Метаморфічні породи регіонального метаморфізму

Гірські породи регіонального метаморфізму представле­ні трьома групами:

а) група гірських порід прогресивною метаморфізму;

б) група гірських порід регресивного метаморфізму;

в) група гірських порід ультраметаморфізму.

Метаморфічні гірські породи прогресивного метаморфізму

Формування цих гірських порід проходить на зна­чних глибинах при високих температурах 700-800 °С) і тисках (до 1000 МПа). Найбільш поширеними серед них є гнейси різ­ного складу, високотемпературні гранітові амфіболіти та еклогіти.

Гнейси – метаморфічні гірські породи, які складаються із кварцу, калієвого польового шпату, плагіоклазу і темноко­лірних мінералів. За характером вихідних порід виділяють na-рагнейси та ортогнейси. Перші утворюються в процесі гли­бокого метаморфізму осадових гірських порід, а другі - маг­матичних гірських порід. За мінеральним складом виділяють плагіоклазові, біотитотові, мусковітові, двослюдяні, амфіболові, піроксенові та інші гнейси. Особливий вид –лужні гнейси, які містять темноколірні лужні піроксени та амфіболи.

За структурними і текстурними ознаками розрізняють деревоподібні, очкові, стрічкові, листуваті та інші гнейси. Найбільш типові гнейси для давніх докембрійських комплек­сів. Серед них перебувають так звані сірі гнейси, які належать до одних з найдавніших утворень Землі.

Фізико-механічні властивості гнейсів залежно від влас­тивостей і ступеня розсланцьованості коливаються в значних межах: густина – 2650-2870 кг/м³; пористість – 0,5-3,0 %; водопоглинання – 0,2-2,3 %.

Гнейсові породи застосовуються переважно для одер­жання щебеню та бутового каменю. Найбільш щільні різнови­дності гнейсогранітів використовують як облицювальний камінь. Із специфічними лужними гнейсами пов’язані великі родовища руд рідкісних елементів (ніобію, танталу, рідкісних земель, берилу та ін.)

Амфіболіти – тонкозернисті гірські метаморфічні поро­ди, які складаються з амфіболу, плагіок­лазу та іноді гранату. Утворюються вони при регіональному і контактовому метаморфізмі. Текстура амфіболітів масивна, листувата або лінійна. Структура – гранобластова, нематоблас-това або фібробластова. Листуватість порід зазвичай зумовле­на орієнтованим розташуванням рогової обманки та біотиту.

Амфіболіти утворюються за рахунок вихідних порід різ­номанітного складу - із вивержених порід основного складу, рідше за рахунок ультраосновних вивержених порід, осадків мергелистого складу, а також туфів та туфогенно-осадових порід. За характерними мінералами розрізняють біотитові, гранатові, кварцові, кіанітові та інші амфіболіти. Зустрічаються вони переважно в районах розвитку метаморфічних порід до­кембрійського віку.

Густина амфіболітів 2900-3150 кг/м³; пористість 0,1–0,34%; опір стисненню 81-264 МПа.

Використовуються амфіболіти як будівельний камінь, а його чорні різновидності як облицювальний камінь. Переважно вони не утворюють великих родовищ і розробляються разом із вміщуючими породами – гнейсами і гранітогнейсами.

Еклогіти - глибинні метаморфічні гір­ські породи, які складаються із гранату і піроксену. Як друго­рядні та акцесорні мінерали зустрічаються рутил, графіт, алмаз, флогопіт та інші мінерали. Структура – гранобластова, текстура – масивна. За хімічним складом він відповідає базальтам і габро. Експериментально встановлено, що еклогіти утворюються в широкому діапазоні температур (350-1200 °С) при високому тиску понад (0,75 ГПа). Трапляються в різних геологічних обстановках. Вони часто у вигляді ксенолітів зу­стрічаються в алмазоносних кімберлітових трубках. З еклогі­том пов’язані родовища рутилу та алмазів.

Метаморфічні породи регресивного метаморфізму

Формування цих порід відбувається при порівняно низьких температурах ((100-400 С) і тисках. Найбільш поширеними се­ред них є слюдяні кристалічні сланці, мармури і кварцити. Перші два типи порід охарактеризовані вище в даному розді­лі, а тому зупинимось тільки на характеристиці кварцитів.

Кварцити – гірські породи регіонального метаморфізму, складені в основному зернами кварцу макроскопічно нерозпі­знаними між собою, що зливаються у .суцільну щільну масу із скалкоподібним або раковистим зламом. Утворення кварцитів пов’язане із суттєвою перекристалізацією кварцових пісків у процесі регіонального метаморфізму. До кварцитів відносять також й перекристалізовані гірські породи, що утворились із кремнеземистих гелів хемогенного походження (кремені, опоки та ін.).

Такі кварцити складають основну частину формації залі­зистих кварцитів. На відміну від кварцитів уламкового похо­дження, які навіть при сильному метаморфізмі зберегли висо­ку пористість або легко руйнуються і вилужнюються (особли­во карбонатні), хемогенні різновидності характеризуються ве­ликим вмістом (95-99 %), високою вогнетривкістю (1710-1770 °С) і механічною міцністю.

Кварцити залягають серед різноманітних метаморфічних гірських порід у вигляді суцільних пластових тіл великої про­тяжності. Особливо широко кварцити розповсюджені у від­кладах протерозою. Багато різновидностей кварцитів являють собою цінні корисні копалини. Залізисті кварцити (джеспіліти) є найважливішою залізною рудою (Кривий Ріг, Курська магнітна ано­малія та ін.). Кварцити, в яких вміст досягає 98-99 %, ви­користовуються для виготовлення дінасових вогнетривких виробів, для одержання металевого кремнію і його сплавів, а також як флюс в металургії. Кварцит застосовують як будівельний, облицювальний та декоративний камінь.

Особлива різновидність кварцитів - це вторинні квар­цити. Вони являють собою метасоматичну гірську породу, складену із кварцу з домішками серициту, каолініту, корунду, топазу та інших мінералів. З вторинними кварцитами пов’язані родовища золота, міді, молібдену, алуніту, поліме­талів і колчеданів. Вторинні кварцити характеризуються над­звичайно високою міцністю і широко використовуються як абразивні матеріали.

Метаморфічні породи ультраметаморфізму

Цей тип метаморфічних гірських порід характеризується глибокою метаморфізацією аж до часткового розплавлення материнських порід. Температури досягають 900-1100 °С. Формування цих порід проходить на великих глибинах (15-20 км). Ультраметаморфізм має різко виражений характер і супроводжується магматичним заміщенням і дебазифікацією порід. Із них ви­носяться основи CaO, MgO та ін. і накопичуються , , . З цим процесом здебільшого пов’язується утворення гранітогнейсового шару континентальної Земної кори та екс­тенсивний розвиток корового гранітного мігматизму. З даним типом метаморфізму пов’язане формування ін’єкційних гней­сів, мігматитів гранітогнейсів.

Граніто-гнейси – повнокристалічні смугасті або слан­цюваті гірські породи, аналогічні за складом до граніту. За стру­ктурою займають проміжне положення між гранітом і гней­сом. Текстура зумовлена субпаралельним розташуванням таб­литчастих і призматичних кристалів (слюди, рогової обманки, польового шпату) та видовжених включень, а також скупчен­ням окремих мінералів в почергові смуги.

Чимало дослідників вважають гранітогнейси гранітами, кристалізація яких пройшла в глибинних зонах земної кори при застиганні магматичних розплавів в умовах скерованого тиску. Тіла таких порід мають пересічні контакти з вміщуючими породами.

Гранітогнейси можуть також бути продуктом ме­тасоматозу (гранітизації) раніше утворених гірських порід. Відрізнити магматичні гранітогнейси від метасоматичних до­сить важко. Часто магматичні або метасоматичні гранітогнейси називають гнейсогранітами.

Серед гранітогнейсів за мінеральним складом виділя­ють суттєвоплагіоклазові, лужнопольовошпатові і двопольо-вошпатові різновидності. За лужністю вони поділяються на нормальні та лужні.

Гранітогнейси утворюються лише в зонах високого ме­таморфізму і тісно асоціюють з гнейсами різного складу. Осо­бливо широко вони розповсюджені в докембрійських криста­лічних щитах (Балтійський, Український та ін.). Використову­ються гранітогнейси як будівельний та облицювальний мате­ріал.

Мігматити – гірські породи, що являють собою суміш магматичного матеріалу з реліктовим матеріалом метаморфі­чних порід. Утворюються при неповному магматич­ному заміщенні метаморфічних порід різного складу на високих стадіях метаморфізму, коли магматичний розплав пронизує породу, яку він заміщує. Мігматити переважно пов’язані з гранітоїдним магматизмом.

За текстурними ознаками розрізняють смугасті лінзовидно-смугасті метабластичні, порфіробластичні брекчієподібні мігматити. За хімічними і хімічними властивостями мігматити різноманітні і проміжні між різними метаморфічними і магматичними породами. Розповсюджені серед метаморфічних комплексів кристалічного фундаменту, де можуть складати надзвичайно великі території.

До складу мігматитів входять кварц, польові шпати, слюди та деякі інші мінерали. Забарвлення сіре, різних відтінків. Структура кристалобластова.

Ін’єкційні гнейси характеризується тим, що в зони напластування первинних гірських порід проникали магматичні розплави типу тонких ін’єкцій, які розкристалізовували і формували даний тип порід. Проникнення ін’єкцій магми в міжпрошарковий простір материнської породи супроводжувалося метасоматичними змінами первинних порід, що в свою чергу сприяло формуванню цілої гами нових мінералів. Забарвлення цих порід сіре до темно-сірого. Вони складені переважно кварцем і польовими шпатами. Із другорядних мінералів присутні біотит, мусковіт, циркон, апатит та інші. Структура гранобластова, текстура смугаста.

Зони регіонального метаморфізму і метаморфічних фацій

Під час вивчення метаморфізму встановлено, що найбільше розповсюдження мають породи регіонального метаморфізму. Для них характерні значна потужність (сотні і навіть тисячі метрів), витриманість асоціацій метаморфічних мінералів, структурних і текстурних ознак, які свідчать про досить високу стабільність фізико-хімічних умов їх формування.

В 1904 р. У. Губерман ввів розуміння про зони регіонального метаморфізму, залежні від глибин. Були виділені три зони: верхня – епізона, середня – мезозона і нижня – ката зона.

У верхній переважають односторонній тиск і порівняно невисокі температури. Типовими мінералами епізони є хлорит, тальк, серицит, серпентин, карбонати, епідот, альбіт, кварц, та ін. Текстури порід сланцюваті, катакластичні. Тут переважають філіти, хлоритові, епідотові сланці, кварцито-сланці.

В мезозоні поряд зі стресом починає проявлятись гідростатичний тиск, підвищується температура. З’являються мінерали з більшою густиною, в яких майже відсутня вода – біотит, мусковіт, ставроліт, кіаніт, актиноліт, кислий плагіоклаз. Структури порід в основному кристалобластичні. Представлені вони гнейсами, амфіболітами, слюдяними сланцями.

Катазона відповідає найбільшим глибинним умовам. В її межах переважає гідростатичний тиск і високі температури, під впливом яких формуються мінерали з високою густиною. Характерними породами є гранатові, піроксенові гнейси, олівінові породи та ін.

Ця схема тривалий час служила основою для поділу метаморфічних порід, хоча саме розуміння значних глибин для метаморфізму є дещо умовним. Як було сказано вище, для процесів метаморфізму важливе співвідношення певних температур і тисків, яке може існувати не завжди на одній і тій же глибині, що пояснюється різницею в інтенсивності теплового потоку, щільності залягаючих вище порід і т.д.

Пізніше (в 1915-1920 рр.) П. Ескол і В. Гольдшмідт звернули увагу на те, що термодинамічні умови формування метаморфічних порід можна відновити за асоціаціями мінералів, які входять до складу метаморфічних порід, а не тільки за глибинами. Вони запропонували поняття про метаморфічні фації. За визначенням П. Ескола метаморфічна фація охоплює всі породи, які виникли в подібних умовах температури і тиску, певний хімічний склад цих порід призводить до формування однієї і тієї ж асоціації мінералів. Виходить, що породи різного генезису (осадові, магматичні), але близького хімічного складу, потрапляючи в умови однакових температур і тиску, перекристалізовуються і в них утворюються однакові асоціації головних породоутворюючих мінералів. Ці породи одержали назву ізофаціальних, тобто таких, що належать до однієї фації метаморфізму.

Ф. Тернер і Дж. Ферхучен запропонували виділити такі фації, які в даний час прийняті більшістю дослідників.

Цеолітова фація характеризує перехід від діагенезу до метаморфізму, що відбувається при поступовому опусканні осадів, коли (температура) і (тиск) вищі, ніж на поверхні: , ; типові мінерали: цеоліти, альбіт, кварц, адуляр. Фація трапляється рідко.

Фація зелених сланців формується на дещо більшій глибині: , . Для неї характерні мінерали зеленого забарвлення: хлорит, епідот, актиноліт. Виділяють три більш дрібних підрозділів – субфації, що називаються за типовими мінералами.

Фація глаукофанових сланців має не дуже чітко виражене положення. Сучасні дослідники відносять її до фацій з більш високим тиском, чим це було зроблено Ф. Тернером ( ).

Фація альмандинових амфіболітів виділяється в зонах високої степені регіонального метаморфозу, де досягають майже 700С.

Фація гранулітів охоплює сукупність метаморфічних порід, які характеризуються асоіаціями силіманіт-гранат; діопсид-гіперстен; , ; не має водних мінералів.

Фація еклогітів формується в умовах високих і . Їх склад відповідає основним породам. Допускається, що еклогіти формуються на глибинах близько 40 км (в верхній мантії) при і .