3.2 Вещественный состав метаморфических горных пород

Вещественный состав метаморфических пород определяется их химическим и минеральным составом и зависит от состава исходных пород и действующих факторов метаморфизма.

3.2.1 Химический состав

Сопоставление химических анализов магматических, осадочных и метаморфических пород показывает, что каждая генетическая группа пород состоит из одних и тех же главных окислов: Si₂, А1₂О₃, Fе₂О₃, FеО, МgO, СаО, Nа₂О, К₂О, Н₂О, СО₂. Однако количественные соотношения окислов в исходных породах различны, поэтому для удобства все исходные породы объединяют по признаку химического состава в группы. Нами принята схема Н.Л. Добрецова, согласно которой исходные породы объединены в четыре группы:

1. глинистые и кварц-полевошпатовые породы (метапелиты);

2. основные и средние магматические породы, туфогенные породы, граувакки, мергели (метабазиты);

3. карбонатные породы;

4. редкие породы магнезиальные (ультраосновные), щелочные, железистые, марганцевые.

Данные химических анализов при отсутствии наложенных метасоматических процессов позволяют нередко судить о составе исходной породы и ее генетической принадлежности. Так, резко повышенное содержание кремнезема в метаморфической породе (более 80%) дает основание предполагать, что исходным материалом был кварцевый песчаник; повышенные количества глинозема, окислов калия, магния, железа свидетельствуют о глинистом составе первичной породы; высокие содержания кальция – о карбонатном составе и т.д.

3.2.2 Минеральный состав

Разнообразие химического состава исходных пород и различные термодинамические условия метаморфизма приводят к исключительному разнообразию минерального состава метаморфических пород.

Минералы, слагающие метаморфические породы, можно разделить на следующие группы:

1. минералы, широко распространенные как в метаморфических, так и в магматических породах (полевые шпаты, кварц, слюды, роговая обманка, большинство пироксенов, оливин и др.);

2. минералы, типичные как для метаморфических, так и для осадочных пород (кальцит, доломит);

3. минералы, которые могут находиться в магматических породах в качестве вторичных, а также слагать типичные метаморфические породы (серпентин, хлорит, актинолит, серицит и др.);

4. специфические метаморфические минералы, присутствие которых возможно только в глубоко-преобразованных метаморфических породах: дистен, андалузит, силлиманит, ставролит, кордиерит, некоторые гранаты, везувиан, волластонит, глаукофан и др.

Ниже приводятся характеристики некоторых специфических метаморфических минералов [7,9,10].

Группа дистена включает три полиморфные модификации одинакового химического состава А1₂О[SiO₄] – дистен, андалузит, силлиманит. Дистен (кианит) Обычно наблюдается в виде удлиненных призматических кристаллов в поперечном сечении прямоугольной формы. Цвет голубой, синий, иногда зеленоватый, желтый, белый. Блеск стеклянный, на плоскостях спайности перламутровый. Спайность совершенная по (100) и менее совершенная по (010). Плотность 3,35-3,65. Твердость 5,5-7. Дистен образуется при региональном метаморфизме высокоглиноземистых пород и является хорошим индикатором очень высоких давлений. Встречается в кристаллических сланцах в парагенезисе со ставролитом

Андалузит – А1₂О[SiO₄], Облик кристаллов призматический с поперечным сечением, близким к квадратному. Встречается в лучисто-шестоватых и зернистых агрегатах. Блеск стеклянный. Спайность совершенная по (110) с углом между трещинами 89°. Излом неровный, занозистый. Плотность 3,13-3,16. Твердость 6,5-7,5. Андалузит образуется в условиях невысоких и средних давлений и температур. Типичен для глинистых роговиков, где ассоциирует с кордиеритом, но может встречаться и в регионально метаморфизованных породах.

Силлиманит - А1₂О[SiO₄], Образует резко удлиненные призматические или игольчатые кристаллы, встречаются волосовидные агрегаты, называемые фибролитом. Обычно бесцветный или белый, реже светло-бурый, серо-зеленый. Блеск стеклянный. Спайность совершенная по (010). Твердость 6,5-7,5. Плотность 3,23-3,27. В шлифе бесцветный. В крупных кристаллах имеет ясную спайность в одном направлении. Силлиманит — минерал высоких температур и давлений. Встречается в продуктах контактового и регионалыного метаморфизма глинистых пород – роговиках, кристаллических сланцах, гнейсах.

Ставролит-(Fе²,Мg)₂ (А1,Fе³)₉О₆[SiO₄]₄ (О,ОН)2,

Цвет красновато-бурый до буровато-черного. Черта белая. Блеск стеклянный. Кристаллы обычно имеют вид коротких толстых призм. Очень характерны крестообразные срастания. Спайность несовершенная в одном направлении по (010). Плотность 3,74 - 3,83. Твердость 7,5. Типичен для регионально метаморфизованных глинистых пород.

Кордиерит – А1₃(Мg,Fе⁺²)₂[Si₅А1О₁₈], Бесцветный или окрашенный в синие, фиолетовые и желтоватые цвета. Блеск стеклянный. Обычно образует сплошные массы или зерна неправильной формы. Спайность несовершенная. Излом раковистый. Плотность 2,53-2,78. Твердость 7. Кордиерит - минерал, характерный для контактового и регионального метаморфизма. Образуется за счет метаморфизма глинистых и песчано-глинистых пород в ассоциации с андалузитом, гранатом, биотитом.

Группа граната состоит из двух изоморфных рядов:

1. альмандинового (Mg,Fe+²,Mn)₃Al₂Si₃O₁₂ (пироп, альмандин, спессартин);

2. андрадитового Са₃(А1, Fe⁺³Cr)₂Si₃O₁₂ (уваровит, гроссуляр, андрадит).

Все гранаты кристаллизуются в кубической сингонии, образуя идиоморфные ромбо-додекаэдрические кристаллы или неправильные изометричные зерна, лишенные спайности. Макроскопически легко узнаются по характерному облику кристаллов, жирному блеску, высокой твердости. Почти все гранаты окрашены в различные красноватые, бурые, зеленые цвета. Основные свойства гранатов представлены в таблице 5.

Таблица 5. Основные свойства гранатов

Гранаты	Состав	Плотность г / см3	Цвет
			В образце
Альмандин	Fe+23Al2Si3O12	4,318	Красный
Пироп	Mg3Al2Si3O12	3,582	Темно-красный
Спессартин	Mn3Al2Si3O12	4,190	Оранжевый
Андрадит	Ca3Fe2Si3O12	3,859	Желтый, зеленый
Уваровит	Ca3Cr2Si3O12	3,900	Изумрудный
Гроссуляр	Ca3Al2Si3O12	3,594	Бледно-зеленый

Состав гранатов зависит от состава исходной породы и от условий ее образования. Железомагнезиальные гранаты (альмандин и пироп) наиболее высокотемпературные минералы кристаллических сланцев, образующихся при региональном метаморфизме глинистых пород в условиях высоких давлений. Марганцевый гранат – спессартин – устойчив в наиболее низкотемпературных условиях регионального метаморфизма, встречается также в скарнах. кальциевые гранаты андрадит-гроссулярового ряда наиболее характерны для скарнов. Гранаты, существенно гроссулярового состава, встречаются в залегающих среди регионально метаморфизованных карбонатных пород.

Везувиан - Са₁₀(Мg,Fе)₂Аl₄ [SiO₄](ОН,F)₄, Везувиан образует короткопризматические кристаллы, шестоватые или радиально-лучистые агрегаты и сплошные зернистые массы. Цвет желтый, зеленый, бурый. Блеск стеклянный. Спайность несовершенная. Излом неровный или раковистый. Хрупкий. Плотность 3,33-3,43. Твердость 6–7. Везувиан распространен преимущественно в контактово-метаморфизованных карбонатных породах, особенно в скарнах.

Волластонит - Ca[SiO₃], Образует таблитчатые или призматические кристаллы, радиально-лучистые, шестоватые или волокнистые агрегаты. Цвет белый с сероватым или красноватым оттенком. Спайность совершенная по (100) и хорошая по (001) с углом около 84°. Блеск стеклянный. Плотность 2,87-3,09. Твердость 4,5–5. Волластонит – минерал, образующийся в условиях контактово-термального метаморфизма карбонатных пород.