РЕГИОНАЛЬНЫЙ МЕТАМОРФИЗМ

Ударный метаморфизм

Дислокационный метаморфизм

Дислокационный метаморфизм (или динамометаморфизм) проявляется в результате давления, возникающего в зонах тектонических разломов. Он приурочен к структурам типа сдвигов или надвигов, а значит развивается в режиме сжатия горных пород под влиянием направленного давления – стресса. Под воздействием стресса горные породы либо механически размалываются, либо происходит их пластичное отжимание вверх по разлому (т. е. в направлении минимального давления). В результате такого отжимания формируются милониты – массивные полосчатые или сланцеватые (бластомилониты) породы. Полосчатость милонитов объясняется тем, что под влиянием стресса зерна многих минералов вытягиваются параллельно плоскости разлома. Минеральный состав милонитов отличается разнообразием и зависит от состава метаморфизовавшихся пород. Если сжимались гранитоиды или кварцево-полевошпатовые породы, то милонит будет сложен спекшимися тонкими зернами светлых минералов: кварца и кислых полевых шпатов. Если же стрессу подверглись ультраосновные или основные магматические породы, то в составе милонита господствующее положение займут темноцветные минералы: оливин, пироксен, основные плагиоклазы.

Ударный метаморфизм, протекающий на земной поверхности, вызван падением крупных метеоритов. Главным фактором здесь выступает давление. При падении метеорита практически мгновенно выделяется огромное количество энергии, расходуемой на механическое и тепловое изменение горных пород. В центре удара давление может достигать 10 000 кбар, а температура 10 000° С. Благодаря этому в пределах метеоритных кратеров – астроблем – горные породы подвергаются сжатию, дроблению, плавлению и испарению. В результате механического разрушения и плавления пород возникают импактиты – лавоподобные метаморфические породы, состоящие из стекла со значительной примесью обломков вмещающих пород. Главной особенностью ударного метаморфизма является образование высокобарических минералов, не характерных для земных условий. Среди таких минералов необходимо назвать модификации углерода: лонсдейлит и алмаз (морфологически отличный от земного), а также модификации кварца: стишовит и коэсит.

В настоящее время на Земле известно более 200 астроблем, крупнейшей из которых является расположенная на севере Восточной Сибири Попигайская (ее диаметр 100 км).

Региональный метаморфизм охватывает огромные площади, исчисляемые тысячами и сотнями тысяч квадратных километров. Главным фактором здесь выступает температура, а воздействие давления и флюидов, как правило, имеет второстепенное значение.

Установлено, что породы архейского возраста, независимо от глубины их современного залегания, метаморфизованы сильно и повсеместно. Породы протерозоя метаморфизованы очень часто, но в разной степени. Фанерозойские породы, как правило, испытали лишь локальную метаморфизацию. Такая возрастная дифференциация позволяет предполагать либо связь регионального метаморфизма с архейско-протерозойскими процессами конвергенции литосферных плит, либо то, что в глубокой древности тепловой поток Земли был значительно большим, нежели сейчас.

Известно, что в пределах распространения метаморфических комплексов наблюдается закономерное изменение минеральных ассоциаций (парагенезов минералов) от регионов с высшей степенью метаморфизма к периферийным областям, что обусловлено понижением температуры и давления. В соответствии с указанной закономерностью выделяют метаморфические фации – группы метаморфических пород, образованных в определенных интервалах температур и давлений. Названия фациям присваиваются по господствующим в них (т. е. по типичным и широко распространенным) минералам и горным породам. Минеральный состав фаций зависит от состава исходных пород, а также от условий метаморфизма.

В зависимости от интенсивности процессов и по наиболее характерным породам выделяют три ступени метаморфизма: нижнюю (зеленосланцевую), среднюю (амфиболитовую), высокую (гранулитовую). Иногда данный перечень дополняется низшей ступенью (цеолитовой), которую многие специалисты относят к метагенезу.

В тех случаях, когда исходная порода проходит через ряд последовательных превращений от низшей к высшей ступени метаморфизма, имеет место прогрессивный метаморфизм. Его противоположностью является регрессивный (ретроградный) метаморфизм, возможный при повторной слабой метаморфизации ранее возникших сильно метаморфизованных пород.

Низшая (цеолитовая) ступень метаморфизма характеризуется образованием глинистых сланцев, серпентинитов и некоторых других пород. Глинистые сланцы – твердые тонкозернистые породы, не размокающие в воде; под влиянием метаморфизма значительная часть глинистых минералов превратилась в них в микроскопические кристаллы биотита, хлоритов. Глинистые сланцы раскалываются на тонкие пластины с гладкими поверхностями. При этом раскол происходит под значительным углом к слоистости, наследуя плоскости кливажа. Черный цвет, столь характерный глинистым сланцам (аспидным сланцам), обязан своим происхождением графиту, возникшему из содержавшегося в исходных глинах органического вещества.

Нижняя (зеленосланцевая) ступень метаморфизма проявляется при более высоких температурах и давлении. Филлиты – продукт дальнейшей метаморфизации глинистых (аспидных) сланцев, характеризуются более грубой сланцеватостью. Состоят из мелких и средних зерен кварца, хлоритов и слюд, придающих породе яркий блеск. Хлорит-серицитовые сланцы – еще более высокая ступень метаморфизации глинистых пород. Они сложены кварцем, хлоритами и мелкокристаллической разновидностью мусковита – серицитом. Зеленые сланцы – самые характерные породы нижней ступени, состоят из зеленых минералов: роговой обманки, хлоритов, эпидота. Зеленые сланцы возникают благодаря метаморфизации вулканических пород основного состава. Совместно с амфиболитами (породами следующей ступени метаморфизма), зеленые сланцы формируют зеленокаменные пояса – узкие и длинные синклинорные структуры позднеархейского возраста в фундаментах древних платформ. Метаморфические породы зеленокаменных поясов смяты в складки и прорваны интрузиями. Серпентиниты (змеевики) – зеленые, с пятнистой окраской породы. Они образуются из ультраосновных пород коры океанического типа, когда оливин, взаимодействуя в процессе метаморфизма с морскими водами, переходит в серпентин. На низшей и низкой ступенях метаморфизма образуются и такие специфические породы, как голубые сланцы, состоящие из голубой разновидности роговой обманки.

Средняя (амфиболитовая) ступень метаморфизма отличается возникновением кристаллических сланцев, гнейсов и амфиболитов. Кристаллические сланцы – обширная группа метаморфических пород, отличающихся средней или крупной зернистостью, ярко выраженной сланцеватостью, часто линейностью. Они обогащены хлоритом, амфиболами и слюдами, как правило, содержат кварц и гранаты, а также полевые шпаты. Гнейсы – полосчатые породы, состоящие из крупных зерен кварца, полевых шпатов и темноцветных минералов, часто содержащие значительную примесь гранатов. Из-за пониженного содержания слюд гнейсы раскалываются труднее, чем сланцы. Полосчатость гнейсов обусловлена прослоями, насыщенными слюдами или амфиболами. Гнейсы, возникшие из осадочных пород (песчаников, глин) называются парагнейсами, а возникшие из магматических пород – ортогнейсами. Амфиболиты – зелено-черные или темно-зеленые плотные сланцеватые породы, состоящие из роговой обманки и плагиоклазов, часто с примесью гранатов, биотита. На верхней границе средней ступени начинается частичное плавление пород (палингенезис), ведущее к образованию специфических пород. Мигматиты – породы, сложенные тонкими, неправильной формы прослоями светлыми (кварцево-полевошпатовыми) и темными (из тугоплавких минералов).

Высокая (гранулитовая) ступень метаморфизма проявляется в замещении пироксенами слюд, роговых обманок и других водосодержащих минералов. Гранулит – самая характерная порода данной ступени, возникающая из магматических или осадочных пород. Гранулиты отличаются равновеликостью зерен, внешне похожи на граниты или гнейсы, но лишены слюд, зато часто содержат в своем составе гранаты. Гранулиты основного состава образуются из габбро или базальтов, а гранулиты кислого состава – из глинистых или песчано-глинистых пород. Гранулитовая фация широко представлена в архейских и, реже, в протерозойских породах фундаментов древних платформ. Эклогиты – более тяжелые и плотные, чем гранулиты, породы, состоящие из пироксенов и гранатов (пиропа), их химический состав идентичен базальтам. Эклогиты входят в состав нижней части коры континентального типа, их обломки встречаются в кимберлитовых трубках.