Лекция 13. Метаморфизм План

1. Метаморфизм, агенты метаморфизма.

2. Главные типы метаморфизма и их продукты.

3. Ультраметаморфизм и магматизм в глубинных зонах земной коры. Понятие о гранитизации.

Метаморфизм, агенты метаморфизма

Метаморфизм – эндогенный процесс, проявляющийся в земной коре и верхней мантии под воздействием температуры, давления и химически активных флюидов, приводящих к изменению исходных пород (осадочных, изверженных и метаморфических). Существует круговорот пород в природе, что демонстрирует рисунок.

Рис. . Круговорот горных пород (из работы Н.В.Короновского, 2002)

В результате метаморфизма образуются метаморфические породы. Еще в 1825 году Чарльз Лайель назвал такие измененные породы метаморфическими, а всю сумму изменений метаморфизмом. Область формирования метаморфических пород расположена ниже зоны осадконакопления и образования осадочных пород. Характерной особенностью метаморфизма является перекристаллизация исходной породы в твердом состоянии. Жидкая фаза (раствор, расплав) при метаморфических преобразованиях может присутствовать только в подчиненном количестве.

Главными метаморфическими факторами являются давление, как всестороннее (литостатическое), обусловленное весом вышележащих пород, так и одностороннее (стресс), а также темпера­тура и флюиды. Как указывает Н.В. Короновский без флюидопотока и в первую очередь воды и углекислоты вероятность метаморфизма невелика. Причинами метаморфизма являются изменение устойчивого существования минералов, связанное с изменением давления и температуры, а также изменение концентраций химически активных веществ во флюидах насыщающих и проходящих через породу. Этому способствует погружение пород на все большую глубину и фактор времени.

В результате метаморфизма изменяются минеральный состав, структурно-текстурные особенности, а иногда и химический состав исходных пород. Метаморфизм сопровождается перемещением и перегруппировкой вещества, которые происходят в процессе перекристаллизации первичной породы. Перекристаллизация может осуществляться без изменения валового химического состава исходной породы (содержание воды и углекислоты при этом не учитывается). Такой метаморфизм, не сопровождающийся привносом и выносом компонентов, называется изохимическим или просто метаморфизмом в классическом понимании термина.

Вместе с тем в природе широким распространением пользуются процессы метаморфизма, при которых происходит не только изменение минерального состава, текстуры и структуры первичной породы, но и существенное изменение ее химического состава. Этот метаморфический процесс получил собственное название – метасоматоз. При метасоматозе, в отличие от метаморфизма, большое значение имеют флюиды. Перекристаллизация исходной породы с изменением химического состава осуществляется в твердом состоянии путем одновременного растворения минералов исходной породы и образования новых в результате привноса-выноса флюидами химических элементов. Отметим, что метасоматические процессы не изменяют объем породы. Понятие и термин «метасоматоз» возникли при более углубленном изучении метаморфических пород, при установлении факта замещения одного минерала другим с сохранением формы исходного. Название этого процесса складывается из двух слов: мета – после, сома (соматоз) – тело, т.е. буквально «по телу», или «псевдоморфное замещение». Объяснение метасоматического процесса и самого термина впервые было сформулировано К.Ф. Науманном, в дальнейшем представления о метасоматозе разрабатывались А.А. Иностранцевым, В.М. Гольдшмидтом.

После работ Д.С. Коржинского и его учеников метасоматоз как самостоятельный процесс получил всеобщее признание. Как показано Д.С. Коржинским, если при процессах твердофазового замещения вполне подвижными были только Н₂О и СО₂, а другие петрогенные компоненты инертны, то такой процесс относится к метаморфическому. Если вполне подвижными могут быть К₂О, Na₂О, MgO, CaO, SiO₂, Al₂O₃, то этот процесс будет относиться к метасоматозу. В отличие от метасоматоза выделяют аллохимический метаморфизм, при котором изменяется химический состав исходной породы и ее объем.

Метаморфическое превращение под влиянием возрастающей температуры и давления, которое приводит к формированию пород, состоящих из минеральных ассоциаций высоких температур на месте ранее существовавших, образованных при более низкой температуре, отражает прогрессивный метаморфизм. Он противопоставляется регрессивному метаморфизму, или диафторезу, при котором минералы, возникающие при высокой температуре, замещаются ассоциациями низкотемпературных минералов. В том случае, когда горные породы претерпевают несколько этапов метаморфизма, говорят о полиметаморфизме.

Нижняя граница метаморфизма расположена на глубинах зарождения гранитных магм. Эта область в земной коре называется зоной ультраметаморфизма. Температуры и давления здесь настолько высоки, что наряду с перекристаллизацией исходных пород в твердом состоянии (типично метаморфические процессы) широко проявляется плавление. Возникающий при этом расплав имеет гранитный состав как наиболее низкотемпературный. Расплав концентрируется в межзерновом пространстве пород, под влиянием тектонических факторов может «отжиматься» и перемещаться, формируя обычно малые интрузивные тела (рис. ). Процесс, протекающий в зоне ультраметаморфизма, с которым связано гранитное магмообразование, получил название реоморфизма. С этим понятием тесно ассоциирует представление о палингенезе и анатексисе. Эти термины в настоящее время (после работ Г. Рамберга) считают синонимами, они означают процессы рождения магмы в результате полного или частичного плавления горных пород.

Рис. . Тело метаморфогенного пегматита с обломком (ксенолитом) мигматита. Ю-З. Памир (фото С.А. Ананьева)

В общем цикле породообразующих процессов (диагенезе, катагенезе,метагенезе, метаморфизме и магмообразовании) нет резких границ (рис. ),поэтому разделить конкретные породы на генетические типы в практическойработе не всегда возможно. Суть циклического процесса образования пород заключается в превращениях: магма → изверженная порода → выветрелая порода → осадочная порода → слабометаморфизованная порода → глубокометаморфизованная порода → анатектические мигматиты → магма. Метаморфические преобразования не всегда направлены от низших к высшим ступеням метаморфизма. Процессы метаморфизма могут происходить многократно, с перерывами в десятки и сотни миллионов лет, причем последующий метаморфизм может быть более низкотемпературным, чем предыдущий. На рис. отражена прогрессивная направленность развития метаморфических превращений.

Рис. . Цикл образования пород (из работы К. Гиллена, 1984)

Все метаморфические породы можно разделить на две группы, исходя из того, какие осадочные или магматические породы подвергались метаморфизму. Первая группа – парапороды, образовались из первично-осадочных пород. В этом случае название пород может звучать так – парасланцы, парагнейсы, параамфиболиты и т. п. Вторая группа – ортопороды, сформировались из первично магматических пород, и будут называться, к примеру, ортосланцы и т. д.