Катакластический метаморфизм

Катакластшеский метаморфизм (синоним — динамометамор-физм, дислокационный метаморфизм) возникает в узких зонах разрывных нарушений и вызывается относительно кратковремен­ным, резким действием направленного давления (стресса). Если этот процесс происходит без заметного участия температурного фактора, то новые минералы не образуются и происходит только механическое разрушение (катаклаз, деструкция) породы. В том случае, если стресс не превышает предельной прочности минера­лов, изменения будут касаться лишь некоторых их свойств, таких,

как возникновение двуосности в кварце и кальците, появление волнистого погасания в кварце и др. Если же стресс превышает эти пределы, то вначале образуются плоскости и двойники сколь­жения (например в карбонатах и полевых шпатах), начинают дробиться более хрупкие минералы, затем менее хрупкие и, нако­нец, порода перетирается и развальцовывается. При повышении температуры вследствие трения минеральных частиц или других причин в катаклазированной породе могут развиваться некоторые низкотемпературные минералы — серицит по плагиоклазам, хл<г-рит и тальк по железисто-магнезиальным силикатам и др.

В зависимости от степени катаклаза выделяются следующие главные разновидности продуктов катакластического метамор­физма: тектонические брекчии, катаклазиты, милониты.

Важнейшие породы, возникающие при различных типах мета­морфизма, сведены в табл. 25, а их описания даны в главе VI.

КОНТАКТОВО-ТЕРМАЛЬНЫИ МЕТАМОРФИЗМ

Контактово-термальный метаморфизм проявляется во внеш­них экзоконтактовых ореолах интрузивов под воздействием теп­ла, излучаемого остывающим магматическим расплавом, и про­исходит при относительно низких давлениях и по существу без привноса и выноса вещества в метаморфизуемые породы, т. е. носит изохимический характер.

Этот тип метаморфизма особенно отчетливо наблюдается в контактах интрузивов, основного и ультраосновного состава, обычно наиболее высокотемпературных и слабо насыщенных ле­тучими компонентами (как известно из предыдущего, температу­ра основной магмы достигает 1200° С, тогда как температура кислой магмы не превышает 700—800°С).

По данным В. С. Соболева (1970), температурный интервал, в пределах которого происходит типичный контактовый метамор­физм, заключен между 550—900° С.

В пределах ореола контактово измененных пород выделяются зоны термального метаморфизма — от наиболее высокотемпера­турной, в непосредственном контакте с интрузивом, к все более низкотемпературным — по мере удаления от него. Соответствен­но, высокотемпературные минеральные парагенезисы сменяются низкотемпературными, а интенсивность перекристаллизации по­род постепенно понижается. Степень метаморфизма вмещающих пород и величина контактового ореола зависят от температуры и объема расплава, от состава, структурно-текстурных особенно­стей метаморфизуемой породы и от ее температуры. Последняя определяется глубиной, на которой происходит внедрение рас­плава, и геотермическим градиентом, свойственным данному ре­гиону. Ореолы контактово-термальных изменений обычно неве­лики, поскольку преобразования происходят без участия мощных агентов метаморфизма — растворов. Контактово-термальный ме-

таморфизм в «чистом виде» явление редкое. Чаще контактовые процессы протекают при активном участии метаморфизующих растворов и соответственно носят иной, метасоматический ха­рактер.

Среди продуктов контактово-термального метаморфизма об­разуются различного рода сланцы, роговики, кристаллические известняки и др.

МЕТАСОМАТОЗ

Метасоматоз — процесс, при котором происходит привнос од­них компонентов и вынос других, что приводит к изменению химического и минерального состава метаморфизуемой породы. В процессе метасоматоза растворение и замещение минералов осуществляется почти одновременно без существенного изменения объема породы при условии сохранения ее твердого состояния.

Главными агентами при метасоматозе являются обильные термальные растворы, содержащие хлориды щелочных металлов, галоиды, серу, фтор, бор и др. С помощью растворов происходит миграция вещества, привносимого в породу и уносимого из нее. Миграция может осуществляться путем инфильтрации по зонам повышенной трещиноватости по плоскостям сланцеватости и путем диффузии компонентов в неподвижных поровых растворах, заключенных в межгранулярных пространствах. Интенсивность и характер химических превращений зависят от состава мета­морфизующих растворов, их концентрации, температуры, общего давления, а также от состава и структуры породы, подвергаю­щейся метаморфизму.

В зависимости от химического характера процесса выделяют несколько типов метасоматоза: 1) щелочной, сопровождающийся обогащением силикатной породы альбитом или натриево-калиевым полевым шпатом; 2) кальциевый, который сопровождается при-вносом кальция; 3) железо-магнезиальный, характеризующийся привносом железа и магния и образованием железо-магнезиаль­ных минералов; 4) метасоматоз с привносом Si, Sn, В, Li. Cl, F, S, приводящий к появлению специфических минеральных ас­социаций с касситеритом, турмалином, топазом, флюоритом и др.

Учитывая условия, в которых протекает процесс, выделяют метасоматоз магматической стадии и послемагматический мета­соматоз. Метасоматоз магматической стадии проявляется регио­нально в глубоких зонах орогенных областей, сопровождается обогащением слагающих их пород полевыми шпатами и преобра­зованием их в породы интрузивного 6Л*ка. Послемагматический метасоматоз обычно проявляется локально и часто непосредст­венно связан с конкретными интрузивами, преимущественно кис­лыми или щелочными, как наиболее обогащенными химически активными компонентами. Образование пневматолито-гидротер-

мальных растворов происходит в процессе кристаллизации магмы за счет отделения и накопления летучих и легкоплавких компо­нентов. Для послемагматического метасоматоза наиболее харак­терны условия низких температур и давлений. Циркулируя по трещинам как внутри интрузивного тела, так и во вмещающих породах, постмагматические растворы вызывают соответственно автометасоматоз магматических и метасоматоз вмещающих пород.

Типичными для автометасоматоза являются процессы амфи-болизации, эпидотизации, альбитизации, серпентинизации, грей-зенизации, пропилитизации. Процессы пропилитизации иногда захватывают значительные массы вулканогенных пород и по это­му признаку могут быть сопоставимы с явлениями регионально­го характера.

Метасоматоз вмещающих пород может носить контактово-реакционный характер, типичным примером которого служит об­разование скарнов, а также может сопровождаться приконтак-товым выщелачиванием с образованием грейзенов, вторичных кварцитов.

Породы, образующиеся в результате метасоматических про­цессов, называются метасоматитами и отличаются спецификой минерального состава и структурно-текстурных особенностей. Для метасоматитов характерно: 1) развитие псевдоморфоз, пред­ставляющих собой результат замещения одного минерала дру­гим с сохранением формы замещенного минерала; 2) образова­ние мономинеральных пород или пород с малым числом минера­лов, что обусловлено направленностью процесса к предельному химическому равновесию; 3) образование неравномерно-крупно­зернистых структур и пятнистых текстур; 4) зональное (полосча­тое) строение метасоматических залежей, обусловленное законо­мерным чередованием пород определенного состава и строения.

С метасоматитами генетически связано большое число важ­нейших промышленных месторождений полиметаллов, олова, вольфрама, молибдена, золота, меди и других полезных иско­паемых.

РЕГИОНАЛЬНЫЙ МЕТАМОРФИЗМ

Региональный (динамотермальный) метаморфизм проявляется на обширных территориях в пределах подвижных поясов земной коры вне видимой связи с интрузиями. О причинах, вызывающих этот тип метаморфизма, существуют различные гипотезы, среди которых следует упомянуть о двух принципиально разных пред­ставлениях. По мнению Н. Г. Судовикова, главной причиной ре­гионального метаморфизма следует считать тектонические движе­ния, приводящие в результате развития подвижных поясов к погружению на разную глубину накопленных и дислоцированных геосинклинальных осадочных и вулканических образований. Со-

вершенно иная точка зрения по этому вопросу развивается Д. С. Коржинским и Ю. А. Кузнецовым. Эти исследователи свя­зывают региональный метаморфизм с периодом восходящих тектонических движений в складчатых поясах, подъемом магма­тических масс и генетически связанных с ними термальных ра­створов.

В зависимости от направленности процесса региональный ме­таморфизм может носить прогрессивный или регрессивный ха­рактер, превращаясь в особых условиях в ультраметаморфизм.

Прогрессивный метаморфизм. Факторами прогрессивного ре­гионального метаморфизма являются температура, гидростатиче­ское и направленное давление и метаморфизующие растворы. Имеются представления, согласно которым главным источником растворов при региональном метаморфизме являются сами оса­дочные породы, а их прогрев определяется глубиной погружения и величиной геотермического градиента; другие ученые наряду с глубиной погружения осадков большую роль отводят эманациям, поступающим из глубоко залегающих магматических очагов, воз­можно из областей развития базальтовых магм; третьи считают, что растворы являются продуктами интрателлурических процес­сов, одновременно являясь переносчиками внутриземного тепла, и наиболее активно действуют не в момент погружения геосин­клинального трога, а наоборот, в процессе поднятия и горообра­зования. Последняя точка зрения находит все больше сторон­ников.

По данным Г. Винклера, нижний температурный предел ре­гионального метаморфизма соответствует 350—400° С, понижаясь до 300°С при условии высоких давлений; верхний температурный предел метаморфизма зависит от состава метаморфизуемых по­род и давления. Для кварц-полевошпатовых пород Г. Винклер называет верхний предел метаморфизма 800° С. В. С. Соболев для верхнего температурного предела приводит цифры 900— 1000° С и даже 1200° С. Для регионального метаморфизма типи­чен прогрессивный характер процессов минералообразования, на­правленный на появление все более высокотемпературных мине­ральных парагенезисов.

Представителями продуктов прогрессивного регионального метаморфизма являются сланцы, кварциты, мраморы, амфиболи­ты, гнейсы, гранулиты, эклогиты и др.

Регрессивный метаморфизм. В отличие от прогрессивного ме­таморфизма регрессивный метаморфизм, или диафторез, харак­теризуется замещением высокотемпературных минеральных пара-генезисов низкотемпературными. Возникающие в этом случае продукты метаморфизма называются диафторитами.

Причиной диафтореза являются либо тектонические движе­ния, вследствие которых породы, образовавшиеся в процессе про­грессивного метаморфизма, могут попасть в условия относитель­но пониженных температур и давлений, либо приток водных ра-

створов извне, особенно если породы были предварительно де­формированы и стали более проницаемыми.

Регрессивный метаморфизм приводит к экзотермическим ре­акциям, сопровождающимся процессами гидратации и карбонати-зации с появлением новых низкотемпературных ассоциаций мине­ралов. В этих условиях происходит замещение граната биоти­том, хлоритом, серицитом; моноклинных пироксенов — роговой обманкой, актинолитом, хлоритом; дистена и силлиманита — мусковитом; основного плагиоклаза — альбитом. Так как глубоко метаморфизованные породы вследствие дегидратации минералов лишены необходимого катализатора — воды, то, если нет притока растворов, метаморфические превращения в условиях понижаю­щейся температуры будут происходить крайне медленно. Этим объясняется наличие в диафторитах реликтов высокотемператур­ных минеральных ассоциаций среди новообразованных низкотем­пературных минералов и незначительное распространение диафто-ритов в природе по сравнению с продуктами прогрессивного ме­таморфизма.

Ультраметаморфизм. В обстановке регионального метамор­физма при определенных физико-химических условиях происхо­дят весьма специфические процессы, которые объединяются под названием ультраметаморфизм. Среди процессов ультраметамор­физма главными являются мигматизация, анатексис, палингенез (или реоморфизм) и гранитизация.

Мигматизация — процесс образования смешанных пород (миг­матитов), состоящих из жилообразных, линзообразных и других обособлений кварц-полевошпатового материала, заключенного в метаморфизованной породе — субстрате. Мигматиты могут об­разоваться различными путями: вследствие инъекции гранитного расплава в толщи метаморфических пород, в результате анатек-сиса, в процессе щелочного метасоматоза. Инъекция гранитного расплава происходит по плоскостям сланцеватости во вмещаю­щие метаморфические породы и приводит к образованию так называемых инъекционных гнейсов, образующих иногда ореолы вокруг гранитных плутонов.

Анатексис — частичное, избирательное выплавление из мета­морфических пород низкотемпературного кварц-полевошпатового расплава (гранитной эвтектики).

Палингенез (или реоморфизм) — полное переплавление пород субстрата, приводящее к возрождению гранитной магмы.

Имеется большое число ученых, которые анатексис и палин­генез рассматривают в качестве ведущего процесса в гранитном магмообразовании. Г. Винклер отстаивает точку зрения, согласно которой в глубинных частях складчатых зон в соответствующих термодинамических условиях анатексису могут подвергаться лю­бые породы, характерные для геосинклинального осадкообразо­вания (аркозы, граувакки, аргиллиты, глины, туфы и др.). Для подтверждения этого предположения Г. Винклер привлекает

многочисленные экспериментальные данные, согласно которым из гнейсов (метаморфических пород состава, близкого к гранитам) может выплавляться до 95%, а из граувакк до 70% гранитного расплава. По его мнению, это свидетельствует о возможности появления больших количеств магмы, которая может либо остаться на месте, либо получить способность перемещаться в верхние горизонты земной коры, где и образует типичные маг­матические породы.

Гранитизация — процесс химического и минерального измене­ния пород любого состава с превращением их в граниты. Менее всего подвержены гранитизации известняки. Согласно представ­лениям Ф. Тернера и Дж. Ферхугена (1961), Н. Г. Судовикова (1964) и др., гранитизация — типично метасоматический процесс, сопровождающийся привносом в метаморфические породы К, Na, Si и выносом Са, Mg, Fe, при условии твердого состояния породы без прохождения ее через магматическую стадию.

Иная точка зрения развивается Д. С. Коржинским (1952), рассматривающим гранитизацию не как метасоматическое, а как магматическое замещение, при котором граниты при своем обра­зовании обязательно должны пройти через магматическую ста­дию. Агентами метаморфизма в этом случае являются потоки химических компонентов — сквозьмагматические растворы. Диф­фундируя через магматические расплавы, они обогащаются ле­тучими компонентами, прежде всего водой, становятся подвиж­ными, легко мигрирующими не только по мельчайшим трещин­кам в породе, но и через промежутки между зернами минералов. Если вмещающие породы приближаются по составу к гранитной эвтектике, то воздействие на них горячих растворов должно за­канчиваться их превращением в гранитный расплав. Последний как менее плотный, чем окружающие твердые породы, может перемещаться вверх, вовлекая постепенно в процесс гранитиза­ции все большие массы окружающих пород. По мере просачива­ния сквозьмагматических растворов продвигаются кверху и фронт метасоматоза и фронт расплавления с образованием мигматитов и пород гранитного облика.

Д. С^н'Коржинский считает, что гипотезе метасоматического образования гранитов в широких масштабах противоречит, с од­ной стороны, их полиминеральный состав, с другой — постоянство их состав в пределах больших объемов, что совершенно не ха­рактерно для пород метасоматического генезиса.

Подводя итог изложенному, видим, что согласно существую­щим представлениям, граниты могут образоваться (кроме маг­матического способа) в процессе анатексиса, метасоматоза или магматического замещения. Какой из этих путей стоит ближе к истине и шире проявлен в природных условиях, должны решить дальнейшие исследования. Не вызывает сомнений, что именно в обстановке глубоких метаморфических преобразований пород сиаля стирается граница между метаморфическими и магматиче-

скими явлениями и завершается круговорот в природе, идея кото­рого была намечена еще в начале века русским петрографом И. Д. Лукашевичем: магма->-магматические породы^-осадочные породы->-метаморфические породы—>-магма.

Глава III