метаморфічні породи характеризуються різноманітним мінеральним складом і мають цінні фізичні властивості, тому вони в деяких випадках вміщують в собі корисні копалини, а в деяких - самі можуть бути корисними копалинами.

Наприклад, з метаморфічними породами пов’язані такі корисні копалини, як золото, уран, молібден, вольфрам, залізо, корунд, дорогоцінне каміння, керамічна сировина. Безпосередньо використовуються в будівництві та в інших галузях такі метаморфічні породи, як мармур, гнейси, кварцит, сланці та ін.

На Україні великі родовища залізних руд (Кривий Ріг) як раз пов’язані з метаморфічними породами – залізистими кварцитами.

До основних ендогенних геологічних факторів під дією яких власне і відбувається утворення метаморфічних порід, відносяться температура, тиск і термальні розчини.

Сучасні дослідження показують, що метаморфізм відбувається при температурах в інтервалах від 300-400С до 800-900С. Підвищення температури в земній корі обумовлюється різними причинами. Наприклад, по-перше, прогрів вміщуючих порід здійснюється у результаті проникнення в земну кору магми; по-друге, існує закономірне збільшення температури в земній корі із глибиною (геотермічний градієнт) та ін. Підвищення температури призводить до прискорення хімічних реакцій (у тисячі разів) і, відповідно, сприяє різноманітним перетворенням порід.

Тиск також відіграє важливу роль при метаморфізмі порід. Він може бути одностороннім (стресовим) і гідростатичним.

Односторонній тиск виникає у результаті тектонічних рухів. Його ще можна назвати динамічним (змінним). Гідростатичний тиск обумовлений навантаженням вищележачих порід на нижче лежачі. Його можна назвати статичним (постійним).

Швидкість підвищення гідростатичного тиску з глибиною залежить від середньої густини вищележачих порід і становить 25-30 МПа на 1 км глибини. Величини динамічного тиску погано піддаються точному прогнозу, але можуть бути значно більшими, ніж величини гідростатичного тиску.

У результаті одностороннього тиску відбувається механічне подрібнення порід, а також специфічні зміни текстур і структур порід. У результаті дії гідростатичного тиску відбувається дегідратація, перекристалізація і ущільнення порід.

Детально фактори метаморфізму будуть розглянуті в лекції “Метаморфізм”.

Єдиної загальновизнаної класифікації метаморфічних порід поки що не існує. Це пов’язане з тим, що процеси метаморфізму гірських порід дуже складні, відбуваються в різноманітних геологічних умовах при різних комбінаціях тисків, температур, мінералізованих розчинів та складу порід.

Однією з найбільш поширених на сьогоднішній день класифікацій метаморфічних порід є класифікація, яка ґрунтується на генетичних типах метаморфізму. У залежності від особливостей дії факторів метаморфізму виділяють два основних типи метаморфізму – локальний та регіональний.

Локальний метаморфізм – це метаморфізм вихідних порід на контакті із різноманітними магматичними тілами, які застигають і кристалізуються в земній корі. Інтенсивність дії магматичного тіла на вміщуючи породи залежить від температури магматичного тіла, від кількості і складу в ньому летких компонентів, які виходять за межі магматичного тіла, а також від складу вміщуючих (оточуючих) порід. Таким чином, основними факторами локального метаморфізму є температура і термальні розчини. У залежності від того, як ці фактори діють на вміщуючи породи, утворюються відповідні метаморфічні породи.

Найбільш типовими такими породами є породи контактово-термального, контактово-метасоматичного метаморфізму та породи авто метаморфізму.

Породи контактово-термального метаморфізму утворюються під дією температури на вміщуючи породи.

Якщо магматичне тіло оточують осадові глинисті породи, то у результаті термальної дії на ці породи утворюються такі метаморфічні породи, як глинисті сланці, слюдисті сланці та роговики.

Глинисті сланці – це метаморфічні породи, які утворюються за рахунок різноманітних глин. Вони мають дрібнозернисту структуру та сланцювату текстуру. Вони ще дуже схожі на вихідні породи, але в них крім первинних глинистих мінералів вже присутні і нові мінерали – андалузит, слюди, епідот, альбіт, хлорит, кварц.

Ці нові мінерали, як раз і є показниками метаморфічних перетворень у даній породі.

Слюдисті сланці – це метаморфічні породи, які відрізняються від глинистих сланців значно більшим рівнем перетворення вихідних порід. Слюдисті сланці утворюються за рахунок метаморфізму глинистих сланців. Вони мають кристалобластову структуру та сланцювату текстуру. Слюдисті сланці характеризуються, на відміну від глинистих сланців, значно більшим вмістом слюд, кварцу а також присутністю рогової обманки.

Роговики – це метаморфічні породи, які утворюються у результаті метаморфізму мергелів. Складені вони переважно кварцом з домішками біотиту, польових шпатів, піроксенів, андалузиту, силіманіту, гранату та ін. Роговики мають тонкозернисту структуру та смугасту текстуру.

Якщо магматичне тіло оточують карбонатні породи, то у результаті термальної дії на ці породи утворюються мармури.

Мармур – це метаморфічна порода, яка утворюється за рахунок перекристалізації вапняків і мергелів. При утворенні мармурів відбувається тільки перекристалізація вихідних порід, ніяких нових мінералів в породі не виникає. Мармури складаються переважно з мінералу кальциту. Відрізняються вони від вихідних порід тільки збільшенням розмірів кристалів. Структура мармурів змінюється від дрібнозернистої до крупнозернистої, текстура переважно масивна або смугаста. На Україні родовища мармурів знайдені в Житомирські області та Закарпатті.

Породи контактово-метасоматичного метаморфізму утворюються у результаті дії на вміщуючи породи газогідротермальних високомінералізованих розчинів. Даний вид метаморфізму найбільш інтенсивно проходить на контакті інтрузивних тіл з карбонатними породами. Цей вид метаморфізму ще називають метасоматозом.

У результаті контактово-метасоматичного метаморфізму утворюються специфічні гірські породи, які мають узагальнену назву – скарни.

Скарни – це особливі гірські породи, із різноманітним мінеральним складом і будову, які залежать від складу вихідної магми. Найбільш типовими мінералами скарнів є піроксени (діопсид – геденбергіт) та гранати (гросуляр – андрадит).

На контакті із доломітами утворюються так звані магнезіальні скарни, які складаються переважно з мінералів групи олівіну, а також з діопсиду і флогопіту.

Структура скарнів середньозерниста, нерівномірнозерниста. Текстура – масивна, плямиста, смугаста. Забарвлення буває різноманітним – світло-сірим, сірим, бурим, коричневим, зеленкуватим.

Із скарнами пов’язано багато родовищ корисних копалин. До рудних корисних копалин скарнів відносяться залізо, мідь, молібден, вольфрам, свинець, цинк, олово та ін. До нерудних корисних копалин відносяться графіт, флогопіт, тальк, азбест, лазурит та ін.

Породи автометаморфізму утворюються у результаті дії газогідротермальних розчинів, які виділяються із магматичного тіла під час його застигання, на зовнішні ділянки того ж самого магматичного тіла. Цей процес проходить у той час, коли магматичне тіло вже частково застигло і його зовнішні ділянки перетворились на магматичні породи. Найбільш типовими породами автометаморфізму є серпентиніти.

Серпентиніт (від латинського слова serpentin - змія) – метаморфічна порода, яка виникає за рахунок перетворення ультраосновних порід у зовнішніх ділянках магматичного тіла. Головним мінералом цієї породи є серпентин. В невеликих кількостях можуть бути присутні олівін, тальк, хроміт, та ін. Структура породи тонкозерниста, волокниста. Текстура – щільна, реліктова, плямиста. Забарвлення зелене, світло-зелене, подібне до шкіри змії. Цю породу ще називають змійовиком. Із серпентинітами пов’язані родовища азбесту, хроміту, тальку, міді, нікелю, кобальту, платини. Також серпентиніт використовується безпосередньо у якості декоративного каміння.

Регіональний метаморфізм – це перетворення гірських порід у результаті статичного тиску на них вищележачих товщ порід. Основними факторами даного типу метаморфізму є тиск і температура. Термальні розчини мають тут другорядне значення. Регіональний метаморфізм відбувається одночасно в межах великих територій (регіонів).

Регіональний метаморфізм поділяється на три різновиди: прогресивний, регресивний та ультраметаморфізм.

Прогресивний метаморфізм – це метаморфізм вихідних гірських порід у результаті поступового збільшення навантаження вищележачих порід на нижчележачі під час опускання території і накопичення нових осадів.

Основними породами прогресивного метаморфізму є гнейси, амфіболіти, еклогіти.

Гнейс – метаморфічна кристалічна сланцювата порода, яка складається з кварцу, польового шпату, слюд, піроксенів і рогової обманки. Структура гнейсів гранобластова, порфірогранобластова. Текстура – смугаста. Типовою текстурною ознакою гнейсів є відокремлення смуг темноколірних мінералів від світлоколірних. Розрізняють ортогнейси і парагнейси. Ортогнейси утворюються при метаморфізмі магматичних порід (гранітів), парагнейси – при метаморфізмі осадових порід (пісковиків, алевролітів, конгломератів). Гнейси подібні до гранітів за мінеральним складом і візуально, але відрізняються смугастою (гнейсовидною) текстурою.

Гнейси використовуються як будівельний матеріал. Також з гнейсами пов’язані родовища графіту і слюд.

Амфіболіт – Метаморфічна порода, яка утворюється переважно за рахунок середніх і основних магматичних порід (діорити, габро). Складається з амфіболів, плагіоклазів, піроксенів, гранатів. Структура гранобластова крупнокристалічна, текстура масивна. Колір темний – чорний, бурий, зелений.

Регресивний метаморфізм – це метаморфізм вихідних гірських порід у результаті поступового зменшення навантаження вищележачих порід на нижчележачі під час підняття території і денудації гірських порід на поверхні Землі.

Основними породами регресивного метаморфізму є слюдяні сланці, кварцити, мармури.

Кварцит – метаморфічна порода, яка утворюється за рахунок таких осадових порід, як пісковики та алевроліти. Основним процесом виникнення кварцитів є перекристалізація зерен кварцу у напрямку збільшення їхніх розмірів. Структура кварцитів гранобластова (зерниста), текстура масивна, смугаста. Колір сірий, рожевий, жовтуватий та ін. Кварцити безпосередньо використовуються в будівництві, а також можуть вміщувати в собі поклади залізних руд.

На Україні родовища будівельних кварцитів знайдені в Житомирський області (район м. Овруча), а залізисті знайдені і районі Кривого Рогу.

Ультраметаморфізм – це перетворення вихідних порід на великих глибинах в умовах дуже високих тисків і температур. Ультраметаморфізм проявляється у частковому розплавленні вихідних гірських порід. Даний тип метаморфізму може відбуватись на глибинах більше ніж 10 км.

Основними породами ультраметаморфізму є мігматити, гранітогнейси.

Мігматит – це неоднорідна за складом метаморфічна порода, яка утворюється внаслідок проникнення у вихідні породи значної кількості розплавленого матеріалу, або розплавлення певної частини вихідної породи. Типовими вихідними породами, за рахунок яких утворюються мігматити є гнейси. До складу мігматитів входять кварц, польові шпати, слюди, рогова обманка та ін. Структура кристалобластова, текстура смугаста.

Гранітогнейс – метаморфічна порода, яка утворюється у результаті майже повного розплавлення і переробки вихідних порід і дуже схожа на граніт. Однак, в цих породах залишаються все-таки окремі частини, ділянки або релікти неповністю розплавлених первинних порід. Головними мінералами даних порід є кварц, польові шпати, слюди, піроксени, амфіболи, циркон та ін. Структура кристалобластова, текстура смугаста, масивна. Забарвлення сіре, різних відтінків.

93