Метаморфические горные породы образуются в толще земной коры в результате изменения (метаморфизма) осадочных или магматических горных пород. Факторами, вызывающими эти изменения, могут быть: близость застывающего магматического тела и связанное с этим прогревание метаморфизуемой породы; воздействие отходящих от этого тела активных химических соединений, в первую очередь различных водных растворов (контактовый метаморфизм), или погружение породы в толщу земной коры, где на неё действуют факторы регионального метаморфизма —высокие температуры и давления.
Типичными метаморфическими Г. п. являются гнейсы, разные по составу кристаллические сланцы, контактовые роговики, скарны, амфиболиты, мигматиты и др. Различие в происхождении и, как следствие этого, в минеральном составе Г. п. резко сказывается на их химическом составе и физических свойствах.
Осадочные горные породы
Осадочные горные породы образуются на земной поверхности и вблизи неё в условиях относительно низких температур и давлений в результате преобразования морских и континентальных осадков. По способу своего образования осадочные породы подразделяются на три основные генетические группы: обломочные породы (брекчии, конгломераты, пески, алевриты) — грубые продукты преимущественно механического разрушения материнских пород, обычно наследующие наиболее устойчивые минеральные ассоциации последних; глинистые породы —дисперсные продукты глубокого химического преобразования силикатных и алюмосиликатных минералов материнских пород, перешедшие в новые минеральные виды; хемогенные, биохемогенные и органогенные породы — продукты непосредственного осаждения из растворов (например, соли), при участии организмов (например, кремнистые породы), накопления органических вещества (например, угли) или продукты жизнедеятельности организмов (например, органогенные известняки). Промежуточное положение между осадочными и вулканическими породами занимает группа эффузивно-осадочных пород. Между основными группами осадочных пород наблюдаются взаимные переходы, возникающие в результате смешения материала разного генезиса. Характерной особенностью осадочных Г. п., связанной с условиями образования, является их слоистость и залегание в виде более или менее правильных геологических тел (пластов).
Что такое «метаморфизм»? напишите факторы и виды метаморфизма
метаморфизм — процесс твердофазного минерального и структурного изменения горных пород под воздействием температуры и давления в присутствии флюида.
Выделяют изохимический метаморфизм — при котором химический состав породы меняется несущественно, и не изохимический метаморфизм (метасоматоз) для которого характерно заметное изменение химического состава породы, в результате переноса компонентов флюидом.
По размеру ареалов распространения метаморфических пород, их структурному положению и причинам метаморфизма выделяются:
Региональный метаморфизм который затрагивает значительные объемы земной коры, и распространен на больших площадях.
Метаморфизм сверхвысоких давленийспецифический вид регионального метаморфизма пород континентальной коры, при котором давления достигают 27 — 60 кбар, (то есть соответствуют глубинам 90 — 180км, что в 3 — 4 раза превышает мощность континентальной коры), а температура составляет 550—900 °С.
Контактовый метаморфизм процесс изменения минерального состава, структуры и текстуры горных пород в результате прогрева со стороны магматического расплава и постмагматических флюидов.
Проявляется вблизи интрузивных массивов, кристаллизовавшихся на малых и средних глубинах (до 10—12 км), которые внедряются в осадочные или ранее существующие изверженные породы и вносят в земную кору избыточное тепло (термометаморфизм). На больших глубинах контактовые ореолы сливаются с полями регионально-метаморфических пород и не фиксируются.
Динамометаморфизм происходит в зонах разломов, связан со значительной деформацией пород.
Импактный метаморфизм процесс преобразования структуры и минерального состава горных пород в результате падения крупных метеоритов на поверхность Земли. Не имеет никаких генетических связей со всеми остальными типами метаморфизма.
Импактный метаморфизм характеризуется высокими и сверхвысокими температурами и давлениями, а также кратковременностью метаморфических превращений. Породы, образующиеся в результате импактного метаморфизма, называются импактитами. Для них характерны такие высокобарные фазы, как алмаз, коэсит, стишовит.
Основные факторы метаморфизма
Основными факторами метаморфизма являются температура, давление и флюид.
Температура - важнейший фактор метаморфизма, влияющий на процессы кристаллообразования и определяющий состав минеральных ассоциаций. Метаморфические преобразование горных пород происходит в температурном интервале 250 -1100°C. Именно на этом рубеже, в связи с резким возрастанием скоростей химических реакций, проводится граница между диагенезом и метаморфизмом.
Флюидом называются летучие компоненты метаморфических систем. Это в первую очередь вода и углекислый газ. Реже роль могут играть кислород, водород, углеводороды, соединения галогенов и некоторые другие. В присутствии флюида область устойчивости многих фаз (особенно содержащих эти летучие компоненты) изменяются. В их присутствии плавление горных пород начинается при значительно более низких температурах.
Опишите кристаллические сланцы и кварциты
Сланцы — горные породы, характеризующиеся почти параллельным расположением входящих в их состав вытянутых или пластинчатых минералов и обладающие способностью раскалываться на тонкие пластинки.
Выделяю две большие самостоятельные группы среди сланцев: глинистые сланцы и кристаллические сланцы.
Глинистый сланец - твердая глинистая порода явственно сланцеватого сложения, темно-серого, черного, реже красноватого или зеленоватого цвета. Встречается в самых древних геологических отложениях и представляет уплотненную и измененную давлением и позднейшими метаморфическими процессами глину. В однородной массе его нередко выдаются кристаллы серного колчедана, прожилки кварца и зерна известкового шпата. Микроскоп открывает, сверх того, в этой породе постоянную примесь зерен кварца, листочков слюды, желтоватых, характерных для глинистого сланца иголочек рутила и многие менее распространенные минералы. По строению, физическим свойствам и минералогическому составу различают: кровельный и аспидный сланцы, первый: серого, второй черного цвета; легко колются на тонкие ровные пластинки, имеют обширное техническое применение; грифельный сланец - мягкий, серый, колется на длинные столбики; точильный сланец - очень твердый, богатый кремнеземом, желтовато- или зеленовато-серого цвета; рисовальный сланец - мягкий черный, богатый углистым веществом; квасцовый сланец - черный, рыхлый, проникнут углистым веществом и серным колчеданом. В России сорта глинистого сланца, наиболее полезные в техническом отношении, известны в Подольской, Херсонской и Екатеринославской губерниях, в Крыму, на Кавказе, Урале и в Олонецкой губернии.
Глинистые сланцы используются в качестве облицовочного, кровельного и шиферного материала.
Кварцит
регионально-метаморфизованная горная порода, сложенная в основном зернами кварца, макроскопически неразличимыми между собой и сливающимися в сплошную плотную массу с занозистым или раковинным изломом. Кроме кварца в К. часто встречаются и другие минералы, по которым выделяются специальные разновидности К.: слюдистые, гранатовые, роговообманковые и др. Образование К. связано с перекристаллизацией песчаников в процессе регионального метаморфизма. К К. относят также некоторые кремнистые породы, являющиеся продуктами цементации кварцевых зёрен опалом или метасоматические замещения известняков и др. карбонатных пород кремнезёмом. Железистые К., в которых, кроме кварца, присутствуют гематит или магнетит, образуются в результате перекристаллизации железистых песчаников или кремнистых сланцев. К. характеризуются большим содержанием SiO2 (95—99%), высокой огнеупорностью до 1710—1770 °С и механической прочностью; временное сопротивление сжатию — 100—455 МН/м2 (1000— 4550 кгс/см2).
К. залегают среди разнообразных метаморфических пород в виде сплошных пластовых тел большой протяжённости. Особенно широко распространены К. в отложениях протерозоя. Многие разновидности К. — ценные полезные ископаемые. Железистые (магнетитовые) К. — важнейшая железная руда (например, месторождения Кривого Рога и Курской магнитной аномалии в СССР, оз. Верхнего в США, Лабрадора в Канаде). К., в которых содержание SiO2 достигает 98—99%, используются для изготовления динасовых огнеупорных изделий
Метаморфические горные породы образуются в результате преобразования осадочных и магматических пород под действием высоких температур и давлений под влиянием внедрения магмы в ранее сформированные породы, а также под воздействием поверхностно-активных веществ (ПАВ).
Метаморфический процесс протекает на некоторой глубине от поверхности земли, куда в результате горообразовательных процессов могут погружаться осадочные породы.
К числу основных факторов метаморфизма относят температуру, давление, флюиды.
Флюиды — жидкие или газообразные компоненты магмы или циркулирующие в глубинах Земли насыщенные газами растворы.
Все эти факторы вызывают изменения первоначального строения пород, их химического и минерального состава, структуры и текстуры. Характер изменения пород различен: от уплотнения до полной перекристаллизации минералов, слагавших исходные породы.
Метаморфические породы являются вторичными. Степень метаморфизма различна.
Различают следующие типы метаморфизма:
1) Контактовый. Этот процесс развивается на контакте между внедрившейся расплавленной магмой с вмещающими ее горными породами.
Последние, подвергаясь воздействию высокой температуры (850°С и более), газообразных компонентов и горячих растворов, претерпевают ряд изменений. При контактовом метаморфизме существенно изменяется химический и минералогический состав. Так, при контактовом метаморфизме из известняков образуются новые породы — мрамор, скарны, а из глин — роговики.
Строение пород контактового метаморфизма кристаллическое, сахаровидное, массивное, слабослоистое. Минеральный состав часто существенно изменяется.
2) Динамометаморфизм. Это преобразование исходных пород происходит под действием высокого давления, которое возникает при процессах горообразования или же в силу давления толщ вышележащих горных пород.
При этом типе метаморфизма новых минералов не образуется.
В процессе динамометаморфизма в основном образуются породы типа глинистых сланцев.
При динамомстаморфизме образуются мощные зоны смятия, возникают сложные складки.
Наиболее распространен региональный (глубинный) метаморфизм, проявляющийся на больших площадях в толще земной коры. Этот тип метаморфизма горных пород приурочен к большим глубинам и развивается при совместном взаимодействии температур и высокого давления.
В этом случае минеральный состав пород иногда существенно меняется. Породы приобретают характерное кристаллическое, сланцевое, полосчатое и плотное строение.
Особенно интенсивно он протекает с глубины 6—8 км.
В дальнейшем уже метаморфизированные породы под действием горообразовательных движений могут быть подняты в верхние части земной коры и обнажены в процессе выветривании.
При метаморфизме рыхлые породы переходят в прочные, так называемые «скальные породы». В силу этого их строительные качества улучшаются. Они приобретают водоустойчивость, повышается их плотность и сопротивление сдвигу, уменьшается сжимаемость и т. д.
Магматические породы в процессе метаморфизма в целом несколько ухудшают строительные качества благодаря развитию сланцеватости.
Метаморфические породы в большинстве случаев имеют ясно выраженную кристаллическую структуру (например, гранобластическая).
Текстура метаморфических пород разнообразна. Она может быть массивной, слоистой, сланцеватой.
Физико-механические свойства метаморфических горных пород во многом близки к магматическим, что обусловлено наличием у них жестких преимущественно кристаллизационных связей.
Все метаморфические породы, не будучи измененными (сильно выветрелыми, трещиноватыми), имеют прочность, значительно превышающую нагрузки, существующие в строительной практике.
Метаморфические породы практически водонепроницаемы и, за исключением карбонатных разновидностей (мраморы, скарны), не растворяются в воде. Деформируемость и фильтрация этих пород возможны только по трещинам, а также в выветрелых зонах.
Свойства метаморфических пород зависят от условий метаморфизма. Наиболее прочными и устойчивыми к выветриванию являются породы регионального метаморфизма, особенно кварциты. Сопротивление кварцитов сжатию превышает 150-200 МПа, их пористость ничтожна: величина их водопоглощения и водонасыщения составляет 0,2—0,3%. Кварциты морозостойки и очень слабо выветриваются. Близки по свойствам к кварцитам гнейсы, хотя и обладают меньшей морозостойкостью. Так, величина временного сопротивления на сжатие после испытания гнейсов может уменьшиться в 1,5-2 раза (с 100-120 до 45-80 МПа).
Наименее устойчивы к выветриванию глинистые сланцы. Они могут разрушаться при водонасыщении, не морозостойки, хотя устойчивы к химическому выветриванию.
Физические и механические свойства мраморов зависят от их структуры и текстуры. Чем более крупнозернистая структура мрамора, тем ниже величина его сопротивления сжатию (от 100 МПа - для мелкозернистого до 50-60 МПа - для крупнозернистого). Прочность мрамора снижается при водонасыщении и после испытания на морозостойкость. Мрамор очень слабо растворяется в воде, содержащей углекислоту. Мраморы сравнительно легко выветриваются, особенно при воздействии на них воды и сернистых газов. Легко поддаются обработке и хорошо полируются.
Мрамор — ценный облицовочный строительный материал. Помимо этого, широко применяется для орнаментов, скульптурных изделий, в электротехнике. Используется иногда как щебень для цветных штукатурок, декоративного бетона.
Кварцевые песчаники в процессе динамо-метаморфизма переходят в кварциты. Окраска различна, чаще розовая, серая, желтоватая. Кварцит состоит из кварца с примесью слюды, хлорита и некоторых других минералов. Разновидность этих пород — железистые кварциты, представляющие собой тонкослоистые породы, состоящие из магнетита, гематита и кварца. Сланцеватые разновидности носят название кварцитовых сланцев.
Кварцит — хороший строительный и облицовочный материал. Применяется в качестве абразивов, кислотоупорного и штучного камня, в производстве огнеупора, как щебень. Железистые кварциты являются железной рудой.
Гнейс. Эта порода - конечный продукт метаморфизма многих осадочных и кислых магматических пород. Окраска обычно светлая — серая, зеленоватая. По составу минералов сходен с породами гранитового типа, т. е. содержит кварц, полевые шпаты, слюды, роговую обманку, иногда авгит. Структура сланцевато-кристаллическая. Текстура полосчатая, что обусловлено линейным расположением чешуек слюды и роговой обманки. Более широкие и светлые полосы сложены кварцем и полевыми шпатами.
Наибольшая прочность гнейса на сжатие — в перпендикулярном к полосчатости направлении. При ударах раскалывается по полосчатости. Обладает малым сопротивлением выветриванию, особенно если в состав входит пирит.
Применяется как строительный камень и щебень. Гнейсы с ленточной текстурой дают красивые поверхности при полировке и используются как облицовочный материал.
Филлит (кровельный сланец)—типичная сланцевая порода. В своем составе содержит тонкозернистый кварц и слюды. В качестве примесей могут быть хлорит, тальк и глинистые минералы. Обладает тонкосланцеватой текстурой. Цвет черный или темно-серый. Прочность низкая. Из филлита легко выкалываются тонкие плитки, поэтому его используют в качестве кровельного материала.
Слюдяные сланцы - сланцеватые породы, состоящие из кварца, чешуек слюды и хлорита. В отличие от филлита зерна этих минералов более крупные и видимы невооруженным глазом. Названия слюдяных сланцев дают по типу слюд или по вторичным составным минералам (биотитовые, мусковитовые, гранатовые, полевошпатовые и т. д.). Слюдяные сланцы используются для получения тепло- и электроизоляционных плит.
Со слюдяными сланцами сходны сланцевые породы: тальковые, хлоритовые, амфиболовые, песчано-углистые и др.
Песчано-углистые сланцы в подавляющем большинстве случаев сланцы малопригодны для применения в строительстве. Они представляют собой прекрасный бутовый камень и щебень.
Тальковые сланцы находят применение в качестве сырья для производства огнеупоров, керамики, а также в бумажной, резиновой и парфюмерной промышленности.
Контрольные вопросы:
1. Как образуются магматические горные породы?
2. Какие структуры и текстуры характерны для интрузивных и эффузивных горных пород?
3. Классификация магматических пород по содержанию кремнезема.
4. Классификация осадочных горных пород по происхождению.
5. Перечислить типы цементации и составы цемента.
6. Типы метаморфизма и их особенности.
7. Какие выделяют текстуры и структуры в метаморфических породах?
8. Свойства метаморфических пород и их применение.