лабораторная Геохимия метаморфизма

Лабораторная работа по «общей геохимии»
ГЕОХИМИЯ МЕТАМОРФИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
Цель занятия
Целью данной работы является углубленное изучение геохимии матаморфизма.
Общие сведения
Метаморфизм – это ряд преобразований состава и строения, ранее возникших горных
пород (осадочных, изверженных, а также ранее возникших метаморфических, а следовательно,
и слагающих их минералов) в глубинных зонах земной коры под воздействием высоких
температур, давлений, а также воздействия горячих газов и водных растворов.
При метаморфизме, как правило, не происходит существенного расплавления пород, но
изменяются минеральный и химический состав руд и горных пород, их физические свойства, а
иногда и сама форма минеральных залежей.
В общем виде метаморфизм пород можно охарактеризовать следующим образом. При
изменении условий минералы пород становятся неустойчивыми, вещество приспосабливается к
новым условиям, что проявляется в:
 перекристаллизации пород (без воды или флюидов заметно не происходит);
 образование новых минералов (перестройка кристаллической решетки под действием
температур и давления);
 образование новых структур и текстур пород при смазывающем участии водных,
углеводородных, газовых флюидов.
Важнейшими причинами метаморфизма являются изменения температуры, давления и
химизма среды. Причем все факторы действуют одновременно. Проявление процессов
метаморфизма происходит в течение больших промежутков времени, измеряемых миллионами
и сотнями миллионов лет, когда даже незначительные по своей интенсивности воздействия
могут привести к большим изменениям.
Главными факторами для метаморфизма являются температура и давление. Обычно
температура и давление действуют с разной интенсивностью, причем может быть резкое
преобладание одного какого-нибудь фактора.
При
нарастании
или
ослаблении
действующих факторов метаморфизма в породе
накапливаются характерные изменения, на этой
основе установлены различные минеральные
метаморфические фации. Схематически это же
можно представить диаграммой Дж. Розенквиста
(рис. 1).
Рис. 1. Схема метаморфических фаций (по Дж.
Розенквисту, 1952)
Минералогический состав метаморфических пород очень разнообразен. Одни минералы
встречаются как в исходных породах, так и в продуктах их изменения, другие – являются
новообразованиями и специфичны для отдельных видов метаморфических пород.
В соответствии с масштабами причин, вызывающих метаморфизм, выделяют следующие
виды метаморфизма:
1. Региональный
2. Контактовый
3. Автометаморфизм
4. Динамометаморфизм
Региональный метаморфизм еще называется глубинным и охватывает
огромные пространства. Он проявляется в совместном воздействии на горные породы высоких
давлений и температур (в пределах 360-1000⁰С). Региональный метаморфизм вызывается
такими явлениями как тектоническое движение ЗК (горизонтальные и вертикальные),
погружение пород и не зависит от магматизма.
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.).
В результате регионального метаморфизма образуется ряд рудных минералов, иногда в
промышленных количествах, например, железные руды в железистых кварцитах (Кривой Рог,
Курская магнитная аномалия).
Контактовый метаморфизм отмечается в зонах контакта внедряющихся в
земную кору расплавленных магматических масс и вмещающих твердых пород.
Здесь происходит несколько видов воздействия на горные породы:
1) избыточное тепло от магмы, воздействующее на вмещающие породы и вызывающее
так называемый термометаморфизм
2) избыточное давление на вмещающие породы, так как интрузии занимают какое-то
пространство, раздвигают, сдавливают и уплотняют вмещающие породы, вызывая
так называемый динамометаморфизм
3) воздействие на вмещающие породы газов и растворов, выделяемых магмой, которые,
с удалением от контакта, будут главной причиной перекристаллизации пород,
возникновения новых
минералов. Такое воздействие носит
название
пневматометаморфизм
4) к разновидностям пневматометаморфизма можно отнести воздействие на
вмещающие породы гидротермальных растворов. Результатом такого процесса
являются метасоматические изменения породы (метасоматоз - замещение одних
минералов другими, но без изменения объема). Флюид, выделяющийся из магмы, не
только переносчик тепла, но и катализатор преобразований. Но все же, контактовый
метаморфизм - главным образом изохимический процесс (характерен только привнос
и вынос газообразных Н2О и CO2, О2 и др. ).
Как результат, вблизи контакта магмы и вмещающей породы образуется пояс (ореол),
сложенный метаморфическими породами. Ширина зоны контактового метаморфизма очень
различна.Чем сильнее воздействие магмы, тем шире этот ореол. У интрузивных тел типа даек
она измеряется миллиметрами и сантиметрами, у крупных тел батолитового типа — сотнями
метров и даже километрами. Так, например, зона метаморфизма у одной гранодиоритовой
интрузии в Банате (Румыния) достигает 2 км, а у гранитного массива в Эльзасе — 1,2 км.
В результате контактового метаморфизма образуются своеобразные горные породы —
роговики. Это обычно мелкозернистые или среднезернистые плотные неслоистые породы,
состав которых в значительной степени зависит от первичного состава породы. В роговиках
появляются новые минералы, отсутствовавшие в первичных породах, такие, как андалузит,
кордиерит, плагиоклаз, биотит, гиперстен, диопсид, гранат, волластонит. Роговики называются
по наличию преобладающих минералов, например: плагиоклаз-гиперстеновый роговик, гранатволластонитовый роговик и т. п.
Главную роль в образовании роговиков играет температура. Выделяют роговики
санидинитовой фации (700-1000°С, давление от 2,0 до нескольких десятков МПа), фации
пироксеновых роговиков (550-700°С, давление до 300 МПа) и фации амфиболовых роговиков
(400-600°С, давление до 400-500 МПа).
Вторым важнейшим агентом контактового метаморфизма является флюид,
выделяющийся из магмы. Под действием флюидов в результате контактово-метасоматического
метаморфизма образуются скарны. Чаще всего скарны образуются на контактах
магматических пород (таких, как гранодиориты, кварцевые диориты) с известняками и
доломитами. Скарны состоят главным образом из силикатов кальция, железа, алюминия и
других элементов. К скарнам иногда бывают приурочены крупные месторождения полезных
ископаемых – железа, вольфрама, свинца и цинка, меди и т.д. (гора Магнитная на Урале).
Автометаморфизм – это изменение магматических пород, происходящие вслед за
их кристаллизацией. Они вызываются газовыми эманациями и гидротермальными растворами,
мигрирующими из магматического очага и формирующегося интрузивного тела, в результате
чего происходит переработка прежних минералов. Новообразующиеся горные породы носят
название грейзены, серпентины, каолины.
Грейзенизация – результат воздействия на первичные породы летучих компонентов.
Грейзенизация выражается в разложении полевых шпатов и магнезиальной слюды и замещении
их литиевой и калийной слюдами. Изменение состоит в удалении части Na2O и К2О. часто так
же СаО и МgО и в присоединении некоторого количества железа. Изменение выражается в
глубоком минералогическом преобразовании первоначальной породы, без сколько-нибудь
существенного притока нового вещества и удаления старого.
Серпентизация и каолинизация является процессом гидротермального изменения пород.
Серпентинит - метаморфическая горная порода из минералов, возникших в ходе
серпентинизации из железисто-магнезиальных минералов – оливина, ортопироксена и роговой
обманки. Серпентинизация это процесс гидратации ультраосновных горных пород под
воздействием термальных водных растворов, выражающийся в замещении безводных
магнезиальных силикатов минералами группы серпентина.
Динамометаморфизм в чистом виде протекает без участия магмы при низких
температурах (до 300-400⁰С), но при высоком давлении. Обычно возникает в результате
одностороннего давления (стресса) при тектонических движениях.
При этом виде метаморфизма происходят деформации, как сопровождаемые
механическим дроблением зерен минералов, так и без него. Образуются минералы, обладающие
листоватыми, столбчатыми и игольчатыми формами, ориентирующиеся перпендикулярно
направлению давления; возникает сланцеватость горных пород.
Необходимо иметь в виду, что при динамометаморфизме, помимо высоких температур и
давлений, большую роль играют гидротермальные процессы. В последних принимают участие
как ювенильные воды, выделяющиеся остывающими магмами, так и вадозные воды
поверхностного происхождения. Образующиеся тектониты зеленосланцевой фации
оказываются обогащены Pb, Hg, Cu и др. элементами.
Характерные минералы зоны динамометаморфизма – эпидот, альбит, слюды, хлорит,
гранаты, тальк, кварц и другие.
Температурные условия метаморфизма могут быть реконструированы по эвтектическим
смесям минералов (совместно плавящимся). Так, при вполне определенной температуре
некоторые минералы не могут совместно кристаллизоваться. По таким парам и находят
границы температурного метаморфизма. То есть за пределами указанных температурных
границ минералы кристаллизуются отдельно (табл. 1).
Таблица 1 - Примеры пар минералов, по которым можно определять температуры
метаморфического преобразования пород
Минерал-растворитель
Растворенный минерал
Температура распада
изоморфной смеси, 0С
Пирротин Fex-1Sx
Халькопирит CuFeS2
600
Петландит (Fe, Ni)9S8
450
Халькопирит CuFeS2
Сфалерит ZnS
550
Станнин Cu2FeSnS4
500
Пирротин
300
Сфалерит ZnS
Халькопирит CuFeS2
350-400
Борнит Cu5FeS4
Халькозин Cu2S
175-225
Другой основой реконструкции условий метаморфизма является изучение минеральной
составляющей, цемента пород, их структуры и текстуры и сравнение данных с разработанными
классификационными таблицами.
В современных классификациях метаморфические породы разделяются прежде всего по
типу метаморфизма (регионального, контактового, дислокационного) или метасоматоза, а
также по составу минералов.
Ниже приводится упрощенная классификационная схема (табл. 2) для разграничения
степени метаморфизма (исключая дислокационный метаморфизм) по температурной ступени
метаморфизма почти без учета давления.
Задание по теме:
1. Изучить минералогический состав предложенных образцов метаморфических пород.
Составить список присутствующих в рассматриваемом образце минералов.
2. На основании информации, указанной в таблицах 1 и 2 и на основании изучения
минералов, структуры и текстуры пород в предоставленных образцах метаморфических
пород, предложить тип и температурную ступень метаморфизма, главные и
дополнительные воздействующие факторы, которые привели к образованию образца.
3. Составить выводы, оформить отчет в соответствии с требованиями.
Список минералов, представленных в коллекции образцов метаморфических пород:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
1.
2.
3.
4.
СКАРНЫ
Мрамор
Волластонит
Кальцит
Эпидот
Доломит
Гранат (андрадит – черно-зеленый)
Халькопирит
Кварц
Хлорит
ГРЕЙЗЕНЫ
1. Плагиоклаз (альбит - белый)
2. Мусковит
3. Кварц
4. Берилл
5. Флаголит
6. Фуксит
7. Кальцит
8. Каолинит
9. Хризотил
10. Асбест
РЕГИОНАЛЬНЫЙ МЕТАМОРФИЗМ
Хлорит
5. Глаукофан (разновид. роговой обм.)
Гранат (альмандин – рыжий)
6. Мусковит
Турмалин
7. Кварц
Актинолит
8. Диастен
9. Андалузит
10. Силлимонит
Таблица 2 - Упрощенная схема классификации метаморфических горных пород