Метаморфические горные породы

Породы данного генезиса своим происхождением обязаны процессам метаморфизма и образуются в результате глубокого изменения и преобразования как первично-осадочных и магматических, так и ранее образовавшихся метаморфических горных пород. В процессе метаморфизма изменяется не только структура и текстура, но и минеральный, даже химический состав, и образуются совершенно новые так называемые метаморфические горные породы. Основными факторами метаморфизма являются высокое давление и температура, а также химически активные вещества — минерализованные растворы и летучие соединения. В зависимости от условий и характера проявления можно различить следующие основные типы метаморфизма.

Динамометаморфизм. Основная причина преобразования пород — это ориентированное давление. Под давлением толщи вышележащих геологических образований или в результате бокового давления породы нередко скручиваются, сжимаются, а иногда даже перетираются до мельчайших частиц с образованием типичных продуктов метаморфизма — милонитов. Минералы в горных породах, подвергшихся динамометаморфизму, приобретают характерную линейно-параллельную ориентировку, располагаясь своими длинными осями перпендикулярно направлению давления. При этом имеет место уменьшение связей в направлениях, параллельных расположению длинных осей кристаллических зерен, что обусловливает рассланцевание и расслоение породы на отдельные, иногда очень тонкие плитки и пластинки с ярко блестящими поверхностями (сланцеватые текстуры).

Региональный метаморфизм характерен тем, что проявляется на очень больших площадях, в отличие от контактового и динамометаморфизма, которые имеют локальный характер. Проявление данного типа метаморфизма можно представить следующим образом. Толща каких-либо горных пород, чаще всего осадочного происхождения, под тяжестью накапливающихся осадков постепенно погружается в глубокие недра Земли. При этом толща может перейти в пластическое состояние, так как на больших глубинах господствуют высокие температуры и давления. Большое давление в сочетании с высокой температурой приводит к коренным изменениям состояния горных пород. Однако степень метаморфизма горных пород на различных глубинах неодинакова и находится в непосредственной зависимости от изменения температуры и давления. Так, например, известно, что температура и давление в верхних зонах Земли меньше, чем в глубоких ее недрах. Поэтому на глубинах 12—15 км, где температуры и давления сравнительно невелики, исходные породы испытывают лишь слабые преобразования. Здесь могут формироваться глинистые, хлоритовые, тальковые сланцы. При более высоких давлениях и температурах происходит полная перекристаллизация исходных горных пород и часто изменение их минерального и химического состава.

Контактовый метаморфизм обусловлен воздействием внедряющихся магматических масс на вмещающие их горные породы. Последние, подвергаясь воздействию высокой температуры (850°С и более), газообразных компонентов и горячих растворов, претерпевают целый ряд изменений. При этом существенно изменяется как химический, так и минеральный состав породы. Так, например, на контакте кислых интрузий с известняками возникают скарны, а из глин образуются роговики и т. д. Новообразующиеся минералы и породы тем разнообразнее, чем резче различие между составом магмы и вмещающими ее горными породами.

Выделяющиеся из магмы в процессе ее внедрения газы и лары, а также образующиеся при их охлаждении водные растворы, проникая по порам и трещинам в толщи горных пород, также вызывают их глубокие изменения. Если же такие изменения возникают под действием горячих газов и паров, без участия водных растворов, то процесс называется пневматолитовым метаморфизмом. Если же преобразования горных пород происходят под действием горячих минерализованных водных растворов, то такой метаморфизм называется гидротермальным.

При пневматолитовом и гидротермальном метаморфизмах преобразования горных пород заключаются в их метасоматической переработке с изменением как химического, так и минерального состава. Следует отметить, что рассмотренные выше различные типы метаморфизма проявляются как самостоятельно, так и совместно в различных сочетаниях.

Формы залегания метаморфических горных пород в большинстве случаев повторяют формы залегания тех горных пород, из которых они образовались. Так, например, они встречаются в природе в форме пластов, штоков, линз, жил и других форм, которые характерны как для магматических, так и осадочных пород.

Разнообразным является химический и минеральный состав метаморфических пород. В них встречаются все минералы как магматического, так и осадочного происхождения и, кроме того, такие минералы, как гранат, некоторые слюды, флогопит, серицит, а также тальк, хлориты и многие другие, которые характерны только для пород метаморфического происхождения.

Структуры метаморфических пород, хотя и имеют вторичное происхождение, в большинстве случаев ясно выражены и являются полнокристаллическими. Различают среди них кристаллобластические, катакластические и реликтовые структуры. Первые из них образуются в результате перекристаллизации и роста кристаллов в стесненных условиях. Поэтому все зерна и кристаллы имеют неправильную, закругленную или уплощенную форму с ориентировкой в одном направлении, перпендикулярном давлению. Катакластические структуры возникают под влиянием одностороннего давления, вызывающего деформацию и дробление. Реликтовые структуры характерны тем, что в породе сохраняются остатки первичной структуры, которую она имела до метаморфизма.

Для метаморфических горных пород типичны такие текстуры, как сланцеватая, полосчатая, плойчатая, чешуйчатая, очковая и другие, образующиеся в результате метаморфизма как магматических, так и осадочных пород. Сланцеватая текстура характеризуется наличием минералов удлиненной и пластинчатой формы, расположенных параллельно длинным сторонам. Если же в метаморфической породе наблюдается чередование полос различных минералов, то говорят о полосчатой текстуре. Плойчатая текстура возникает в случае «гофрировки» исходных горных пород. Некоторые метаморфические породы характеризуются массивной текстурой, например мраморы, кварциты и др.

Наиболее распространенными метаморфическими горными породами являются гнейсы, различные сланцы, мраморы, кварциты и др.

Гнейсы — это наиболее распространенные метаморфические породы. Они обычно бывают сложены полевыми шпатами, кварцем, слюдами и роговой обманкой. Минералогический состав их сходен с гранитами, пранодиоритами и сиенитами, но в отличие от них породообразующие минералы у гнейсов ориентированы перпендикулярно направлению давления с образованием характерной гнейсовидной или полосчатой текстуры (рис. 10).

По происхождению среди гнейсов различают ортогнейсы, образовавшиеся в результате метаморфизма магматических горных пород и парагнейсы, являющиеся результатом глубокого преобразования осадочных пород, в частности аркозовых песков, песчаников и некоторых других осадочных пород. Гнейсы широко распространены в толщах докембрийских образований, слагающих основание древних платформ и щитов. Применяются они как строительный материал.

Близки по составу к роговообманковым гнейсам так называемые амфиболиты. Это породы серо-зеленого или темнозеленого цвета, состоящие главным образом из плагиоклазов и роговой обманки. Могут присутствовать и такие минералы, как дистен, эпидот, калиевые полевые шпаты, слюды.

Кварциты сложены преимущественно зернами кварца и образуются при перекристаллизации кварцевых песков, песчаников и других кремнистых пород. Это полнокристаллические, обычно мелкозернистые породы с плотной, массивной текстурой. Цвет чистых разностей белый, светло-серый. Примеси могут окрашивать их в красновато-бурые, малиновые и другие тона. Кварциты с богатым содержанием магнетита, гематита и других железистых минералов называются железистыми кварцитами. В джеспилитах — яшмовидных железистых кварцитах, содержание окиси железа достигает 45%, поэтому они применяются как железные руды. Месторождения железистых кварцитов известны в Кривом Роге, в районе Курской магнитной аномалии, в Южной Африке и в других местах.

Благодаря высокой прочности кварциты находят применение как строительный и облицовочный материал, а также как сырье для огнеупорного кирпича — динаса. Месторождения кварцитов известны на Алтае, в Карелии (Шокшинское), Бурятия (Черемшанское) и др.

Мраморы состоят из зерен кальцита и образуются при метаморфизме известняков и других осадочных пород, богатых кальцитом. Кроме кальцита, в состав мраморов в незначительном количестве входят доломит, а также кварц, полевые шпаты, пироксены и амфиболы. Чистые разности мраморов имеют белый цвет. Однако при наличии примесей они приобретают весьма разнообразную, часто очень красивую окраску. Мраморы легко царапаются ножом и бурно реагируют с соляной кислотой.

Мраморы широко используются для облицовочных, художественных и скульптурных работ. Месторождения их известны на Урале, в Карелии, Крыму, Закавказье и других местах.

Сланцы — это большая группа метаморфических горных пород, характеризующихся сланцеватой или различного рода полосчатой текстурой. По минеральному составу и степени метаморфизма среди них различают много разновидностей.

Глинистые сланцы представляют собой начальную стадию изменения глинистых пород. От обычных глин эти сланцы отличаются наличием хорошо выраженной сланцеватости, паралельно которой легко раскалываются на тонкие пластинки. Цвет их зеленый, серый, бурый или черный. Сложены они главным образом высокодиспероными гидрослюдами и кварцем с примесью глинистых минералов. По внешнему облику сходны с глинами и обладают землистым изломом и матовым блеском, но в отличие от глин не размокают в воде.

Филлиты образуются из глинистых сланцев, глин и суглинков при повышении температуры и давления. Это тонкосланцеватые породы черного или темно-серого цвета с серебристым отливом. Сложены они мельчайшими кристаллами слюды, серицита, кварца и полевого шпата.

Филлиты и глинистые сланцы пользуются широким распространением в молодых складчатых сооружениях (Средняя Азия, Кавказ, Карпаты и др.). Как те, так и другие находят применение в качестве кровельного материала.

Хлоритовые сланцы состоят из чешуйчатых и листовых агрегатов хлорита с незначительной примесью кварца. Из числа других второстепенных минералов присутствуют тальк, слюда, полевой шпат, гранат и магнетит. Породы характеризуются зеленой окраской; жирные на ощупь. Образуются они в результате мегаморфизма главным образом магматических пород основного состава.

Тальковые сланцы — очень мягкие сланцеватые и жирные на ощупь породы бледно-зеленого цвета, состоящие почти исключительно из талька. Твердость по шкале Mooca 1—1,5. Образуются эти породы при метаморфизме ультраосновных магматических пород. Находят применение как смазочное средство в технике, для изготовления огнеупорных кирпичей и др.

Слюдяные сланцы обладают хорошо выраженной полнокристаллической структурой и сланцеватой текстурой. Это породы преимущественно состоящие из слюды и кварца. В зависимости от преобладания в их составе той или иной слюды сланец называют мусковитовым, биотитовым и др. В отличие от гнейсов в составе данных сланцев отсутствует полевой шпат. Образуются слюдяные сланцы из глин, глинистых сланцев и филлитов при их более глубоком метаморфизме. Применяются в качестве тепло- и электроизоляционных плит (рис. 11).

В пределах нашей страны слюдяные сланцы, как и вообще сланцевые породы, пользуются весьма широким распространением и встречаются среди древних докембрийских отложении Восточной Сибири, на Кольском полуострове, а также среди молодых отложений в складчатых областях Средней Азии, Кавказа и в других местах.

Метаморфические горные породы по сравнению с магматическими пользуются менее широким распространением, однако они более широко распространены, чем осадочные образования, хотя и не имеют такого широкого площадного распространения, как последние.

В народном хозяйстве метаморфические горные породы находят также широкое применение. Например, гнейсы, кварциты и мраморы широко используются как строительный и поделочный материал. К метаморфическим породам приурочены месторождения таких полезных ископаемых, как железа, меди, графита, слюд, корунда и др.

Вместе с тем следует отметить, что данные породы по их народнохозяйственному значению не могут идти в сравнение с ранее рассмотренными магматическими и осадочными пoродами, поскольку они образовались в результате метаморфизма и являются продуктами их изменения.