Контактовый метоморфизм

Содержание

Введение

1. Метаморфизм

2. Контактовый метаморфизм

2.1 Термоконтактовый метаморфизм

2.2 Контактово-метасоматический метаморфизм

Заключение

Список используемой литературы

ВВЕДЕНИЕ

Первая классификация горных пород была разработана в середине XVIII в. Дж. Ардуино, разделившим горные породы (отложения) на первичные, вторичные и третичные по их происхождению.

Глины, пески, гальки, щебень	- третичные отложения
Песчаники, аргиллиты, известняки	- вторичные отложения
Граниты, гнейсы, кристаллические сланцы	- первичные отложения

Разрез видимой части литосферы по Дж. Ардуино и И. Леману.

Классификация горных пород Дж. Ардуино и И. Лемана была иллюстрацией к представлению происхождения Земли - библейской легенде. Все последующие классификации продолжали эту традицию.

В замен библейским представлениям в 1749 г. Ж. Бюффон (1707-1788) предложил новое, небожественное объяснение возникновения нашей планеты: земной шар образовался за счет выброса материала Солнца при падении на светило кометы.

В начале XIX в. в естествознании утвердилась гипотеза Канта-Лапласа о происхождении Земли из раскаленного огненно-жидкого шара. Последующее его остывание сформировало твердую кору охлаждения - земную кору мощностью 10 миль, ниже которой находится первичный расплав. На базе гипотезы Канта-Лапласа возникла геологическая гипотеза - плутонизм (Плутон - бог подземного царства).

Наружная же половина земной коры считалась сформированной из осадков на дне океана. Породы, ее слагающие, стали называться нептуническими.

Профессор С.-Петербургского университета, директор минералогического общества России С. Куторги все горные породы разделил по происхождению на две группы: плутонические и нептунические.

Нептунические породы, в непосредственном прикосновении с огненными, вылившимися из раскаленной внутренности Земли, были прокалены их жаром и отчасти изменены в составе и сложении; эти породы измененные или метаморфические.

Термин "метаморфизм" - процесс изменения нептунических пород при их погружении в недра земного шара теплом расплавленной части Земли, был предложен в начале 30-х годов XIX в. английским геологом Ч. Лайелем. Породы, возникшие при метаморфизме, стали называться метаморфическими.

Метаморфические породы очень разнообразны. В качестве породообразующих минералов в них установлено более 20 минералов. Породы близкого состава, но образовавшиеся в различных термодинамических условиях, могут иметь совершенно разный минеральный состав. Первыми исследователями метаморфических комплексов было установлено, что можно выделить несколько характерных, широко распространенных ассоциаций, которые образовались в разных термодинамических условиях. Первое деление метаморфических пород по термодинамическим условиям образования сделал Эскола. В породах базальтового состава он выделил зеленые сланцы, эпидотовые породы, амфиболиты, гранулиты и эклогиты. Последующие исследования показали логичность и содержательность такого деления.

При метаморфических преобразованиях происходят разнообразные химические реакции. Считается, что они осуществляются в твёрдом состоянии. В процессе этих реакций происходит образование новых или перекристаллизация старых минералов так, что для конкретного интервала температур и давлений этот набор минералов остаётся относительно постоянным. Определяющий набор минералов получил название "фация метаморфизма". На необходимость отойти от суждений, увязывающих степень метаморфизма с глубиной, указывал В. М. Гольдшмидт. В 1915 г. финский ученый П. Эскола впервые предложил разделение метаморфических пород на фации, для которых характерны определенные ассоциации минералов, указывающие на условия образования породы. Позже П. Эскола (1927, 1939, 1958) и ряд других ученых (Д. С. Коржинский, А. А. Маракушев) уточнили классификации метаморфических фаций, их особенности, распространенность, приуроченность к ним определенных рудных и нерудных полезных ископаемых. В настоящее время установлено, что каждая метаморфическая фация может сформироваться только в определимых физико-химических условиях, в которых образуются и определённые минеральные ассоциации

1. Метаморфизм

Под метаморфизмом понимается совокупность эндогенных процессов, вызывающих различные, часто очень глубокие изменения горных пород. Метаморфизму подвергаются магматические, осадочные и ранее метаморфизованные породы. Установлено, что метаморфические горные породы, несущие следы лишь одного этапа метаморфизма (то же одной разновидности метаморфизма), встречаются значительно реже, чем полиметаморфические породы, несущие следы проявления нескольких этапов метаморфизма (и нескольких его разновидностей).

Метаморфизм (термин введен в геологию Ч. Лайеллем) -- процесс изменения горных пород под влиянием главным образом высоких давлений и температур, а также химически активных веществ (флюидов). Изменения могут заключаться в распаде старых соединений, в молекулярной перегруппировке и образовании новых, более устойчивых в создавшихся термодинамических условиях минеральных ассоциаций, т. е. метаморфизм сводится к частичной или полной перекристаллизации исходных горных пород с образованием новых минералов, кристаллических структур, ориентированных если в породе имеются листовые или удлиненные минералы) или массивных текстур (если таковые отсутствуют). Химический состав исходных и вновь образованных метаморфических горных пород не меняется, если метаморфизация происходила без привноса новых и без потери старых компонентов (изохитический метаморфизм) и меняется, если метаморфизм протекал с участием флюидов, поступающих из мантии или выделяющихся из магмы, внедрившейся в земную кору (метасомагический метаморфизм).

В зависимости от преобладания того или иного фактора различают дислокационный, контактовый и региональный (динамо-термальный) метаморфизм. Такое деление весьма условно, так как в-, подавляющем большинстве случаев все виды метаморфизма проявляются во взаимодействии и взаимосвязи.

порода метаморфизм эндогенный флюид

2. Контактовый метаморфизм

Контактовый метаморфизм - изменения вмещающих горных пород, обусловленные тепловым и химическим воздействием на них интрузивных магматических масс. Различают нормальный контактовый метаморфизм и контактово-метасоматический. В первом случае происходят почти изохимические преобразования пород только вблизи интрузивных тел под воздействием высоких температур и обычно в статических условиях. Мощность и интенсивность этого вида метаморфических преобразований будет зависеть от первоначально состава вмещающих пород, глубинности процессов, характера контактов, размеров и формы интрузивного тела, состава слагающих его пород и участия в метаморфизме летучих веществ и растворов. Степень преобразований убывает по удалению от контакта с интрузией. Типичными продуктами этого метаморфизма являются роговики.

Относительно холодные вмещающие породы подвергаются термальному и химическому воздействию остывающей интрузии. Магма, реагируя с вмещающими породами, изменяется и сама. При этом изменения состава интрузивной породы называют эндоконтактовыми, а вмещающих пород -- экзоконтактовыми. Породы, подвергшиеся метаморфизму, составляют контактовый ореол, или зону контактовых изменений. Характер и интенсивность контактовых изменений зависят от состава и свойств вмещающих пород и от состава магмы. При наибольшем расхождении в составах вмещающих пород и магмы метаморфизм более интенсивен.

Контактовые изменения проявляются сильнее у богатых летучими кислых интрузий, чем у основных. Вмещающие породы в порядке уменьшения степени контактовых изменений располагаются в такой последовательности: глины, глинистые сланцы; карбонатные породы (известняки, доломиты); основные изверженные породы, вулканические туфы и туфогенные породы; песчаники, песчанистые породы, кремнистые породы. Контактовые изменения возрастают с увеличением трещиноватости и пористости пород, способствующих циркуляции паров и газов. Наконец, контактовые изменения более интенсивны у секущих, чем у согласных контактов (рис. 1). Во всех случаях мощность контактовой зоны прямо пропорциональна размеру интрузивного тела и обратно пропорциональна величине угла, образуемого поверхностью контакта с горизонтальной плоскостью.

Ширина контактовых ореолов обычно не превышает нескольких сотен метров и в редких случаях увеличивается до 2--5 км и более. При этом мощность экзоконтактовой зоны значительно превосходит мощность зоны эндоконтактовой и процессы метаморфического минералообразования в первой более разнообразны. Породы эндоконтакта более мелкозернисты, часто порфировидны, иногда содержат повышенное количество цветных минералов (в частности, типично метаморфогенных). Интенсивность метаморфизма в экзоконтакте резко снижается по мере удаления от интрузии.

Рис. 1. Различное залегание интрузии во вмещающих породах. а -- согласное, б -- секущее. 1 -- гранит; 2 -- контактово измененные породы; 3 -- неизмененные вмещающие породы.

Выделяют два подвида контактового метаморфизма: термоконтактовый и контактово-метасоматический.

Тип метаморфизма	Фации метаморфизма	Давление (кбар)	Температурный интервал (°C)	Примеры пород
Контактовый метаморфизм	Альбит-эпидотовых роговиков	2 - 2,5	250-500	Роговики контактовые, скарны
	Амфиболовых роговиков		450-670
	Пироксеновых роговиков		630-800
	Санидиновая		> (720-800)

Основные фации контактового метаморфизма: альбит-эпидот-роговообманковая, роговообманко-роговиковая, пироксен-роговиковая и санидинитовая. Контактово-метасоматический (синонимы - аддитивный, импрегнационный, иньекционный) метаморфизм включает разнообразные пневматолитические, главным образом гидротермальные изменения вмещающих пород с привносом вещества из интрузий. Эти изменения обычно накладываются на уже сформированные контактные роговики.

Рис. 6.2. Схема фаций метаморфизма. Pr-Pum - пренит-пумпелиитовая фация. Роговики: АЕ - альбит-эпидотовые, HBl - роговообманковые, PX - пироксеновые. Заштрихованы - промежуточные группы.

2.1 Термоконтактовый метаморфизм

Термоконтактовый метаморфизм проявляется, главным образом, в воздействии на вмещающие горные породы высоких температур почти без привноса новых компонентов. Температура вблизи расплава достигает 1000° С и более. Известняки при воздействии на них подобных температур превращаются в мраморы, песчаники -- в кварциты, большинство горных пород -(глины, мергели и т. п.) на контакте с магмой превращаются в роговики, характеризующиеся появлением новых минералов (состав зависит от термодинамической обстановки и от исходной породы). Роговикам свойственна мелкозернистая структура и массивная текстура.

Горячая лава на контакте вызывает оплавление пород (остеклование), проникающее на небольшую глубину (несколько единиц сантиметров). Эта разновидность термального метаморфизма получила название пирометаморфизма.

Явления термо-контактового метаморфизма чаще всего сопровождаются пневматолитовым метаморфизмом, т. е. явлением изменения горных пород под влиянием циркуляции газов и паров. Среди легкоподвижных летучих компонентов чаще всего присутствуют галоиды, связанные с кремнеземом, железом и алюминием, сульфиды различных металлов и т. п.

При пневматолитово-контактовом метаморфизме карбонатных пород образуются особого типа породы - скарны, состоящие из известково-силикатных минералов: диопсида, волластонита, гроссуляра, авгита, эпидота, анортита; нередко присутствуют флюорит и апатит. Со скарнами связаны также железные руды и ряд редких и рассеянных элементов, благодаря чему они часто являются объектом эксплуатации как полезные ископаемые. Породы, образованные при пневматолитово-контактовом метаморфизме, отличаются друг от друга по составу вновь образованных минералов. Вблизи контакта появляются высокотемпературные, т. е. кристаллизующиеся при высокой температуре, минералы, по мере удаления от контакта возникают все более и более низкотемпературные. Так, во внутренних частях зоны контактового метаморфизма появляются пироксен-амфибололитовы и гранатовые породы, которые затем заменяются актинолито-эпидотовыми и цоизитовыми. Меняется также соства рудных минералов. С пироксен-гранатовыми породами связаны магнетитовые и гематитовые железные руды, а с актинолит-эпидотовыми -- сульфидные руды меди, свинца и цинка. Пары и газы, охлаждаясь, образуют горячие растворы, которые метаморфизуют породу, -- происходит гидротермальный метаморфизм. Вступая в реакции с боковыми породами, гидротермальные растворы изменяют их; очень часто при этом безводные минералы боковых пород переходят в водные соединения.

Гидротермальному метаморфизму подвергаются как осадочные породы, вмещающие интрузии, так и сами интрузивные породы. Ультраосновные породы подвергаются процессу серпентинизации (озмеевикования), при котором оливин (Mg, Fe)2 SiO4 и пироксены Mg2 (Si2O6 )переходят в серпентин Mg6 (Si4O10 )(OH)8, в результате чего образуется змеевик -- плотная темно-зеленая, иногда желтоватая порода. Вследствие бокового давления она часто бывает трещиновата, с зеркалами скольжения по поверхностям трещин. Под влиянием углекислых термальных растворов происходит оталькование и лиственитизация ультраосновных пород. При отальковании из оливина образуется тальк, по следующей схеме:

4 (Mg, Fe)2 SiO4 + H2O +3CO2 ----> Mg3 [Si4O10 ][OH ]2 + 3MgCO3 + Fe2O3

Оливин тальк магнезит.

Тальк -- минерал листоватый, чешуйчатый и под влиянием динамометаморфизма порода часто превращается в тальковые сланцы. Процесс лиственитизации состоит в замещении змеевиков карбонатами при выделении свободного кремнезема. Листвениты представляют собой массивные светло-желтые или зеленые породы, состоящие из крупных зерен кварца и карбоната с тонкими чешуйками мусковита. Под воздействием гидротермальных растворов плагиоклазы и амфиболы в основных породах преобразуются в минералы группыгруппы эпидота. Следует различать эпидотизацию с образоваванием собственно эпидота Са2(А1,Fе)3Si3О12[ОН] и соссюритизацию с образованием соссюрита -- скрытокристаллической разности цоизита Са2А13Si3О12[ОН]. Здесь же происходит процесс хлоритизации, т. е. образования зеленых листоватых слюдоподобных минералов группы хлоритов из класса силикатов. В результате метаморфизма основных и средних пород в большом количестве образуются зеленые листоватые минералы, способствующие образованию зеленых сланцев.