Кристаллические сланцы – общее название обширной группы метаморфических пород, характеризующиеся средней (частично сильной) степенью метаморфизма. В отличие от гнейсов в кристаллических сланцах количественные взаимоотношения между кварцем, полевыми шпатами и тёмноцветными минералами могут быть разными.
Амфиболиты – метаморфическая горная порода, состоящая из амфибола, плагиоклаза и минералов примесей. Роговая обманка, содержащаяся в амфиболитах, отличается от амфиболов сложным составом и высоким содержанием глинозёма. В противоположность большинству метаморфических пород высоких ступеней регионального метаморфизма амфиболиты не всегда обладают хорошо выраженной сланцеватой текстурой. Структура амфиболитов гранобластовая (при склонности роговой обманки к образованию удлинённых по сланцеватости кристаллов), нематобластовая и даже фибробластовая. Амфиболиты могут образовываться как за счёт основных изверженных пород – габбро, диабазов, базальтов, туфов и др., так и за счёт осадочных пород мергелистого состава. Переходные разности к габбро называются габбро-амфиболитами и характеризуются реликтовыми (остаточными) габбровыми структурами. Амфиболиты, возникающие за счёт ультраосновных горных пород, отличаются обычно отсутствием плагиоклаза и состоят практически целиком из роговой обманки, богатой магнием (антофиллит, жедрит). Различают следующие виды амфиболитов: биотитовые, гранатовые, кварцевые, кианитовые, скаполитовые, цоизитовые, эпидотовые и др. амфиболиты.
Кварциты – зернистая горная порода, состоящая из зерен кварца, сцементированных более мелким кварцевым материалом. Образуется при метаморфизме кварцевых песчаников, порфиров. Встречаются в корах выветривания, образуясь при метасоматозе (гипергенные кварциты) с окислением медноколчеданных месторождений. Они служат поисковым признаком на медноколчеданные руды. Микрокварциты образуются из подводных гидротерм, выносящих в морскую воду кремнезём, при отсутствии других компонентов (железо, магний и др.).
Гнейсы – метаморфическая горная порода, характеризующаяся более или менее отчётливо выраженной параллельно-сланцеватой, часто тонкополосчатой текстурой с преобладающими гранобластовыми и порфиробластовыми структурами и состоящая из кварца, калиевого полевого шпата, плагиоклазов и цветных минералов. Выделяют: биотитовые, мусковитовые, двуслюдяные, амфиболовые, пироксеновые и др. гнейсы.
Метаморфические породы образовавшиеся при динамометаморфизме
Это породы, возникающие под действием динамометаморфизма и тектонических нарушений в зоне дробления. Дроблению и деформации подвергаются не только сама порода, но и минералы.
Катаклазиты – продукт дислокационного метаморфизма, не сопровождающегося явлениями перекристаллизации и минералообразования. Внутреннее строение характеризуется присутствием сильно деформированных, изогнутых, раздробленных зёрен минералов и часто наличием мелкогранулированной полиминеральной связующей массы (цемента).
Милониты – Тонкоперетёртая горная порода с отчётливо выраженной сланцеватой текстурой. Образуются в зонах дробления, особенно по плоскостям надвигов и сбросов. Разорванные блоки горных пород, перемещаясь, дробят, перетирают и одновременно сдавливают породы, вследствие чего она становится компактной и однородной. Для милинитов характерны полосчатые текстуры, расслоёность и флюидальность. От катаклазитов отличается большей степенью раздробленности и развитием параллельной текстуры.
Фации метаморфизма
При метаморфических преобразованиях происходят разнообразные химические реакции. Считается, что они осуществляются в твёрдом состоянии. В процессе этих реакций происходит образование новых или перекристаллизация старых минералов так, что для конкретного интервала температур и давлений этот набор минералов остаётся относительно постоянным. Определяющий набор минералов получил название «фация метаморфизма». Разделение метаморфических пород на фации началось ещё в XIX веке и связано с работами Г. Барроу (1893), А.А. Иностранцева (1877), Г.Ф. Бекера (1893) и других исследователей, и широко применялоссь в начале XX века (Ван-Хайз, 1904; В.М. Гольдшмидт, 1911; П. Эскола, 1920; Ц.Е. Тилли, 1925; и др.). Существенную роль в разработке физико-химической природы минеральных фаций сыграл Д.С. Коржинский (1899–1985).
Современные представления об основных минеральных фациях метаморфизма приведены в таблице.
| Тип метаморфизма | Фации метаморфизма | Давление (МПа) | Температурный интервал (°C) | Примеры пород |
| Метаморфизм погружения | Цеолитовая | < (200–500) | < (200–300) | Метаграувакки, метавулканиты |
| Пренит-пумпелиитовая | 200–500 | 200–300 | ||
| Лавсонит-глауковановая (голубых сланцев) | 400–800 | 300–400 | Глаукофановые сланцы | |
| Эклогитовая | >800 | > (400–700) | Эклогиты | |
| Контактовый метаморфизм | Альбит-эпидотовых роговиков | – | 250–500 | Роговики контактовые, скарны |
| Амфиболовых роговиков | 450–670 | |||
| Пироксеновых роговиков | 630–800 | |||
| Санидиновая | > (720–800) | |||
| Региональный метаморфизм | Зелёных сланцев | 200–900 | 300–600 | Зелёные сланцы, хлорит-серицитовые сланцы |
| Эпидот-амфиболитовая | 500–650 | Амфиболиты, слюдяные сланцы | ||
| Амфиболитовая | 550–800 | Амфиболиты, биотитовые парагнейсы | ||
| Гранулитовая | > (700–800) | Гранулиты, гиперстеновые парагнейсы | ||
| Кианитовые сланцы | > 900 | 500–700 | Кианитовые сланцы | |
| Эклогитовая | Эклогиты |
Температуры образования метаморфических горных пород
Температуры образования метаморфических пород всегда интересовали исследователей, поскольку ни позволяли понимать условия, а отсюда и историю механизма образовани этих пород. Ранее до разработки основных методов определения температур образования метаморфических минералов главным методом решения задачи были экспериментальные исследования, основанные на анализе различных диаграмм плавкости. На этих диаграммах устанавливались основные интервалы температур и давлений, в пределах которых выявлялась устойчивость тех или иных минеральных ассоциаций. Далее результаты экспериментов практически механически переносились на природные объекты. Параметры образования конкретных минералов не изучались, что является существенным недостатком подобных исследований.
В последующие годы появились новые методы определения температур образования минералов, к которым относились анализ расплавных включений, изотопные и геохимические геотермометры (см. Геобаротермометрия); эти методы позволили уточнить границы существования тех или иных минеральных ассоциаций в природных условиях и перекинуть мостик между экспериментальными исследованиями и природными явлениями.
В настоящее время все температурные измерения, выполненные с помощью упомянутых выше геотермометров, вызывают сомнение в связи с тем, что в теоретических разработках и методах их использования выявлены существенные методические ошибки.
Дальнейшие исследования привели к созданию новых типов изотопных геотермометров, позволивших определять температуру образования конкретных минералов. Некоторые результаты этих исследований приведены в таблице.
| Породы | Регионы | Минералы | |||||||
| Qw | Bio | Il | Mt | Kf | Mus | Alb | Grn | ||
| Сланцы | Австрия | 700* | – | – | – | – | – | – | 330 |
| Сланцы | Гренландия | 700* | – | – | 610 | – | – | – | – |
| Сланцы | Гренландия | 700* | – | – | 594 | – | – | – | – |
| Метапелит | Альпы | 670 | – | 604 | – | – | – | – | – |
| Метапелит | Альпы | – | 740 | – | – | – | – | – | – |
| Ортогнейс | Альпы | 650 | – | 620 | – | 550 | – | – | – |
| Гнейс | Альпы | 700* | – | – | – | – | – | – | 320 |
| Минералы: Qw – кварц; Bio – биотит; Il – ильменит; Mt – магнетит; Kf – калиевый полевой шпат; Mus – мусковит; Alb – альбит; Grn – гранат. (*) – минерал взят в качестве эталона с указанной температурой. | |||||||||
Последовательность выделения минералов метаморфитов описывается рядом
(КВ, БИ) > (МТ, ИЛ) > ПЛ40 > МУ > ГР(?)
(ПЛ40 – плагиоклаз №40).
Приведённый ряд обладает следующими особенностями:
1. различие Т кристаллизации метаморфических пород, говорящее о возможной их разновозрастности;
2. для силикатов установлен парагенезис с водой, согласуясь со схемой выделения их из растворов;
(≡Si-O-Si≡) + H2O → 2 (≡Si-OH)
3. в образовании рудных минералов ни вода, ни СО2, ни СО участия не принимают. Эти минералы находятся в изотопном равновесии с рутилом в результате образования, например, по уравнению
6FeTiO3 + O2 → 2Fe3O4 + 6TiO2.
4. установлено влияние диффузии компоненты HDO в водосодержащих силикатах на формирование изотопного состава водорода.
]Механизм образования минералов в метаморфических породах
Под механизмом выделения минерала понимается химическая реакция, ведущая к кристаллизации этого минерала. Эти задачи являются одними из основных задач петрологии. Примеры подобных реакций приведены в работе Н.А. ЕлисееваОчень многие метаморфические минеральные ассоциации подтверждены в экспериментах. Однако в них поведение конкретного минерала не определено, а кроме того реальность этих уравнений в природных условиях не доказана. В обоих случаях наблюдается произвол в составлении уравнений образования минералов. Особенно же одиозны реакции с участием флюидных компонентов. Чаще всего все постулируемые уравнения являются «сочинением на вольную тему». Эти решения являются правдоподобными, но не доказанными. Это мифические решения. Примером не корректно написанной реакции является вывод В.И. Лучицкого[: описывая замещение роговой обманки (далее Amp), он приводит реакцию 5Amp + 7W → 2Ep + Chl + Act + Qw + … (Act – актинолит, W – вода) и пишет, что «Обыкновенно одновременно развивается эпидот Ep (более высокотемпературный) и хлорит Chl (более низкотемпературный)». Но если в окрестности одной точки минералы появляются при разных температурах, значит, они не одновременны. Следовательно, данная реакция должна быть разбита минимум на две реакции.