Глава 16 метаморфические процессы

Метаморфизм— это процесс преобразования первично магмати­ческих или осадочных пород под воздействием температуры(Т), дав­ления(Р) и флюидов(F), преимущественно водно-углекислых жидких или газожидких флюидов, содержащих ионы К,Na, Са,F, В,S и др., часто существующих в надкритических растворах.

Метаморфические изменения в горных породах начинаются при повышении температуры до +200 °С и увеличении всестороннего, т. е. литостатического, давления,возникающего под тяжестью вы­шележащих пород. Однако не только это давление играет важную роль. Не меньшее значение имеют стресс, боковое давление, обеспе­чивающее различное напряженное состояние горных пород, в ре­зультате которого открываются пути для миграции глубинных ман­тийных флюидов,являющихся главными переносчиками тепла, т. к. кондуктивный теплообмен в горных породах крайне незначителен. Без флюидного потока вероятность метаморфизма невелика, хотя необходимо принимать во внимание и геотермический градиент,ко­торый сильно изменяется в разных районах (от 5° до 180° и даже более на 1 км глубины).

Перечисленные выше главные факторы метаморфизма — темпе­ратура, флюиды, давление— оказывают влияние на любые горные породы, находящиеся на различной глубине, при этом время не осо­бенно важно при метаморфизме. Например, лавы раннего протеро­зоя (2,2 млрд лет) в Прибайкалье почти не отличаются от голоценовых лав (6-4 тыс. лет) Эльбруса; глины кембрийского возраста (550 млн лет) под Санкт-Петербургом выглядят почти так же, как и современ­ные глинистые отложения. Многочисленными нефтяными скважина­ми вскрыты неизмененные осадочные отложения на глубинах свыше 8 км. Известны случаи, например на о. Исландия, где начальные ста­дии метаморфизма установлены на глубине всего 0,5 км, по данным бурения. В то же время толщи пород на глубине 20 км, если судить по данным сейсмических исследований, совсем не испытали метаморфи­ческих изменений. Поэтому флюиды являются одним из важнейших факторов метаморфизма.

Все метаморфические породы можно разделить на две группы, ис­ходя из того, какие осадочные или магматические породы подвергают­ся метаморфизму.

Первая группа — парапороды,они образовались из первично оса­дочных пород. Например, из карбонатных пород получаются мраморы, из песчаников — кварциты, из глин — филлиты и др.

Вторая группа — ортопороды,они сформировались из первично магматических пород, например метабазиты — из базальтов.

16.1. Фации метаморфизма

Метаморфические породы весьма разнообразны. Из одних и тех же исходных, первичных пород, в зависимости от действия факторов метаморфизма, могут образоваться различные метаморфические по­роды. Изменение температуры, давления, химического состава флюи­дов приводит к изменению минерального состава первичной породы, который стремится приспособиться к условиям. Этот комплекс но­вых минералов, или парагенезис(сонахождение), называется мета­морфической фацией(рис. 16.1). Так как исходные породы, подверга­ющиеся метаморфическим изменениям, чрезвычайно разнообразны, то в пределах одной метаморфической фации могут существовать раз­ные парагенезисы минералов, а одна исходная порода может давать разные метаморфические породы в различных фациях. Например, гли­на, метаморфизуясь, превращается в глинистые сланцы, а они в фации зеленых сланцев превращаются в филлиты; в амфиболитовой фации — в двуслюдяные сланцы; в гранулитовой фации — в биотит-гиперстен — кордиеритовые гнейсы.

Указанные выше фации — зеленосланцевая, амфиболитоваяи гра- нулитовая— отвечают ступеням метаморфизма:низкой, средней и высокой, отвечающим степени усиления метаморфических преобра­зований первичной породы (рис. 16.2, 16.3). Гранулитовая фация и соответствующий ей парагенезис минералов свидетельствуют о тем­пературе +700-1000 °С, давлении от 2 до 12 Кбар и глубине 10­40 км. При меньших температурах и давлениях другие минеральные парагенезисы будут характеризовать другие метаморфические фа­ции — амфиболитовую, энидот-амфиболитовую, зеленосланцевую, цеолитовую.

Переход от пород низших ступеней метаморфизма к высшим назы­вается прогрессивным метаморфизмом.Если уже метаморфизованная порода подвергается воздействию более низких температур и давле­ний, то говорят о регрессивном (ретроградном) метаморфизме,или ди- афторезе.

породы контактного метаморфизма
1 зелено
I сланце-
1 вая
	амфиболитовая
		гранулитовая
эклс	Ч гитоЬ^я
	ч

200

400

600

300

0,2

0,4

m

q 0,6

0,8-

■ 5

10

-15

■ 20

25

30

35

200 400 600 800

о