Формы залегания метаморфических пород

Формы залегания метаморфических пород наиболее сложны и с трудом поддаются изучению и расшифровке структурными методами. В основной массе они слагают самую глубокую, докембрийскую и нижнепалеозойскую часть стратиграфического разреза земной коры. Эти структуры, как и составляющие их горные породы, формировались при многократно повторяющихся и накладывающихся циклах складчатых и разрывных движений и дольше других образований находились в прямом или близком соприкосновении с магматическими очагами. В последнем случае метаморфизованными (перекристаллизованными) могли оказаться и более молодые породы, вплоть до неогеновых. Глубокие преобразования осадочных и магматических пород, выражающиеся в изменении их текстуры и структуры, перегруппировке минералов и в замене их другими, при метаморфизме происходят в твердом состоянии, без переплавления (при ультраметаморфизме – частичное переплавление) этих пород. Факторами метаморфизма являются высокое направленное и гидростатическое давление, высокая температура и химически активные вещества магмы (летучие). Различают довольно много видов метаморфизма, из которых наиболее общими и распространенными являются региональный и контактовый. Региональный метаморфизм происходит на больших территориях и распространяется на большую глубину (в геосинклинальных областях), причем магма в преобразовании пород прямого участия не принимает. Контактовый метаморфизм локализуется на контакте интрузивных тел с вмещающими породами и вызван тепловым воздействием магмы, ее газовой фазы и поднимающимися растворами без участия тектонических сил (в структурном отношении не представляет интереса).

Породы регионального и контактового метаморфизма на картах обозначают соответственно: первые – как стратиграфические с добавлением крапа, вторые – при помощи крапа, который наносится поверх закраски и условных обозначений исходных пород.

От других пород метаморфические породы отличаются, прежде всего, своей текстурой и структурой. Различают унаследованные (реликтовые) и собственно метаморфические, т. е. сингенетичные с метаморфизмом, текстуры. К первым относится слоистость, широко распространенная в метаморфических породах осадочного происхождения. В одних случаях она выражена слабо, в других – проявляется даже лучше, чем была в осадочных породах.

Кроме того, распространена еще ложная (или вторичная) слоистость (называемая еще метаморфической полосчатостью), наследующая признаки осадочных толщ. Например, вдоль плоскостей кливажа при минерализации образуются ложные параллельные слойки, секущие слои в ядре складки, или возникает полосчатость, параллельная фациальным контактам разнородных слоев, вызванная геохимическими реакциями. В метаморфических породах, образовавшихся из магматических, также часто наблюдаются остаточные текстуры, особенно эффузивных пород (миндалекаменная, вулканических брекчий и др.), и структуры интрузивных пород (габбровая, порфировидная и др.), сохраняющиеся в отдельных участках блока метаморфической породы.

Среди новообразованных текстур, т. е. связанных только с процессами метаморфизма, относительно редко встречается массивная текстура. Более типичны сланцеватые текстуры, которые выражаются в отчетливой ориентировке в одной плоскости пластинчатых и линейных минералов (слюд, хлорита, полевых шпатов, амфибола и др.). Сланцеватость всегда вторична и формируется при ориентировке минералов исходной породы под влиянием бокового давления. Считается, что сланцеватость наследует слоистость и значительно чаще – кливаж; возникает при региональном метаморфизме и как локальное явление - при динамометаморфизме. По плоскостям такой кристаллизационной сланцеватости (делимости) порода часто распадается на плитки, что характерно для кристаллических сланцев. Многие геологи различают еще вторичную сланцеватость, образующуюся чисто механическим путем, соответствующую в какой-то мере понятию кливажа.

В крайних проявлениях сланцеватость заменяется гнейсовидностью, свойственной как парагнейсам, так и ортогнейсам. Сланцеватость и гнейсовидность часто сосуществуют со слоистостью и нередко параллельны ей.

Метаморфические породы, образовавшиеся из осадочных, залегают то в виде относительно простых, то сложно построенных складчатых слоисто-сланцеватых комплексов. Для простых комплексов характерно разнообразие форм, но преобладают сжатые (изоклинальные) складки, а также сочетание складок нескольких порядков (резкая дисгармония) и наследование общего плана более ранних складчатых структур. Второй тип метаморфогенных структур представляет собой сочетание двух или нескольких структурных форм разных типов, которые накладываются одна на другую, причем более поздняя складка в той или иной степени искажает облик предыдущей. Контур складчатой структуры очерчиваются слоистостью, сланцеватостью и гнейсовидностью; последняя, так как она развивается в условиях очень сильного давления и глубокой перекристаллизации пород, может полностью вытеснить слоистость.

При складчатости, сопровождаемой региональным метаморфизмом, особенно в глубинных зонах (при ультраметаморфизме), жесткие слои, в том числе пласты эффузивов и туфов, а также жилы и дайки интрузивных пород, нередко растягиваются и разрываются, а более пластичные - под давлением заполняют промежутки между жесткими. Образовавшиеся блоки плотных слоев вытянуты в цепочку и носят название будин, а такая четкообразная структура в целом называется будинаж-структурой. Форма будин самая различная: параллелепипеды, остроугольные ромбоэдры, бочонки, линзы, пласты с пережимами (шейками) и др., а размеры – от единиц сантиметров до сотен метров. Материал между слоями будин сильно перемят (развальцован).

В геосинклинальных зонах ультраметаморфизма, типичных для архейских образований и доступных изучению в выступах фундамента во многих районах (Кольский полуостров, Карелия, Украина, Анабарский щит и др.), распространены процессы мигматизации, гранитизации и образования пегматитов, а также некоторые другие явления, вызванные метасоматозом. Мигматиты широко распространены и представляют собой сложенные, образовавшиеся из смеси магмы и твердого породного материала. Они состоят их двух компонентов: метаморфического субстрата – обычно гнейса и инъецирующей его различной по генезису гранитной магмы и ее производных – аплитов, пегматитов и др. Инъецирующий материал «пропитывает» гнейс по поверхностям слоистости и гнейсовидности, а также по многочисленным трещинам. Процесс происходит в режиме очень высокого направленного и гидростатического давлений и высокой температуры, при многократной складчатости. Жилы и дайки вместе с породой сминаются в сложные складки неправильной формы, в инъецированный гнейс внедряются мелкие интрузии гранита.

Происхождение мигматитов одни специалисты связывают с непосредственными внедрениями магмы, другие – с процессами метасоматоза.

В платформенных условиях метаморфизм проявляется относительно редко и не вызывает глубоких преобразований осадочных толщ, не приводит к нарушению их первоначального залегания.

Метаморфические породы магматического происхождения характеризуются двумя основными типами залегания, лавовые и туфовые покровы и потоки, а также относительно небольшие тела интрузивов (дайки, жилы, силлы и др.) подчиняются общему рисунку смятия осадочной толщи и подвергаются метаморфизму как осадочные породы. Вместе с осадочными породами они образуют сложные метаморфогенные структуры. Крупные тела (батолиты, лополиты, штоки и др.) при метаморфизме, захватывающем лишь их периферию, не изменяют своей первоначальной формы. Образовавшиеся из таких интрузивов динамическим путем метаморфические породы нередко повторяют текстуры интрузивов и общую ориентировку элементов их внутреннего строения. Тогда метаморфическая и интрузивная породы связаны последовательными переходами, например: гнейс – гранито-гнейс – гнейсо-гранит – гранит. При контактовом метаморфизме образуются лишь сравнительно узкие ореолы (эндоконтактовые зоны) метаморфизованных интрузивов.

Полевое изучение метаморфических толщ и изображение метаморфических пород на геологической карте

В метаморфических толщах залегает много видов ценнейших металлических и неметаллических полезных ископаемых (железные, марганцевые и титановые руды, руды цветных и редких металлов, графит, асбест, слюды тальк, наждак, мрамор и др.), поэтому они давно служат объектами широкого изучения.

Важнейшими задачами полевого изучения метаморфических толщ являются: определение исходного состава пород и вида метаморфизма, стратиграфическое расчленение толщ, изучение их внутреннего строения, выделение основных типов метаморфогенных структур и выяснение генетических и пространственных связей метаморфических пород и их комплексов с месторождениями полезных ископаемых. В итоге этого изучения составляется геологическая карта.

1. Определение исходного состава метаморфических пород.

Исходный состав метаморфических пород устанавливают по их составу и реликтами первичных пород в сочетании с признаками строения толщи. Для первично-осадочных пород важными признаками являются остатки слоистости; повторяющееся чередование одних и тех же слоев; остатки косой слоистости; остатки кластической структуры конгломератов, брекчий, туфов; изредка сохраняющиеся органические остатки, а также частичное сохранение первичного минерального состава и химический состав, близкий к химическому составу той или иной осадочной породы.

Наличие складчатых структур и отчетливая их стратификация указывают на первично-осадочную или вулканогенную природу таких образований.

При этом метаморфизованные лавы и туфы отличаются от пород осадочного происхождения по характерным реликтовым текстурам и отсутствию слоистости, а от силлов – по ореолам первичного метаморфизма. При метаморфизме краевых зон крупных интрузивных тел первоначальная форма тел сохраняется, и нередко в породах наблюдаются реликтовые текстуры и структуры, которые в ряде случаев становятся более отчетливыми (плоскопараллельные, полосчатые и линейные текстуры), но добавляется еще гнейсовидность (кристаллизационная сланцеватость вообще).

Критериями для выяснения причин и типа метаморфизма служат, кроме условий залегания пород (например, складчато-сланцевые комплексы типичны для регионального метаморфизма), минеральный состав пород, текстура, характер и масштаб распространения процесса.

Чрезвычайно важно установить возраст и произвести стратиграфическое расчленение метаморфической толщи, выделив опорные горизонты. Если органические остатки отсутствуют или сохранены плохо, то в основу стратиграфического расчленения метаморфических толщ на комплексы, серии, свиты, горизонты положены литолого-стратиграфические структуры, метаморфические и магматические критерии.

Литолого-стратиграфические критерии и их применение основаны на изучении взаимоотношений метаморфических текстур (сланцеватости, полосчатости и гнейсовидности) с поверхностями первичного наслоения осадочных и других стратифицированных образований, а также на изучении хорошо выраженных в пределах значительных площадей таких образований как горизонты и пачки мраморов, кварцитов и других пород, которые сохраняют признаки первично-осадочного происхождения.

Структурные критерии позволяют расчленить метаморфические толщи на структурные комплексы и этажи, отвечающие определенным стратиграфическим подразделениям. При этом особое значение сравнительное изучение характера дислокаций контактирующих толщ, выявление складок различных генераций и их взаимоотношений.

Метаморфические критерии используются для решения вопросов о степени и характере метаморфизма, выделения в измененных породах зон и фаций и корреляции их со стратиграфическими горизонтами и складчатыми структурами. Установление этих соотношений позволяет решить, в какой степени метаморфизм (в каждом конкретном регионе) является критерием возраста пород. В основе методов, позволяющих выделить критерии метаморфизма, лежат структурно-тектонический и петрологический (особенно парагенетический) анализы.

Магматические критерии основаны на проявлении магматизма в различных метаморфических комплексах. Эти особенности зачастую являются устойчивыми в пределах одновозрастных структурно-фациальных зон.

Наиболее действенным методом является расчленение толщи по угловым несогласиям и базальным образованиям; иногда прослеживаются и древние коры выветривания. Другим рациональным критерием служит привязка метаморфических комплексов к интрузиям, время внедрения которых с большей степенью надежности, чем метаморфических пород, можно определить радиологическими методами. Изучение контактов с интрузиями дает возможность установить верхний (при интрузивном контакте) и нижний (при стратиграфическом контакте) возрастные пределы метаморфических пород. Опорными горизонтами внутри свит нередко служат метаморфизованные эффузивные породы, мраморы, кварциты, полевошпатовые амфиболиты и др.

При картировании метаморфических пород, а также связанных с ними полезных ископаемых, в частности рудных, широко применятся геофизические методы. Например, электроразведка и магниторазведка используются для выявления зон метаморфизма и оруденения. Хорошие результаты дают гравиразведка и промысловая геофизика, а иногда также и сейсморазведка.

2. Стратиграфическое расчленение метаморфических толщ.

При стратиграфическом расчленении метаморфических толщ в них выделяются крупные комплексы – серии, а в сериях, в свою очередь, отдельные свиты и горизонты. При выделении серий в основу должны быть положены следующие главные признаки: различия в степени метаморфизма, несогласия и интрузивная деятельность.

Различия в степени метаморфизма выражаются в полноте преобразования первоначального состава пород, в появлении характерных, вновь возникших, минеральных ассоциаций и в структурных особенностях.

Несогласия в метаморфических породах выявляются с большим трудом, обычные признаки несогласных взаимоотношений при перекристаллизации пород расплываются и исчезают. Наиболее достоверно несогласия в метаморфических толщах устанавливаются по угловым несогласиям и базальным образованиям. Некоторое значение в отдельных случаях имеют явления древнего выветривания (физическое выветривание, образование коры выветривания).

Время внедрения интрузий, главным образом гранитных, может явиться опорной вехой в истории формирования метаморфических толщ, и поэтому граниты широко используются для стратиграфического расчленения метаморфических комплексов.

При разделении серий на свиты прежде всего принимается во внимание родственный петрографический состав пород и сходное происхождение.

Все эти признаки должны быть достаточно характерными для выделяемой свиты, позволяющими отличать ее от смежных свит и производить сопоставление разобщенных участков ее распространения.

Свиты могут залегать согласно и принадлежать к одной и той же серии или могут быть отделены несогласиями, и в таких случаях принадлежать к различным сериям.

Чрезвычайно важно выделить внутри свит опорные маркирующие горизонты, которыми могут служить мраморы, кварциты, аркозы, горизонты сланцев и др.

3. Изучение внутренней структуры свит.

В метаморфических толщах очень важно выявить ориентировку сланцеватости, возникающей при перекристаллизации пород. Аналогично тому, как это делается для интрузивных пород, в метаморфических породах следует различать полосатые и линейные текстуры. Полосчатые текстуры могут возникать без привноса вещества, при перекристаллизации исходных пород в глубинных условиях, когда происходит плавление наиболее подвижных минеральных компонентов и вторичное обособление их. Часты полосчатые текстуры, возникающие с привносом нового вещества (мигматиты – сложные породы, например гнейсы, возникшие вследствие инъекции магмы в уже существующие породы, обычно вдоль поверхностей слоистости или сланцеватости).

Полосчатость может быть и остаточной: полосы различного минерального состава могут соответствовать первичной слоистости. В породах с линейной текстурой пластинчатые и игольчатые минералы располагаются вдоль параллельных поверхностей (поверхности сланцеватости). Они могут быть ориентированы беспорядочно в пределах этих поверхностей (плоско-параллельная текстура) или быть параллельными друг другу (линейно-плоскостная и линейно-параллельная текстуры). Линейные текстуры обычно хорошо выражены в сечениях, перпендикулярных напластованию и на плоскостях сланцеватости.

4. Картирование метаморфических толщ.

При геологическом картировании метаморфических толщ составляется ряд детальных параллельных разрезов вкрест простирания пород. Маркирующие и опорные горизонты, выделяемые в свитах, следует проследить по простиранию от одного разреза к другому.

Необходимо выявлять и изучать отдельные складки, тщательно отмечая их асимметрию и направление опрокинутости, направления погружения и углы погружения шарниров. Большое значение могут иметь наблюдения над ориентировкой сланцеватости, кливажем и будинаж-структурами.

Значительные трудности возникают при картировании ореолов мигматизации в архейских образованиях. Следует стремиться отделить изменения пород, вызванные региональным метаморфизмом, от наложенных на них более поздних явлений мигматизации или контактового метаморфизма.

Структуры дислокационного метаморфизма

В областях, имеющих сложное складчатое строение, широко развиты зоны, характеризующиеся концентрацией в их пределах интенсивной трещиноватости, дробления или разрывов. Нередко эти явления сопровождаются общим окварцеванием пород или иным изменением их первоначального состава, возникновением сланцеватости и кливажа, насыщенностью жилами кварца, кальцита, рудных минералов и интрузивных пород. В длину эти зоны вытянуты от сотен метров до десятков, а нередко и сотен километров, ширина зон также самая различная.

Образование зон связано с нарушением сплошности горных пород под воздействием тектонических движений. Особенно благоприятны для их развития участки, на которых сопрягаются вертикальные тектонические движения с различными знаками. Глубина зон нередко оказывается настолько большой, что по ним проникают к поверхности гидротермальные растворы, магма и сопровождающие ее пары и газы.

В зависимости от своего строения, зоны могут быть подразделены на зоны трещиноватости, дробления, разлома и смятия.

Зоны трещиноватости имеют вид полос, обладающих густой сетью тектонических трещин, значительно более частых, чем в окружающих породах. Зоны трещиноватости возникают в условиях растяжения горных пород и поэтому для них свойственно широкое развитие трещин отрыва. Трещины располагаются параллельно или под углом к простиранию зоны. Часто они имеют кулисообразное расположение и заключают жилы, выполненные нерудными и рудными минералами. Породы, заключенные между трещинами, также нередко содержат рассеянную вкрапленность тех или иных минералов.

Зоны дробления характеризуются интенсивной трещиноватостью и раздробленностью, возникающими при сжатии пород. При этом образуются главным образом трещины скалывания, ориентированные под углом или параллельно и перпендикулярно к простиранию зоны. Породы, заключенные между отдельными трещинами, подвергаются интенсивному раздавливанию и раздроблению, а местами превращаются в перетертую порошкообразную (милониты) или брекчиевидную (катаклазиты) массу. В зонах дробления часто концентрируются жилы и отмечается вкрапленность нерудных и рудных минералов.

Зоны разломов представляют собой структуры, вытянутые на многие десятки, даже сотни километров, характеризующиеся исключительно высокой активностью вертикальных тектонических движений. Зоны разломов выражены серией разрывов сбросового или взбросового характера, вытянутых в одном направлении, ветвящихся и соединяющихся друг с другом.

В вертикальных разрезах зоны разломов обладают общим наклоном обычно в 45-70⁰ к поверхности земли. В зонах разломов широко развиты тектонические брекчии и катаклазиты; блоки пород, ограниченные разрывами, обладают интенсивной трещиноватостью, сильно раздроблены или смяты. Часто в зонах разлома располагаются массивы гипербазитов и гранитоидов, многочисленные жилы интрузивных пород и минералов.

Необходимо отметить, что нередко в одну и ту же зону разлома магма интрудирует в различное время через длительные промежутки времени, что свидетельствует о длительности развития этих зон. Породы в хонах разлома обычно интенсивно раскливажированы и рассланцованы.

Зоны смятия близки по своему строению к зонам разлома, однако они характеризуются преимущественным развитием смятий.

В зонах смятий, имеющих обычно большую протяженность, но несколько расплывчатые очертания, развиваются сжатые сложные линейные складки. Слагающие их породы интенсивно раскливажированы и перекристаллизованы благодаря процессам динамометаморфизма и привносу или миграции растворов и газов. Возникают различного состава кристаллические сланцы, а местами гнейсы, развивающиеся нередко по молодым палеозойским и мезозойским породам. Последнее обстоятельство не следует упускать из вида, чтобы ошибочно не относить перекристаллизованные относительно молодые породы зон смятия к древним докембрийским образованиям. Породам зон смятия свойственна интенсивная рассланцованность и насыщенность их массивами гипабиссальных интрузивных пород, жилами и рассеянной вкрапленностью рудных и нерудных минералов.

Дислокации метаморфических толщ носят специфический характер. Для метаморфических пород типично проявление признаков чрезвычайно большой пластичности (текучести) в процессе деформации. Складки, развитые в метаморфических свитах, в большинстве случаев бывают очень сложными и состоят из складчатых изгибов многих порядков, наложенных друг на друга. Крылья крупных складок обычно осложняются более мелкими, а эти в свою очередь еще более мелкими складками и так вплоть до так называемой плойчатости, т. е. до складочек размером в сантиметры и десятки сантиметров. При этом наблюдается повсеместная резко выраженная дисгармония, связанная с неравномерным течением материала слоев, с изменением первичной их мощности, с выжиманием материала из одних мест и нагнетанием в другие. По-видимому, во время деформирования материал метаморфических пород находился в столь пластичном состоянии, что он реагировал на напряжения крайне неравномерным течением. В то же время большая текучесть материала обусловила почти полное отсутствие крупных разрывных дислокаций. Небольшие разрывные дислокации, конечно же, имеют место, но они быстро переходят во все стороны в пластические деформации.

Для метаморфических толщи архея весьма характерны большие купола, ядро которых сложено батолитом или интрузивным гнейсовым телом, которое облекается на крыльях круто залегающими метаморфическими и кристаллическими сланцами.

Мигматиты.

В областях интенсивного проявления магматической деятельности и глубокого метаморфизма развиты кратко упоминавшиеся ранее смешанные породы – мигматиты. Последние иногда имеют существенное структурное значение. Мигматит состоит из двух основных компонентов: из исходной породы, которая сохраняется либо в виде тонких слоев, либо в виде более или менее разрозненных, различной величины и различной степени сохранности обломков, и заполняющего пространство между последними магматического материала, представленного кварцем, полевыми шпатами, гранитоидами. пегматитами или гранито-гнейсами.

В зависимости от размера и расположения остатков исходных пород от относительного количества последних и магматического материала выделяют несколько разновидностей мигматитов.

Послойные мигматиты образуются в результате проникновения (или образования внутри вмещающих пород путем их частичного плавления) пегматитовой, аплитовой или гранитной магмы в виде тонких прослоев между пластами сильно метаморфизованной породы осадочного происхождения, но обычно превращенной в гнейсы или кристаллические сланцы. Условия залегания метаморфической толщи при этом нисколько не нарушаются.

Ветвистые мигматиты представляют собой результат внедрения магматического материала во вмещающую породу по более или менее сложной сети ветвящихся каналов (трещин и трещинок), пересекающих слои в различных направлениях, но местами совпадающих с ориентировкой напластования.

Агматиты представляют собой следующую стадию поглощения породы магматическим веществом. В этом случае исходная метаморфическая порода сохраняется в виде отдельных, полностью разъединенных, иногда очень крупных, иногда мелких глыб, которые как бы плавают в магматическом материале. Особенно эффектны агматиты, исходные породы которых представлены темноцветными основными разновидностями (например, амфиболитами), включенными в форме глыб в гранито-гнейсовый, аплитовый или гранитоидный цемент. Плоскоориентированные текстуры магматического материала часто «обтекают» контуры глыб.

«Туманные» (или «теневые») мигматиты образуются в последнюю стадию поглощения исходной породы магматическим материалом. Различие в мигматите между исходной породой и магматическим проникающим материалом почти полностью исчезает. Глыбы исходной породы видны, но контуры их крайне неясны, и они как бы наполовину «растворены» в гранитной магме. Дальнейшее усиление процесса магматического воздействия ведет к переходу мигматита в гранито-гнейс или в гранит.

Интересным образованием, наблюдаемым в метаморфических свитах и мигматитах, являются так называемые птигматиты, или птигматитовые жилы, которые представляют собой чрезвычайно извилистые жилки гранит-аплита, пегматита или кварца, толщиной обычно в несколько сантиметров с извилинами длиной в десятки сантиметров, пересекающие слои и сланцеватость в любых направлениях.

Происхождение извилин птигматитовых жил не вполне ясно. В тех случаях, когда такие жилы пересекают сланцеватость. Можно предположить, что они первоначально были плоскими, представляя собой заполнение трещин, извилины же их получились в результате неравномерного скольжения отдельных пластин пород по поверхности сланцеватости.

Дата добавления: 2015-07-13