Литология. Структурная геология

Р. А. Щеколдин. Конспекты лекций

Литология. Структурная геология

Р. А. Щеколдин. Конспекты лекций

ФОРМЫ ЗАЛЕГАНИЯ МЕТАМОРФИЧЕСКИХ ПОРОД

Общая характеристика комплексов метаморфических пород

Метаморфические породы возникают за счет преобразования осадочных (парапороды) и изверженных (ортопороды) пород в результате процессов метаморфизма. Метаморфические комплексы характеризуются весьма различным изменением первоначального состава пород, начиная от сравнительно слабого, когда в метаморфических породах сохраняются реликты многих особенностей исходных пород, и кончая таким, когда от первоначальных пород не остается никаких признаков.

Виды метаморфизма и метаморфических пород

Основными факторами метаморфизма являются температура и давление. Они могут проявляться в разных сочетаниях и в различных обстановках.

Локальный метаморфизм

Термальный метаморфизм. Ранее отмечалось, что в контактах с интрузивными массивами развиваются зоны контактового метаморфизма, существенную роль в формировании которых играла высокая температура магмы.

Динамометаморфизм. Вдоль крупных тектонических разрывов образуются зоны смятия, в формировании которых существенную роль имело высокое давление, связанное с тектоническими деформациями. Эти явления метаморфизма могли обусловить образование комплексов самых различных метаморфических пород, в том числе и разнообразных гнейсов и кристаллических сланцев.

При этом в зонах контактового метаморфизма могли развиваться разрывы и сопровождающие их явления смятия, а по разрывам и в зонах смятия могли внедряться другие интрузии с развитием контактового метаморфизма. В результате переплетения различных факторов метаморфизма могли образоваться метаморфические комплексы сложного состава и строения. Важной особенностью таких метаморфических областей является приуроченность их или к определенной интрузии, или к определенной зоне смятия, с удалением от которых породы метаморфических комплексов сравнительно быстро приобретают облик нормальных (исходных) пород, то есть эти зоны метаморфизма являются локальными , местными.

Региональный метаморфизм

Существуют такие области, в пределах которых явления значительной степени метаморфизма имеют всеобщее региональное проявление. В их пределах, на всей площади их распространения, нельзя из комплексов метаморфических пород перейти в комплексы нормальных пород, так как толщи осадочных пород определенного возраста, переслоенные в ряде случаев с вулканогенными и пронизанные интрузивными, сплошь превращены в метаморфические образования. Не так уж редко в таких метаморфических комплексах нельзя бывает решить: была та или иная метаморфическая порода первоначально осадочной или изверженной, то есть, скажем, рассматриваемый гнейс является парагнейсом или ортогнейсом, или кристаллический сланец – парасланцем или ортосланцем. Такими областями являются районы выхода на дневную поверхность кристаллических пород обычно докембрийского возраста (архей и протерозой), главным образом, щиты древних платформ.

В областях развития метаморфических комплексов всегда приходится стремиться к выявлению признаков, позволяющих установить первоначальный характер пород как осадочных, так и изверженных. Эти признаки могут как бы «просвечивать» сквозь общий облик метаморфических пород, их комплексов. Такими признаками для исходных осадочных пород в первую очередь могут быть различные реликтовые формы косой слоистости осадков, слоистость осадочных толщ, их цикличность (ритмичность), знаки ряби, гиероглифы, проявления стратиграфических несогласий, органические остатки и др. От эффузивных пород могут сохраниться остаточные флюидальные, миндалекаменные и брекчиевидные текстуры. Для интрузивных пород существенными могут оказаться формы и ориентировка реликтовых контуров магматических тел и контактовых ореолов, дайковых форм. Большое значение могут иметь реликты структур горных пород, устанавливаемые при микроскопическом изучении. В ряде случаев метаморфические породы, макроскопически не дающие каких-либо признаков исходных пород, под микроскопом в шлифах позволяют совершенно точно назвать исходную породу. Представление об исходных породах может дать также тщательное изучение химических анализов метаморфических пород.

Всегда чрезвычайно важно установить, за счет каких исходных пород, – осадочных, вулканогенных или интрузивных – образовались метаморфические толщи. Для этого необходимо выяснять отмеченные выше реликтовые формы различных типов горных пород, тщательно изучать химические анализы метаморфических пород.

Внутренняя структура метаморфических толщ

В метаморфических толщах широкое развитие имеют подобные складки разных порядков до самых мельчайших, создающих гофрировку и плойчатость. Широко развиты в них складки волочения и именно в этих толщах наблюдаются так называемые складки течения. Значительного развития в метаморфических комплексах достигает главный кливаж течения (сквозной кливаж, кливаж осевой плоскости) при сравнительно ограниченном распространении кливажа разлома, или, как иногда его называют, кливажа межслоевого скольжения. Чрезвычайно широкое распространение получает слоевой кливаж (кливаж напластования, динамический кливаж), параллельный слоистости, широко известный как кристаллизационная сланцеватость.

Исключительное развитие в метаморфических комплексах получают линейные и плоскопараллельные (полосчатые) текстуры (рис. 1), по своему виду аналогичные тем, которые отмечались для интрузивных массивов. Если там эти текстуры были первичными, то здесь они (в результате глубоких пластических преобразований исходных пород в условиях высокой температуры и большого давления на значительных глубинах) – вторичные.

Рис. 1. Текстуры кристаллизационной сланцеватости: а - линейная; б - плоскостная; в - линейно-плоскостная

Будинаж-структуры

Для метаморфических комплексов весьма характерными являются структуры будинажа (будинаж-структуры). Будинажем называется процесс разделения пластов крепких горных пород, даек и других образований на отдельные линзовидные части (блоки) под влиянием тектонического давления и обтекания этих линз более пластичными породами (рис. 2).

Рис. 2. Будинаж-структура

Явления будинажа имеют весьма широкое распространение в складчатых районах, особенно в районах с метаморфическими комплексами, где такие жесткие пласты, как мраморизованные известняки, амфиболиты и т. п., заключенные между относительно пластичными слюдяными сланцами и гнейсами, раздробляются во всех направлениях и растаскиваются благодаря течению вмещающих пластических пород. Ориентировка будин в общем подчиняется плану складчатых структур, размеры отдельных будин зависят от мощности жестких пластов, подвергшихся будинажу. Так, в пределах Балтийского щита отдельные блоки будинированных пород имеют размеры от десятых долей сантиметра (в местах тонкого переслаивания жестких и пластичных пород) до 8-10 м. Наиболее распространены будины величиной от 0,5 до 1,5 м. При будинировании мощных (150-200 м) пластовых тел амфиболитов величина отдельных блоков достигает десятков и сотен метров.

Следует отметить, что явления будинажа имеют широкое распространение и в районах с нормальными, достаточно интенсивно складчатыми породами. Особенно эффектно явления будинажа здесь выступают в толщах сравнительно тонкого (сантиметры - десятки сантиметров - первые метры) переслаивания песчаников и глинистых сланцев, известняков и глинистых сланцев. Жесткие известняки и песчаники дают мелкие (в среднем первые десятки сантиметров в поперечнике) дискообразные и караваеподобные тела в общей глинистой массе. Диски и караваи жестких пород по краям обычно несколько утоняются, вызывая представление об обжимании получавшихся блоков, сдавливания их во время складчатости и перемещения этих блоков (будин) в массе вещества пластических слоев, которое испытывало послойное движение. Существенным моментом в процессе будинообразования является первоначальное расплющивание жесткого слоя, из которого образуются будины.

Пространство между разошедшимися будинами выполняется веществом пластических слоев. В тех случаях, когда это пространство незначительно, оно может быть выполнено выкристаллизовавшимся карбонатом, кварцем.

Складчатые структуры метаморфических толщ

Наибольшим распространением в метаморфических породах пользуются складки течения, образующиеся в условиях высоких температур и значительного стресса. В таких условиях снижается вязкость пород, что ведет к течению пород в сторону пониженного давления. Наиболее часто образуются острые, сильно сжатые («скошенные») и изоклинальные складки.

В метаморфических толщах нередко встречается наложение складчатостей разного возраста, имеющих различную ориентировку (рис. 3). Ранее сформировавшиеся складки вновь вовлекаются в процесс складчатости с образованием структур, имеющих иное расположение осевых поверхностей и осевых линий.

Если наложившиеся складки сильно сжаты, в них развивается новая сланцеватость, параллельная осевым поверхностям поздних складок. Новая сланцеватость может полностью или частично затушевать сланцеватость, образовавшуюся при раннем складкообразовании.

В наложенных складках выявление стратиграфической последовательности образующих их слоев представляет собой трудную, часто невыполнимую задачу, в связи с чем выделение антиклиналей и синклиналей теряет смысл. Поэтому для толщ, в которых стратиграфическая последовательность не установлена, следует применять термины «антиформные» и «синформные» складки.

Рис. 3. Наложение прямых складок на лежачие изоклинальные складки в Северном Беломорье (по Б.И. Кузнецову). 1 – гнейсы; 2 – амфиболиты; 3 – границы разных пород и углы их падения; 4 – осевые поверхности ранних складок; 5 – осевые поверхности наложенных складок; 6 – направление и углы погружения шарниров складок

Ультраметаморфизм

Высшую форму развития метаморфизма (ультраметаморфизм) с соответствующими структурами представляют явления мигматизации и гранитизации, которые способны полностью уничтожить какие-либо остаточные реликтовые формы исходных пород, являясь завершающей стадией регионального метаморфизма.

Мигматизацией называется процесс образования сложных пород (мигматитов) путем инъекции расплавленного магматического материала и летучих в существующие породы. Иногда в этом процессе развиваются явления привноса из глубоко расположенных магматических масс и выноса некоторых веществ из первоначальных пород, подвергающихся полному преобразованию. Мигматизация является самой начальной стадией гранитизации.

Гранитизация представляет собой совокупность явлений и процессов, происходящих в глубоких зонах земной коры и заключающихся в изменении горных пород с приближением их по составу и структуре к гранитам, которые являются конечным продуктом этих процессов.

В регионально метаморфизованных толщах широко распространены образования, называемые мигматитами. Они представляют собой смешанные породы, состоящие из метаморфизованных вмещающих пород и вещества, находившегося во время мигматитообразования в подвижном состоянии. Подвижное вещество в большинстве случаев представлено жилами пегматита, аплита и гранитоидов, но при тонком распределении оно может быть выражено отдельными минералами, входящими в состав перекристаллизованных и химически измененных исходных пород. В зависимости от строения различают мигматиты глыбовые, ветвистые, послойные, складчатые (птигматиты) и теневые. В теневых мигматитах почти исчезает различие между веществом вмещающих пород и подвижным (привнесенным) материалом. Неопределенной формы реликты вмещающих пород, в которых только местами сохранилось первичное строение (обычно более темных оттенков), определило название этих мигматитов. Жильный материал в теневых мигматитах не имеет какой-либо определенной формы. Наблюдениями установлено, что теневые мигматиты постепенными переходами связаны со всеми предшествующими типами мигматитов. Реликтовые полосы и пятна и основная масса в теневых мигматитах сложены гранитоидами.

Крупные складчатые структуры метаморфических комплексов

В докембрийских гнейсовых и сланцевых кристаллических. толщах распространенными структурами являются куполовидные поднятия с изометрическими овальными или неправильными очертаниями в плане и реже формы брахисинклинального, чашеобразного типа. В поперечнике такие структуры измеряются обычно 5-15 км, но в некоторых случаях достигают и нескольких десятков километров. Морфология куполовидных поднятий отличается большим разнообразием. В вертикальном сечении они редко имеют симметричное строение, и углы падения их крыльев изменчивы, если двигаться по периферии той или иной структуры. Нередко гнейсы на крыльях отличаются крутым до вертикального падением и даже имеют опрокинутое залегание (рис. 4).

Рис. 5. Разрез гранито-гнейсового купола, по Л.И. Салопу: 1 - пегматиты; 2 – порфиробластические граниты; 3—5 – свиты патомской серии; 6—7 – свиты тепторгинской серии; 8 – гранито-гнейсы

Гнейсы, облекающие купола, деформированы в мелкие дисгармоничные и иногда линейные складки. В срединных частях куполовидных поднятий мелкая складчатость большей частью не имеет линейного характера, а сами породы не несут линейных текстур. Линейные складки второго и более мелких порядков получают развитие обычно на крыльях куполов. Выделяются два различных случая ориентировки более мелких линейных складок относительно контура куполовидных структур. В одном случае оси мелких складок на отдельных участках ориентированы нормально к контурам купола (в плане) и, следовательно, погружаясь, веерообразно расходятся от срединной части структуры. В других куполовидных поднятиях мелкие линейные складки располагаются почти параллельно контурам купола, концентрически окружая поднятие по периферии. Нередко системы таких складок образуют сложные синклинальные структуры, кольцеобразно замыкающиеся вокруг куполов. Рассмотренные структуры, в соответствии с мнением большинства исследователей, являются специфическими складчатыми структурами архея и возникают в условиях размягченного состояния крупных масс пород в течение единого этапа мигматизации и складкообразования. Возможно, что в некоторых случаях необходимо учитывать и механические деформации в результате объемного изменения пород, вызванного физико-химическими явлениями, сопровождающими региональные процессы мигматизации и гранитизации.

Выводы

  1. Метаморфические породы возникают за счет преобразования оса-дочных и изверженных пород в результате процессов метаморфизма.

  2. Основными факторами метаморфизма являются температура и давление. Они имеют разные источники и могут проявляться в различных масштабах и сочетаниях.

  3. Благодаря кристаллизационной сланцеватости исключительное развитие в метаморфических комплексах получают линейные и плоскопараллельные (полосчатые) текстуры.

  4. Для метаморфических комплексов весьма характерными являются структуры будинажа (будинаж-структуры), возникающие в результате разделения пластов крепких горных пород, даек и других образований на отдельные линзовидные части.

  5. В метаморфических толщах широкое развитие имеют подобные складки разных порядков, до самых мельчайших, создающих гофрировку и плойчатость.

  6. Наибольшим распространением в метаморфических породах пользуются складки течения, образующиеся в условиях высоких температур и значительного стресса.

  7. В метаморфических толщах нередко встречается наложение складчатостей разного возраста, имеющих различную ориентировку.

  8. Высшую форму развития метаморфизма (ультраметаморфизм) представляют явления мигматизации и гранитизации.

  9. В докембрийских гнейсовых и сланцевых кристаллических. толщах распространенными структурами являются гранито-гнейсовые купола – куполовидные поднятия с изометрическими овальными или неправильными очертаниями. Ядро купола обычно состоит преимущественно из гранитоидных пород. Оболочка купола обычно сложена толщами, включающими кварциты, конгломераты, мраморы, амфиболиты и филлиты.

  10. Гранито-гнейсовые купола являются специфическими складчатыми структурами архея и возникают в условиях размягченного состояния крупных масс пород в течение единого этапа мигматизации и складкообразования.

Вопросы для самопроверки

  1. Назовите два типа метаморфизма, выделяемые по масштабам их проявления.

  2. Что такое региональный метаморфизм?

  3. Назовите наиболее характерные текстурные особенности метаморфических пород.

  4. По каким признакам определяют исходный состав метаморфических пород?

  5. Перечислите основные текстуры метаморфических пород.

  6. Что такое будинаж-структуры?

  7. В чем проявляются особенности дислокаций метаморфических толщ?

  8. Что такое «структуры дислокационного метаморфизма»?

  9. Какое явление характерно для метаморфических толщ архейской акротемы?

  10. Что представляют собой мигматиты?

  11. Что представляют собой гранито-гнейсовые купола?