РЕГИОНАЛЬНЫЙ МЕТАМОРФИЗМ. Наряду с узкими полосами контактово-метаморфических пород наблюдаются огромные площади, занятые сплошными толщами метаморфических пород.
Они располагаются под очень тонким слоем молодых осадочных отложений в Финляндии, Карелии, на Кольском полуострове, слагая так называемый Балтийский щит, на правобережье Днепра, образуя здесь Украинский щит, а также в Сибири — на Алдане и в верховьях Анабары. На огромных просторах Русской низменности, а также между рр. Енисеем и Леной метаморфические породы слагают основание платформ — Русской и Сибирской. Они были обнаружены скважиной в Москве на глубине свыше 1500 м.
Метаморфические породы, залегающие в основании древних платформ, относятся к архею или протерозою. В геосинклинальных складчатых областях оплошные толщи метаморфических пород могут быть более молодыми, чем на платформах, но, как правило, они древнее периода проявления главной складчатости в этом районе.
Таким образом, в любой части коры земного шара на определенной глубине под толщей неметаморфизованных отложений можно встретить метаморфические породы. Для объяснения их происхождения была разработана теория регионального метаморфизма, под которым понимается метаморфизм на обширных площадях и определенных глубинах, связанный с общими физико-химическими условиями, господствующими на этих глубинах.
Основоположники теории регионального метаморфизма объясняли наличие таких условий исключительно большими глубинами. Исходя из среднего геотермического градиента (1° при углублении на 33 м) на глубине 33 км температура должна быть равна 1000°, что вполне достаточно для глубокого метаморфизма. С другой стороны, такие глубины характеризуются весьма большим давлением, которое повышается (прогрессивно) на каждые 100 м на 2,7 кг/см².
Таким образом, региональный метаморфизм возникает не вследствие каких-то спорадически действующих причин, а в связи с явлениями, типичными для глубоких частей земного шара. Вещество горной породы, попадая в иные условия, выходит из устойчивого равновесия и начинает приспосабливаться к новым условиям — происходит процесс перекристаллизации.
Если при постоянной температуре изменяется давление, то минералы, появляющиеся вновь в процессе перекристаллизации, обладают большим удельным весом и более плотной структурой элементарной ячейки. Так, из оливина и анортита на значительной глубине образуется гранат:
Mg2SiO4 + CaAl2Si2O8 ---> Ca,Mg2Al2Si3O12 оливин анортит гранат
Суммарный молекулярный объем двух первых минералов равен 145, а граната 121.
При повышении температуры происходит перекристаллизация и образование новых минералов. Этот процесс сопровождается поглощением тепла.
Все реакции, связанные с перекристаллизацией на глубине, происходят в условиях борьбы двух сил — расширения при нагревании и сжатия при сдавливании. Чем сильнее изменилась среда, тем более глубокие изменения происходят в породе. Некоторые ученые, например У. Грубенман, критерием изменения условий метаморфизма считали только глубину от поверхности Земли, на которой происходит явление метаморфизма, исходя при этом из равномерного увеличения давления и температуры с глубиной. На основании этого им были выделены три зоны метаморфизма: верхняя – эпизона, средняя – мезозона, нижняя – катазона. В каждой из этих зон степень метаморфизма различна, и она повышается с глубиной. Такое понимание зон метаморфизма долгое время было господствующим. Земная кора разделялась по степени метаморфизма как бы на дополнительные оболочки.
По мере накопления фактического материала выяснилось, что правило зависимости степени метаморфизма от глубины имеет много исключений. В одних участках земной коры регионально метаморфизованные породы встречаются на сравнительно меньших глубинах, чем в других областях. Это объясняется тем, что геотермическая ступень непостоянна, в геосинклиналях она намного больше, чем на платформах. Одни и те же температурные условия (например, 1000°) на золоторудном месторождении Витватерсранд (Африка) могут быть только на глубине 172 км, а в Бонанце (США) — на глубине 6,7 км (геотермическая ступень здесь 6,7 м).
Кроме того, существуют условия, которые резко изменяют ход и степень метаморфизма. Такими условиями являются процессы складчатости, вызывающие в земной коре повышение бокового давления и увеличение температуры — вот почему в период складкообразования в геосинклинальных областях явление регионального метаморфизма осуществляется на глубинах, значительно меньших, чем это должно было бы быть при нормальном распределении зон метаморфизма Грубенмана.
П. Ниггли и другие исследователи понятие о зонах метаморфизма не связывают так тесно с глубиной, и их зоны эпи-, мезо- и катаметоморфизма являются показателем не столько глубины, сколько условий, господствующих на этой глубине.
Зона эпиметаморфизма характеризуется умеренной температурой и относительно низким давлением. Здесь обычно действует одностороннее боковое давление, именуемое стрессом. Породы здесь разбиты трещинами, иногда катаклазированы, имеют брекчиевидную и сланцеватую текстуры. Температуры в этой зоне не превышают 366°, т. е. критической температуры воды, поэтому здесь образуются минералы, содержащие гидроксильную группу (ОН), водные силикаты и т.п. В этой зоне глины превращаются в филлиты, песчаники в кварциты, известняки в мрамор. Очень характерны хлоритовые, серицитовые, тальковые и слюдистые сланцы, часто образующиеся при метаморфизме глинистых и вулканогенных пород.
Для зоны метаморфизма очень характерно возникновение таких минералов, как хлорит, кварц, серицит, цеолиты, карбонаты; при тех же температурах, но при несколько большем давлении образуются: мусковит, эпидот, альбит, роговая обманка, биотит, актинолит, кварц, микроклин и др.
Зона мезометаморфизма характеризуется более высокими температурами, иногда исключительно сильным боковым и гидростатическим давлением. Текстура метаморфических пород этой зоны сланцеватая и гнейсовая. Образуются здесь главным образом безводные минералы – в большом количестве силикаты; окись кремния (SiO2) в условиях этой зоны очень активна и входит в состав вновь образующихся минералов.
В кремнистых известняках возникает очень характерный для этой зоны минерал волластонит: CaCO3 + SiO2 ---> CaSiO3 + CO2
Зоне мезометаморфизма свойственны такие породы, как гранато-слюдистые, роговообманковые сланцы, кварц-полевошпатовые гнейсы, графиты. Из минеральных ассоциаций характерны: 1) гранат, диопсид, эпидот, кварц, актинолит, силлиманит, 2) гранат, роговая обманка, волластонит; 3) плагиоклазы, мусковит, диопсид, актинолит и др.
Глинистые и кварцевые породы в этой зоне превращаются в слюдяные сланцы и гнейсы, кислые интрузивные породы — в гнейсы, а основные породы – в амфиболиты.
3она катаметаморфизма характеризуется высокой температурой ( более 3000) и большим гидростатическим давлением; боковое давление отсутствует. Степень изменения породы бывает настолько велика, что распознать исходный материал часто не удается. При этом изменяется текстура, структура и состав пород. Очень характерны для этой зоны кристаллические сланцы и гнейсы, например гиперстено-плагиоклазовые, а также эклогиты — породы, состоящие из оливина, граната, небольшого количества кварца и других минералов. Эти породы образовались, по-видимому, при метаморфизме пород основной магмы.
Из минеральных ассоциаций для зоны катаметаморфизма характерны ассоциации высокотемпературных минералов: гиперстен , плагиоклаз, оливин, гранат, кварц, силлиманит; присутствуют кордиерит, волластонит, корунд и др. Образование алмазов происходит, по-видимому, также в условиях зоны катаметаморфизма.
Таким образом, каждая зона метаморфизма характеризуется наличием определенных ассоциаций минералов, образование которых обусловлено наличием определенной температуры и давления.
Назад Далее...
|
