Условия образования метаморфических горных пород и развитие их в земной коре

        МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН КАСПИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ТЕХНОЛОГИЙ И ИНЖИНИРИНГА ИМЕНИ Ш.ЕСЕНОВА

ИНСТИТУТ «НЕФТИ И ГАЗА»

КАФЕДРА «ГЕОЛОГИЯ»

 

 

 

 

 

Реферат

 

         На тему: «Условия образования метаморфических горных пород и

                            развитие их в земной коре».           

         По дисциплине: Геотехника-I

 

 

 

 

 

 

 

                                                                  Выполнила: студент гр.С-10-3

                                                                                           Торекулова К. С.

                                                                   Проверил: доцент кафедры «Геология»

                                                                                           Дюсемалиев Х. А.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 Актау - 2012 г.

Содержание:

 

1. Введение
2. Основная часть
1. Процесс метаморфизма
2. Условия проявления метаморфизма
3. Типы метаморфизма
3. Заключения
4. Список литературы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                    Введение

Метаморфизм – это  процесс преобразования горных пород  под воздействием эндогенных факторов при сохранении твердого состояния. Метаморфические горные породы образуются в результате сложных преобразований в составе и строении горных пород в связи с воздействием на них высоких температур и давлений. С каждым типом метаморфизма (региональным, дислокационным, контактном и ударном) связаны определенные породы. С региональным, типичным для обширных платформенных территорий, связан наиболее обширный спектр пород. Ближе к поверхности (но на достаточной глубине!) образуются породы так называемой зеленокаменной фации, содержащие много зеленого минерала хлорита. Наиболее типичны для этой зоны сланцы - породы со сланцеватым строением и серпентиниты. Глубже, т.е. при более высоких температурах и давлении, формируются более плотные кристаллические сланцы, гнейсы, амфиболиты и, как результат частичного переплавления амфиболитов, - мигматиты. На больших глубинах, близ границы раздела с мантией, возникают гранулиты и эклогиты - своеобразные плотные кристаллические породы с набором метаморфических минералов.

Динамометаморфизм (дислокационный) сопровождается образованием материала  разрушения материнской породы, в  котором присутствуют метаморфические  новообразования (хлорит, тальк, слюда). Эти рыхлые породы называются милонитами. Уплотняясь, милониты приобретают сланцеватое строение. В этой уже крепкой породе все минеральные зерна и их агрегаты расплюснуты. Такие породы называют бластомилонитами.

При контактовом типе метаморфизма преобразованию подвергаются породы, контактирующие с внедрившейся интрузией. Если вмещающей породой являются известняки, а из магмы выделяется большое количество горячих минерализованных газов и паров воды, в зоне контакта образуется разнокристаллическая своеобразная порода, называемая скарном. Скарны - породы, являющиеся настоящей природной кладовой промышленных скоплений железа, вольфрама, олова, цинка и многих драгоценных камней. При простом обжиге пород в контактной зоне образуются роговики.

Падение на Землю метеоритов вызывает процесс ударного метаморфизма. Разумеется, степень метаморфизма в  таких зонах (астроблемах) максимальна в точке удара и конусовидно сокращается с глубиной. Породы, возникшие в результате ударного типа метаморфизма, объединены общим названием - импактиты. С ними связаны месторождения алмазов и гранатов.

Таким образом, метаморфические  горные породы очень и очень разнообразны. Различать их может помочь знание особенностей строения и набора типично  метаморфических минералов.

 

 

 

                                       2.1. Процесс метаморфизма

 

Метаморфизм — преобразование горных пород под действием эндогенных процессов, вызывающих изменение физико-химических условий в земной коре. Преобразованию могут подвергаться любые горные породы — осадочные, магматические и ранее образовавшиеся метаморфические. В физико-химических условиях, отличных от тех, в которых образовались горные породы, происходит изменение их минерального состава, структуры и текстуры. Изменение минерального состава при метаморфизме может протекать изохимически, то есть без изменения химического состава метаморфизуемой породы и метасоматически, то есть со значительным изменением химического состава метаморфизуемой породы за счет привноса и выноса вещества. Изменение структуры и текстуры пород обычно происходит в процессе перекристаллизации вещества. Особенность метаморфических процессов заключается в том, что они протекают с сохранением твердого состояния системы, без существенного расплавления пород. Лишь при определенных физико-химических условиях метаморфизм сопровождается частичной или полной кристаллизацией исходных пород. Процессы подобного характера объединяются под названием ультраметаморфизма.

В зависимости от интенсивности  метаморфических процессов наблюдается постепенный переход от слабо измененных пород, сохраняющих состав и структуру исходных разностей, до глубоко преобразованных пород, первичная природа которых практически утрачена.

Метаморфизм представляет собой сложное физико-химическое явление, обусловленное комплексным воздействием температуры, давления и химически активных веществ. Он протекает без существенного изменения химического состава первичных пород. Различают следующие виды метаморфизма.

Температура — важнейший  фактор термального метаморфизма, влияющий на процессы минералообразования и определяющий формирование тех или иных минеральных ассоциаций. При повышении температуры резко увеличивается скорость химических реакций и возрастает интенсивность процессов перекристаллизации. Повышение температуры способствует экзотермическим метаморфическим реакциям, идущим с поглощением тепла, вызывает дегидратацию гидроксилсодержащих минералов, декарбонатизацию карбонатов и приводит к образованию высокотемпературных минералов, лишенных конституционной воды. Перекристаллизация в условиях роста температур приводит к появлению более крупнозернистых структур.

Температурный интервал, в пределах которого происходят типичные метаморфические преобразования, согласно данным В. С. Соболева (1970 г.), находится в пределах 300—1000 °С. Ниже 300 °С вследствие резкого падения скорости химических реакций метаморфические превращения почти не происходят или совершаются крайне медленно; верхний предел ограничен температурой начала плавления наиболее распространенных горных пород и отвечает условиям образования магмы.

В общем случае интенсивность  преобразований, связанных с воздействием температуры, увеличивается с глубиной залегания пород и ростом продолжительности  теплового воздействия. Однако прямой зависимости здесь не существует, поскольку в разных зонах коры значения теплового потока и геотермического градиента различны. Этим объясняется неодинаковая степень температурных преобразований пород, залегающих на сопоставимых глубинах, но в различных областях земного шара.

Давление — фактор динамометаморфизма. Различают воздействие  геостатического (петростатического) давления, которое создается массой вышележащих толщ пород, и направленного  давления (стресса), вызываемого тектоническими движениями.

Геостатическое давление способствует реакциям, идущим с сокращением объема твердой фазы, и приводит к образованию минералов с более плотной упаковкой (и большой плотностью). Кроме того, геостатическое давление вызывает повышение температуры плавления минералов, расширяя тем самым интервал температурных преобразований в твердой фазе. В условиях всестороннего давления формируются породы с однородной массивной текстурой.

Направленное давление (стресс) проявляется в деформации пород и приводит к изменению  их структурно-текстурных особенностей. Под влиянием стресса минералы в породе приобретают закономерную ориентировку, располагаясь длинными осями и плоскостями спайности перпендикулярно к направлению давления. При этом формируются так называемые сланцевые текстуры, характерные для обширной группы метаморфических пород — сланцев. Кроме того, стресс оказывает каталитическое воздействие на процессы минералообразования, ускоряя или замедляя их, и, вызывая дробление пород, повышает их фильтрационные свойства, что способствует циркуляции метаморфизующих растворов.

Изменения геостатического  и направленного давления с глубиной неодинаковы: если первое в общем  увеличивается, то второе, наоборот, ослабевает. На глубинах свыше 10 км направленные давления практически не проявляются, поскольку  сокращение объема пустотного пространства в условиях высокого геостатического давления приводит к пересыщению породы растворами и преобразованию направленного давления в геостатическое. Однако и геостатическое давление контролируется не только глубиной. Согласно расчетным данным его величина в подошве земной коры не превышает 1300 МПа. Между тем изучение минералов, полученных экспериментальным путем, и сопоставление их с естественными ассоциациями минералов метаморфических пород показывают, что давления при метаморфизме в земной коре могут достигать 2500 МПа. Отсюда следует, что при определенных условиях величина давления зависит не только от массы вышележащих толщ пород, но в значительной степени и от процессов направленного сжатия (в том числе и в горизонтальном направлении), которые вызывают аномальное увеличение давления на относительно небольших глубинах.

Все метаморфические  процессы делятся на две большие  группы: 1) метаморфизм локальный, умеренных  глубин или местный, 2) региональный метаморфизм или глубинный.

1. Локальный метаморфизм, в свою очередь, подразделяется на а) автометаморфизм; б) контактовый; в) гидротермальный (средне - и низкотемпературный).

Автометаморфизм — это процесс изменения магматических горных пород после их отвердения или застывания под действием остаточных растворов, циркулирующих в этой же породе и являющихся порождением этой же магмы.

Примеры, серпентинизация  ультраосновных и основных горных пород, иногда — доломитов, хлоритизация диабазов.

Контактовый метаморфизм протекает на границе расплавленной магмы с вмещающими горными породами при воздействии тепла, флюидов (вода, бор, инертные газы) идущих от магмы. Ореол или зона контактовых воздействий часто достигает 2–5 км от магматической горной породы. Для этого типа метаморфизма весьма характерен метасоматоз, то есть замещение одних минералов или горных пород другими.

Примеры, контактовые  роговики, скарны (образуются при воздействии  на карбонатные горные породы). Гидротермальный метаморфизм — процесс изменения горных пород под воздействием термальных водных растворов, выделяющихся в результате кристаллизации и застывания многих изверженных горных пород. Здесь также большое значение имеют процессы метасоматоза.

2. Региональный метаморфизм проявляется, как это явствует из названия, регионально на больших площадях в подвижных частях земной коры при погружении больших территорий на глубину под воздействием тектонических процессов, и, возникающих при этом больших давлений и высоких температур.

В результате этого типа метаморфизма из известняков и доломитов возникают мраморы, из гранита, диорита или сиенита — гранитогнейсы, сланцы и амфиболиты. На больших и средних глубинах при воздействии температуры и давления породы как бы опять размягчаются или даже расплавляются и текут. Массивные текстуры при этом превращаются в ориентированные (полосчатые, линейные, гнейсовидные, сланцеватые и т. п. текстуры).

На небольших глубинах в породах возникают сланцеватые, дробленные, перетертые или глинистые  породы. Если эти измененные породы приурочиваются к каким-то линиям, то говорят о приразломном локальном дислокационном метаморфизме — динамометаморфизме. Образуемые при этом породы носят название милониты (от греч. milon мельница), брекчии, сланцы, филлониты, катаклазиты и какириты (рис. 1.).

 

 

 

Рис. 1. Вертикальная зональность развития тектонитов вдоль разлома

 

В процессе метаморфизма образуются месторождения железа, графита, глиноземистых пород и др. Важное практическое значение имеют мраморы и кварциты. При метаморфизме происходит перераспределение и концентрация золота, меди, полиметаллов и др.

 

 

 

 

 

 

                 2.2. Условия проявления метаморфизма

 

В природных условиях в различных участках земной коры совместно проявляются несколько  факторов метаморфизма, однако масштаб  их проявления в целом и относительная  роль каждого фактора в метаморфическом  процессе определяются конкретной геологической  обстановкой. По особенностям пространственного размещения и размаху процесса различаются два основных типа метаморфизма: локальный и региональный. Метасоматический метаморфизм может сопровождать метаморфизм любого типа и поэтому развивается как в локальных, так и в региональных условиях.

Локальный метаморфизм  контролируется конкретными структурными элементами — разломами, контактами с интрузивными породами, пликативными дислокациями. Образующиеся при этом метаморфические породы связаны  постепенными переходами с неметаморфизованными толщами. К локальным формам проявления метаморфизма относятся контактовый и катакластический метаморфизм.

Контактовый метаморфизм  проявляется в пределах ореолов  химического и термального воздействия  интрузий на вмещающие породы. Основными факторами этого метаморфизма являются температура и химически активные вещества. По данным В. С. Соболева, температурный интервал, в котором происходит типичный контактовый метаморфизм, заключается в пределах 550—900 °С. Процесс идет при относительно низких давлениях и широком развитии метасоматоза. Летучие компоненты магмы, проникая в виде растворов и газов в окружающие породы, вступают с ними в реакцию и приводят к резкому изменению их химического состава. Особенно значительны воздействие химических агентов и проявление метасоматоза на контакте вмещающих пород с интрузиями кислого состава; интрузий основных и ультраосновных магм оказывают в основном термальное воздействие на окружающие отложения. В целом величина контактового ореола, степень метаморфизма вмещающих пород в ореоле и характер преобразований зависят от температуры, объема и состава внедрившегося расплава. Типичными породами контактово-термального метаморфизма являются роговики; к породам, образовавшимся в результате контактово-метасоматических процессов (метасоматитам), относятся скарны, грейзены, вторичные кварциты. С метасоматитами связано большое количество месторождений полезных ископаемых (олово, вольфрам, молибден, золото, полиметаллы).

Катакластический метаморфизм, или динамометаморфизм, происходит под действием направленных давлений и заключается в механическом разрушении (дроблении и перетирании) пород — катаклазе. Катакластический метаморфизм проявляется в тех случаях, когда величина направленного давления превышает предел прочности пород. В результате катакластического метаморфизма в чистом виде, без участия температурного фактора и термальных растворов, образуются катакластические породы с различной степенью раздробленности: тектонические брекчии, катаклазиты,-милониты. Однако в чистом виде катакластический метаморфизм происходит редко, поскольку областями его максимального проявления служат зоны глубинных разломов, являющиеся в то же время и основными путями подъема тепла и термальных растворов из недр.

Региональный метаморфизм  проявляется на обширных участках и охватывает огромные объемы пород, в пределах которых отсутствуют переходы к неметаморфизованным отложениям. Факторами регионального метаморфизма являются температура, давление и химически активные вещества, действующие совместно. При региональном метаморфизме осуществляются и изохимические и метасоматические процессы. Формирующиеся при этом породы отличаются большим разнообразием — сланцы, гнейсы, кварциты, мраморы, амфиболиты, гранулиты, эклогиты.

Региональный метаморфизм  обычно связан с активными геосинклинальными областями, однако в отношении условий его проявления существуют две принципиально различные точки зрения. В соответствии с первой точкой зрения причиной его является длительное, устойчивое прогибание участков земной коры, при котором осадочные и вулканогенные толщи, погружаясь, попадают в условия все более высоких температур и давлений. Однако исследования последних лет показали, что прогибание коры само по себе не является причиной метаморфизма. В прогибах, где нет складкообразовательных движений и других деформаций, обычно отсутствуют и проявления регионального метаморфизма. В Прикаспийской впадине, например, мощность практически неметаморфизованных осадочных отложений достигает 25 км. Эти факты послужили основанием для того, чтобы соотносить региональный метаморфизм с орогенной стадией развития коры, характеризующейся интенсивным складкообразованием, подъемом магматических масс и генетически связанных! с ними термальных растворов. Последняя точка зрения развивается в трудах Д. С. Коржинского, Ю. А. Кузнецова, А. А. Маракушева и завоевывает все большее признание.

В обстановке регионального  метаморфизма процессы преобразования пород могут достигать максимальной интенсивности, приобретая характер ультраметаморфизма. Он обычно протекает на большой глубине в пределах складчатых областей, где термодинамические условия допускают частичное или полное переплавление пород. Главнейшие процессы ультраметаморфизма — анатексис, палингенез и гранитизация.

Анатексис — частичное, избирательное выплавление минералов кварц-полевошпатового состава из исходных пород. В различных количествах расплав такого состава может получаться из любых осадочных и пирокластических пород (за исключением карбонатов, эвапоритов и некоторых других).

Палингенез — полное переплавление исходных пород определенного состава с образованием гранитной магмы. Это явление обычно связано с переплавлением гранито-гнейсов и осадочных пород, химический состав которых отвечает гранитам.

Гранитизация — процесс химического и минерального изменения пород любого состава с превращением их в граниты. Согласно Д. С. Коржинскому (1952 г.) и А. А. Маракушеву (1973 г.) в процессе гранитизации исходная порода обязательно проходит стадию магматического расплава. Агентами гранитизации являются растворы, которые вызывают расплавление исходной породы, а затем, диффундируя через расплав, изменяют его состав до состава гранитной магмы. Компоненты гранитов при этом растворяются в образовавшейся магме, а компоненты, «избыточные» по отношению к составу гранитной магмы, выносятся растворами за пределы магматического очага.

 

Тип метаморфизма	Факторы метаморфизма
Метаморфизм погружения	Увеличение давления, циркуляция водных растворов
Метаморфизм нагревания	Рост температуры
Метаморфизм гидратации	Взаимодействие горных пород с водными растворами
Дислокационный метаморфизм	Тектонические деформации
Ударный метаморфизм	Падение крупных метеоритов.

 

 

Классификация метаморфических  горных пород.
название групп пород		примеры пород
регионально- метаморфические	эпизоны	филлиты, хлоритовые, тальковые
	мезозоны	слюдяные сланцы, мраморы, кварциты, амфиболиты
	катазоны	гнейсы, кварциты, мраморы
	зоны ультраметаморфизма	мигматиты
контактово- метаморфические	собственно контактово-метаморфические	роговики
	контактово- метасоматические	скарны, грейзены
динамометаморфические	динамометаморфические	тектонические брекчии,милониты

 

 

 

 

 

                             2.3. Типы метаморфизма

 

По преобладающей роли в процессе тех или иных факторов, а также в зависимости от масштабов явлений метаморфизма в пространстве выделяют отдельные виды, или типы метаморфизма. Основными типами метаморфизма являются региональный, контактовый и динамометаморфизм.

Региональный метаморфизм  является наиболее распространенным и важным видом метаморфизма, поскольку охватывает огромные площади или целые регионы. Он проявляется в условиях, когда отдельные участки земной коры испытывают длительное прогрессивное погружение, в результате чегогорные породы перемещаются из верхних горизонтов земной коры в более глубокие. Обычно прогибание компенсируется осадконаполнением и в качестве главных факторов регионального метаморфизма, таким образом, выступает петростатическое давление и температура, постепенное повышение которой обусловлено геотермическим градиентом; существенную роль также может играть односторонне боковое давление и химически активные вещества.

В глубинных зонах  земной коры может проявляться особая стадия регионального метаморфизма, называемая ультраметаморфизмом. Расплавы, возникающие при ультраметаморфизме и имеющие обычно гранитный состав, проникают во вмещающие породы, пронизывают их, образуя своеобразные породы смешанного состава - мигматиты. Широко развиты мигматиты в пределах древних щитов - Балтийского, Украинского, Алданского.

Контактовый метаморфизм  проявляется на контактах магматических  расплавов, внедряющихся в земную кору, с вмещающими породами. Вблизи контакта образуется ореол метаморфических  пород, который обычно захватывает  как окружающее магматическое тело породы, так и краевые части самого магматического тела. Ширина зоны контактового изменения (контактового ореола) может изменяться от сантиметров до первых километров. Основными причинами изменения горных пород в зонах контактов являются температура, возрастающая благодаря тепловому воздействию магматических масс на вмещающие породы, и химически активные газовые и жидкие растворы, выделяемые магматическими расплавами.

Процесс замещения одних  минералов другими, протекающий  при участии газовых и жидких растворов и сопровождающийся изменением химического состава минеральных образований называется метасоматозом, а разновидность метаморфизма - контактово - метасоматическим. В зависимости от агрегатного состояния растворов различают пневматолитовый и гидротермальный контактово - метасоматический метаморфизм. Наиболее распространенным контактово - метасоматическими горными породами являются скарны и грейзены.

Динамометаморфизм (катакластический, дислокационный метаморфизм) проявляется, главным образом, в верхних частях земной коры, в зонах развития тектонических движений дислокационного характера. Часто локализуется вдоль разрывных тектонических нарушений. Таким образом, основной причиной, вызывающей его, является одностороннее давление. При динамометаморфизме изменяются в основном структурно - текстурные особенности горных пород. Происходит их дробление, а в более глубоких зонах в связи с повышением температуры механическое разрушение сменяется пластическими деформациями. В породах появляется полосчатость, заключающаяся в чередовании слоев различных по форме зерен и окраске минералов, возникает кристаллизационная сланцеватость.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                              Заключения

 

Под метаморфизмом понимают изменение и преобразование горных пород под влиянием различных эндогенных геологических процессов, вызывающих значительные изменения термодинамических условий (прежде всего температуры и давления). Все преобразования в горных породах при процессах метаморфизма происходят путем их перекристаллизации в твердом состоянии. Метаморфизму могут подвергаться горные породы любого происхождения - осадочные, магматические и ранее существовавшие метаморфические. Степень изменения первичных горных пород (степень метаморфизма) может быть самой различной - от незначительных преобразований до полного изменения состава и облика пород.

 

 

 

                                          

 

 

Список литературы:

 

1. Козловский Е.А. Новое о строении земной коры. М.: Знание, 1988. 40 с.
2. Короновский Н.В., Якушова А.Ф. Основы геологии. М.: Высшая школа, 1991. 416 с.
3. Якушова А.Ф., Хаим В.Е., Славин В.И. Общая геология. М.: Изд-во МГУ, 1988. 447 с.
4. Для подготовки данной работы были использованы материалы с сайта http://ecosoft.iatp.org.ua/