Тема 6. МЕТАМОРФИЧЕСКИЕ ГОРНЫЕ ПОРОДЫ

признаки
Общие свойства
Применение

с гр. – превращение) ранее существовавших осадочных и магматических горных

пород под воздействием высоких температур, давления и химической активности глубинных растворов (флюидов)
Исходные горные породы называются протолитами

1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ

метаморфического вещества с жилками, близкими по составу к граниту.
В мигматитах

присутствуют всегда создающие специфическую текстуру:
реликты исходной метаморфической породы (палеосама);
- новообразованные в ходе магматического и (или) метасоматического процесса прожилки или линзы (неосома), часть из которых близка по составу к граниту
Выделяют три генетических класса:
метасоматические мигматиты
метаморфические мигматиты
инъекционно-магматические мигматиты

Мигматиты

минерального состава, структуры, текстуры горных пород под воздействием давления, температуры

и химически активных веществ:
изохимический - без существенного изменения исходных пород;
аллохимический или метасоматоз - химический состав исходной породы существенно изменяется в результате привноса или выноса каких-либо компонентов
Процессы метаморфизма как бы заключают цикл изменений, происходящих с горными породами

2. Виды метаморфизма

давлением в глубинах Земли, когда крупные массивы горных пород земной

коры погружаются на эти глубины. Сопровождается перекристаллизацией пород, образованием новых минералов и сланцевой текстурой
Высокая температура достигается за счёт геотермического градиента, а давление – за счёт веса вышележащих пород.
Такой тип регионального метаморфизма называется метаморфизмом погружения.
Для этого вида метаморфизма характерно образование таких минералов, как кварц, полевые шпаты, слюда, гранаты, турмалин, роговая обманка, эпидот, корунд, апатит, хлорит, магнетит, графит, которые входят в состав образующихся в этих условиях различных метаморфических пород (гнейсы, кристаллические и метаморфические сланцы и т.д.).

переходят в безводные или бедные водой минералы;
образуется ряд рудных минералов,

иногда в промышленных количествах, например, железные руды в железистых кварцитах (Кривой Рог, Курская магнитная аномалия).
1) Низкая ступень – образуются филлиты, серициты, зеленокаменные породы, кремнистые сланцы.
2) Средняя ступень – мрамор, слюдистые сланцы, кварциты, кварцито-слюдистые сланцы.
3) Высокая ступень – мраморы, амфиболиты, гнейсы, кварциты, эклогиты.
4) Ультраметаморфизм – происходит частичное или полное переплавление горной породы. Возникающий при этом расплав послойно внедряется во вмещающие породы с образованием инъекционных гнейсов и мигматитов.

и давление растут он преобразуется сначала в филлит, затем в

кристаллический сланец и наконец в гнейс.

несланцеватые породы (без каких-либо направлений расщепления), такие как мраморы, кварциты,

скарны, роговики.
Наиболее распространены роговики, содержащие андалузит, хлорит, мусковит. Это породы серого, тёмно-серого и чёрного цветов. Их минеральный состав разнообразен и зависит от состава первичных пород (кварц, полевые шпаты, амфиболы и пироксены). Структура контактовых роговиков обычно микрокристаллическая, а текстура – массивная

одних минералов другими, но без изменения объема.
При метасоматическом изменении, главным

образом, магматических пород в контакте гранитных интрузий, возникают светлые крупнозернистые породы – грейзены. Для них характерны кварц, мусковит, турмалин, топаз, флюорит, берилл и др.

полным изменением её химического и минерального состава.
В отличие от

метаморфизма происходит активный привнос и вынос химических элементов.
Выделяют три разновидности метасомотоза:
контактовый – воздействие тепла и флюидов магматических тел на окружающие их породы. Приводит к образованию контактово-метасоматических пород, которые обрамляют интрузивы (особенно гранитного состава)
региональный – связан с региональными эндогенными потоками флюидов. Регионально-метасоматические породы формируются в тектонически активных зонах под влиянием мощных потоков флюидов
гипергенный – приурочен к зоне гиперегенеза. Образуются гипергенно-метасоматические породы.

Метасоматоз

(гранодиоритов)
с известняками и доломитами).
Скарны - обобщенное название
горных пород контактово-метасоматического

происхождения, в составе которых преобладают силикаты железа, кальция, магния и марганца.
К скарнам иногда бывают приурочены крупные месторождения полезных ископаемых – железа, вольфрама, свинца и цинка, меди и т.д. (гора Магнитная на Урале – образование магнитного железняка на границе изверженных и осадочных горных пород).

типа сбросов, развит в границах и совершается при сравнительно небольших

давлениях и довольно низкой температуре.
Происходит дробление крепких минералов или их деформации в первоначальной структуре и текстуре пород без образования трещин.
Формируются разнообразные породы: тектонические брекчии, катаклазиты, милониты (от мельница).

массой, обладает массивной текстурой.
Катаклазит - неполное разрушение материала, видны реликты

исходных пород, в той или иной степени деформированных.

Милонит - тонко измельченная масса, образующая породу, часто обладающую сланцеватой или линзовидно-полосчатой текстурой.

вызван высокоскоростным ударом метеорита.
Ударный кратер на поверхности земли называется астроблемой
На

земле обнаружено около 150 астроблем
При ударе горные породы нагреваются и частично плавятся, а в самом центре даже испаряются.
После остывания на днище кратера образуется слой импакта – горной породы с весьма необычными геохимическими свойствами, сильно обогащена редкими на земле элементами – иридием, осмием, платиной, палладием.

или с очень небольшим его количеством (импактированные породы мишени, брекчии)
расплавные

породы – продукты застывания импактного расплава (тагамиты, импактные стёкла, шлаки, пемзы)

Огромные ударные нагрузки (кратковременное, но резкое повышение давления). Отмечается разрушение кристаллической структуры некоторых плагиоклазов и они превращаются в аморфное стекловатое вещество. Образуются минералы, для которых необходимо сверхвысокое давление. Например, из кремнезёма очень высокой плотности – коэссит, а также алмазы.

первичной природы. К названию таких пород прибавляется приставка мета-. Например,

метапесчаник

Метаморфические – сформировались в результате глубоких метаморфических преобразований, уничтоживших в процессе перекристаллизации видимые признаки первоначальных структур, текстур и минерального состава исходных пород. Приводят к полной замене исходного минерального состава новыми минеральными парагенезисами (Например, песчаник – кварцит)

3. КЛАССИФИКАЦИЯ МЕТАМОРФИЧЕСКИХ ПОРОД

пород

Кливаж - система параллельных трещин, не совпадающих с первичной

текстурой породы, по которым порода легко раскалывается на отдельности:
кливаж течения - возникает при пластическом деформировании породы под действием тектонических напряжений, изменяется структура породы и образуется сланцеватость;
кливаж разлома - возникает при деформациях, т.е. крупных разрушениях, структура породы не изменяется.

4. Отдельность

магматические породы, их формы залегания должны совпадать с формами залегания

этих пород.
Так на основе осадочных пород сохраняется пластовая форма залегания, а на основе магматических — форма интрузий или покровов. Этим иногда пользуются, чтобы определить их происхождение.

5. Формы залегания

пород залегающих в форме ореолов и зон вокруг магматических тел
Метаморфические

породы, возникшие из глубинных магматических пород, более или менее сохраняют их первоначальную форму залегания
При метаморфизации осадочных пород слоистость сильно деформируется
При контактном метаморфизме образуются своеобразные оболочки метаморфических пород, окружающих магматические породы
Динамометаморфизм образует мощные зоны смятия, возникают сложные складки
При региональном метаморфизме изменённые осадочные породы часто сохраняют первичную слоистость
В процессе движения земной коры метаморфические породы могут быть выведены на дневную поверхность и являются почвообразующими породами

продуктах их изменения, другие – являются новообразованиями и специфичны для

отдельных видов метаморфических пород.
Изохимический метаморфизм - если химический состав породы не меняется
Аллохимический метаморфизм – происходит изменение структуры, текстуры и наступает полная перекристаллизация первичной породы
По минеральному составу:
мономинеральные (мрамор, кварцит);
полиминеральные (гнейс).

6. Диагностические признаки. Минеральный состав

магнезит, доломит, магнетит, гематит и др.;
второстепенные (акцессорные): тальк, хлорит, глинистые

минералы и др.

Химический состав
метаморфических горных пород соответствует составу исходных пород, кроме случаев метасоматоза.

перекристаллизации в твёрдом состоянии);
катакластическая – при тектоническом дроблении (катаклазы);
реликтовая (остаточная).

СТРУКТУРА

(кристаллическое строение)

или лепидобластовая (агрегат листоватых или чешуйчатых кристаллов);
волокнисто-зернистая или нематобластовая (агрегат

игольчатых или длиннопризматических кристаллов);
фибробластовая (агрегат волокнистых кристаллов).

По относительным размерам:
гомеобластовая (агрегат зёрен одинакового размера);
гетеробластовая (агрегат зёрен разных размеров);
порфиробластовая;
пойкилобластовая (наличие мелких вростков минералов в основной ткани породы);
ситовидная (обилие мелких вростков одного минерала в крупных кристаллах другого минерала).

гнейсы, мраморы, скарны, амфиболиты
Неравномерно-зернистая или порфировидная – слюдяные сланцы, амфиболиты
Скрытокристаллическая

структура – яшмы, роговики, большинство сланцев и кварцитов.
Разновидностью скрытокристаллической структуры является роговиковая структура – роговики

многих минералов
милонитовая – крайне тонкозернистая, отдельные обломки минералов не

различимы невооружённым глазом, т.к. перетёрты в тонкий порошок и перекристаллизованы (полностью или частично)

(отражающие неравномерность распределения компонентов в исходной горной породе);
новообразованные – отражают

специфику метаморфических процессов.
Для метаморфизма, протекающего в условиях повышенного давления характерно возникновение директивных (ориентированных) текстур:
– сланцеватая – свойственна породам начальных (низкотемпературных) ступеней регионального метаморфизма, имеющих тонко- или микрозернистое сложение, с параллельным расположением таблитчатых или чешуйчатых минералов. Порода легко раскалывается на тонкие пластинки по параллельных плоскостям (плоскостям сланцеватости);

ТекстурЫ (сложение) – способ заполнения пространства

сланцевой структурой)
Полосчатая (гнейсовая) – чередование полос различного минерального состава и

окраски, возникает на высоких ступенях регионального метаморфизма, имеет отчётливо зернистое сложение и при этом все уплощённые и удлинённые минералы ориентированы параллельно друг другу
Пятнистая – в полосах видны локальные утолщения (линзы, очки) – у некоторых гнейсов, у узловатых (пятнистых) сланцах – определяется кучным размещением минералов (пятнами, узлами) по общему однородному фону породы. Характерна для узловатых (пятнистых) сланцев, яшм, мраморов.
Массивная – отсутствуют закономерности в расположении минералов, развивающаяся при перекристаллизации однородных первичных пород без изменения расположения их зёрен. Порочное сложение породы при плотном, связном соединении минзёрен (кварцит)

среди сланцеватой массы породы
Катакластическая – отличается раздроблением и деформацией минералов
Гнейсовая

– параллельно расположены таблитчатые минералы, при малом содержании чешуйчатых полос различного минерального состава
Волокнистая – характерна для пород, сложенных волокнистыми и игольчатыми минералами , вытянутыми примерно в одном направлении
Очковая – с рассеянными в породе более крупными овальными зёрнами или агрегатами, обычно выделяющиеся по цвету (очковый гнейс)

обусловлено наличием жёстких, преимущественно кристаллизационных связей
Плотность: не имеет большого разброса,

т. к. среди них нет пористых разностей. Характерны средние значения плотности 2300 - 3000 кг/м³.
Практически водонепроницаемы
Некоторые зернистые породы (мрамор) растворяются в воде
Характерна анизотропность свойств, обусловленная их слоистостью, сланцеватостью
В большинстве случаев залегают на значительной глубине.

Свойства

движений участков земной коры.
Устойчивость: обладают меньшей устойчивостью к выветриванию, чем

другие породы. Это обусловлено резким отличием термодинамических условий на поверхности земли от условий в месте их образования. Основная масса трещин ориентирована вдоль сланцеватости. Поэтому оценка степени трещиноватости МетГП (наряду с изучением состава пород) требует особого внимания в ходе инженерно-геологических изысканий. Пониженная устойчивость на природных склонах и в бортах искусственных выработок, образуют тонкоплитчатые или листоватые весьма подвижные осыпи

узелёных сланцев до 400 МПа укварцитов. Жёсткие кристаллизационные связи между

новообразованными минералами у них менее прочны, чем, например, в магматических породах. Кроме того, на показатель прочности метаморфических пород, обладающих сланцеватостью, оказывает влияние их анизотропность (неоднородность свойств по разным направлениям). Поэтому значенияRсж, полученные в направлении параллельном сланцеватости, значительно меньше, чем в перпендикулярном направлении.

сохраняется в городских условиях, т.е. при воздействии влаги и дымовых

газов(весьма популярный в облицовке мрамор начинает разрушаться через 20 -130 лет, полное разрушение происходит через 100 -1200 лет; кварцит в городских условиях начинает разрушаться через 220 -470 лет, полное разрушение происходит через 1600 лет).

у пород, содержащих кальцит, доломит, магнезит и др.(мрамор бурно вскипает

при взаимодействии с 10%-ной соляной кислотой HCl).

С водой реагируют, т.е. растворяются в ней практически те же активные породы, их растворению способствует СО2.

количества разнообразных минералов и имеющие сланцеватую, ленточную и очковую текстуру,

легко выветриваются. При этом они распадаются на тонкие плиты или шестоватую щебенку. Элювий многих метаморфических пород дресвяный, напоминающий элювий интрузивных пород. Устойчивы к выветриванию мономинеральные породы массивной текстуры и однородной структуры (например, кварциты и роговики).
Продукты химического выветривания метаморфических пород очень многообразны в связи с особенностями химического состава, входящих в них минералов магматического, осадочного и метаморфического происхождения.

давления, высоких температур, водных химических растворов и др., в результате

изменения их состава, структуры, текстуры, прочности внутренних связей;
по внешнему виду и условиям залегания занимают промежуточное положение между магматическими и осадочными породами;
по минеральному составу ближе к магматическим породам.
совокупность эндогенных и гипергенных процессов определяют круговорот вещества земной коры в ходе эволюции планеты

7. Общие свойства

служить объектом строительной деятельности человека, являются хорошим скальным основанием для

зданий и сооружений, но при строительстве подземных сооружений сланцеватость оказывает неблагоприятное действие (по плоскостям сланцеватости возможны обвалы, особенно кровли горизонтальных подземных выработок).

8. ПРиминение

МетГП с массивной текстурой являются надёжным основанием сооружений. Осложнения могут возникнуть в тех случаях, когда МетГП обладают сланцеватостью. При небольших нагрузках опасности для зданий и сооружений не возникает, но если они являются подземными или подпорными, то от строительства на таких участках нередко приходится отказываться

естественном виде, пройдя лишь поверхностную обработку:
штучный камень-кварцит, мрамори др.;
~ монументальный

камень. Стоимость такого камня в большой степени зависит от его внешнего вида(белый скульптурный мрамор с розовым оттенком дороже, чем обладающий другими оттенками, т.к. изделия из него кажутся живыми, а серый или сиреневый оттенок придаёт скульптурам мёртвый вид).
~ облицовочный каменьтребует рационального применения(мрамор во внутренней облицовке стен устойчив, долговечен и декоративен; полы и лестницы из него получаются скользкие и при большом потоке людей быстро снашиваются; облицовка крыльца мрамором, особенно в условиях Сибири, недопустима);
дроблёный камень – гнейс, кварцит;

производство извести– мрамор;
- стекло производится с применением мрамора;
огнеупоры – получают

из кварцитов;

Другое применение метаморфических горных пород:
- металлургия –железистые кварциты;
- производство кислотоупоров –кварцит;
- производство абразивов–кварцит;
- сельское хозяйство–мрамор;
- источники ценных элементов- кварциты и некоторые другие МетГП являются рудами вольфрама, олова, меди, поделочными и ювелирными камнями –нефрит, лазурит, чароит, яшма и др.

– роговики (внедрение в пески, глины, известняки, глинистые сланцы) на

Аю-Даге (контакт магмы и пород таврической серии – аргиллиты, алевролиты, песчаники)