Более

Модуль 8 - Метаморфизм и метаморфические породы - Науки о Земле

Модуль 8 - Метаморфизм и метаморфические породы - Науки о Земле


Модуль 8 - Метаморфизм и метаморфические породы

ES10 - ЗЕМЛЯ

Метаморфизм означает изменение формы. В смысле геологов это относится к изменениям горных пород (протолитов) в твердом состоянии (то есть не за счет полного плавления породы). Можно рассматривать метаморфизм как кулинарию. Ингредиенты смешиваются и помещаются при другой температуре (и / или давлении), и происходят изменения. То, что было порцией слизи, превращается в прекрасный торт!

Изменение происходит, чтобы поддерживать условия равновесия с новыми состояниями тепла, давления или жидкостей. Таким образом, серьезные изменения любой из этих трех переменных окружающей среды могут привести к метаморфизму. Из-за большой конвейерной ленты тектоники плит, горные породы могут сталкиваться с множеством условий окружающей среды, меняющихся под давлением, температурой и жидким пространством. По мере продвижения они могут трансформироваться и, возможно, иметь историю, чтобы рассказать о том, где они были.

Следы метаморфизма - рост новых минералов, устойчивых в новых условиях ПТФ, и изменения текстуры, отражающие напряженное состояние.

Температура

Есть несколько источников тепловой энергии, которая движет метаморфизмом. Очевидно, что когда вулканическое тело (около 1200 градусов по Цельсию) вторгается в ничего не подозревающую вмещающую породу, зона контакта значительно нагревается. Это вызывает обжиг соседней породы, называемый контактным метаморфизмом.

Температура на Земле повышается с глубиной. У поверхности в обычной коре температура поднимается примерно на 30 градусов на километр. Частично это связано с радиоактивным распадом внутри земной коры, но также происходит из-за того, что Земля все еще очень горячая с момента своего первоначального образования (вспомните, что ядро ​​в основном состоит из расплавленного железа!). Таким образом, если камни брать с поверхности «вниз по трубам» путем захоронения или погружения в литосферу, они нагреваются и превращаются в метаморфозы.

Давление

Давление меняется с глубиной в Земле в результате увеличения веса вышележащих пород. Повышенное давление заставляет минералы образовывать более компактные фазы, заставляя, например, уголь превращаться в алмазы, а глину - в рубины. Давление также меняет состояние стресса. Кристаллы будут расти или деформироваться, растрескиваясь или растекаясь в ответ на изменение напряжения, и демонстрируют либо преимущественное выравнивание, либо признаки сдавливания, которые каким-то образом отражают режим напряжений в новой среде. Например, деформация вблизи зон разломов приводит к растрескиванию и измельчению горных пород и называется катакластическим метаморфизмом, в то время как деформация глубоко в земной коре происходит более пластично на обширной территории, вызывая региональный метаморфизм.

Жидкости

Изменения в химическом составе флюидов в поровом пространстве горных пород также вызывают изменения. В своей самой низкой форме температуры / давления это изменение называется диагенезом, включая выветривание, о котором говорилось в предыдущей лекции. Диагенез обычно не считается частью метаморфизма, хотя, если вы спросите меня, это различие довольно тонкое.

Одной из частых причин изменений химического состава флюидов является близость чего-то горячего, например, вулканической активности. Тепло вызывает конвекционные токи в окружающих жидкостях. Нагретая вода локально реагирует с горячей горной породой и переносит раствор растворенного вещества (богатого металлами и серой) из области высоких температур в область более холодной породы (или воды). Здесь жидкости имеют тенденцию «сбрасывать свою нагрузку». Эта форма метаморфизма известна как гидротермальные изменения и является способом образования большинства металлических рудных тел. Когда сверхзарядные жидкости выходят из совершенно новой океанской корки и попадают в воду с температурой 2 ° C, они сбрасывают свой груз и образуют так называемого черного курильщика. Многие животные (если их можно так называть) живут за счет этого. Проверьте это:

Метаморфические текстуры

Повышение давления вызывает уменьшение объема породы за счет сначала уплотнения, а затем перекристаллизации минералов в более плотные формы. При уплотнении зерна располагаются более плотно. Примером может служить превращение глины в сланец. Перекристаллизация предполагает рост новых минералов. Объемный химический состав не должен меняться (если не используются жидкости).

Если давление в одном направлении выше, чем в других, минералы будут стремиться выровняться так, что ткань будет формироваться перпендикулярно этой оси. Плоская ткань известна как слоение. в то время как выравнивание кристаллов вызывает линейность.

Слюды (пластинчатые) будут расти пластинами вдоль слоения. Усиление метаморфизма приводит к разным типам слоистости.

В своем путешествии по тектонической карусели глина сначала превратится в сланец во время диагенеза, а затем перейдет в сланец. Тогда рост слюды будет способствовать появлению персикового пушистого блеска, характерного для филлита. По мере усиления метаморфизма образуются сланцы. В сланцах есть крупные хлопья слюды.

При наиболее интенсивном метаморфизме минералы расслаиваются на полосы светлых и темных минералов, характерные для гнейс.

Если порода легко раскалывается по гладким параллельным поверхностям, у нее есть так называемый раскол трещины.

Не все породы слоистые. Например, контактный метаморфизм обычно не приводит к образованию слоистых пород. Кроме того, материнские породы (протолиты), которые имеют тенденцию выращивать минералы, которые не являются пластинчатыми или удлиненными, будут давать метаморфические породы, которые не имеют слоистости или линейности. К ним относятся кварц и кальцит. Таким образом, песчаники образуют массивные кварциты, а известняки - мрамор, ни один из которых не имеет сильного слоистого слоя. Вот пример того, как выглядит мрамор.

Текстура порфиробласта

Порфиробласты более крупные кристаллы в более мелкозернистой матрице. Метаморфическая порода будет носить название доминирующих порфиробластов, например. сланец гарнитовый.

Минеральные изменения в метаморфических породах

Изменение условий приводит к фазовому превращению одного минерала в другой. Минералы объединяются или изменяют кристаллическую структуру. Конкретные образующиеся минералы характерны для условий давления / температуры. Особенно полезными для определения условий PT являются следующие минералы с индексом метаморфизма

Низкий уровень метаморфизма (низкие температуры и давления) - около 200 градусов Цельсия.
Сланцы и филлиты характеризуются:

Породы средней степени метаморфизма, такие как сланцы, часто имеют:

Высокая степень метаморфизма - 800 градусов C (граница с плавлением), такие как гнейс и мигматит, имеют силлиманит в высокотемпературной фазе высокого давления.

Ставролит, кианит и силлиманит имеют одинаковый состав, но стабильны при различных условиях PT (например, графит и алмаз). Следовательно, наличие одной конкретной формы документирует условия ПК. Более точное представление о PT-условиях можно получить, рассмотрев целый набор минералов. Определение истории PT последовательности горных пород описывает путешествие этого конкретного пакета земной коры вверх и вниз по тектоническому лифту.

Роль исходной композиции

Очевидно, что состав протолита играет важную роль в том, какие минералы будут расти. Таким образом, базальты, граниты и карбонатные породы развиваются в различные метаморфические минеральные ассоциации, ведущие в конечном итоге к амфиболиту, гнейсу или мрамору соответственно.

Плиточные тектонические установки метаморфизма

Взгляните на рисунок 8.2 в книге. Гидротермальный метаморфизм происходит около срединно-океанических хребтов, вызванный жарой вулканической активности там. Внедрение магматических пород приводит к контактному метаморфизму везде, где он происходит. Оба эти сорта представляют собой метаморфизм с высокими температурами и низкими давлениями.

Разломы, связанные с границами плит, создают катакластический метаморфизм мелкой коры.

Катаклаз переходит в полностью измельченные минералы с полосами, характерными для милонитов.

Наконец, захоронение отложений в осадочном бассейне приводит породы к характерной для земной коры дороге PT, так называемой геотерм . Они реагируют на это развитием характерных минеральных фаз погребального метаморфизма. Минералы являются индикатором того, насколько глубокими и горячими оказались отложения.


Модуль 8 - Метаморфизм и метаморфические породы

Типы метаморфизма

Основные типы метаморфизма: контактная, региональная, погребальная, динамическая а также метасоматический. Их появление зависит от геологической / тектонической среды, в которой существует порода. По этой причине метаморфические породы и минералы являются отличными регистраторами тектонической истории Земли. Вот грубый пример:

Контактный метаморфизм характеризуется высокая температура, низкое давление условия, и поэтому также известен как термический метаморфизм.

Это вызвано близостью источника тепла и, следовательно, ограничено зонами контакта, прилегающими к крупным вулканическим телам. Степень метаморфизма ограничена диффузией тепла через породу и проницаемостью пород для флюидов. Поскольку метаморфизм охватывает магматическую интрузию, зона метаморфизма называется ореолом метаморфизма.


Сравнение контактного метаморфизма с керамикой


Эскиз метаморфического ореола

Этот тип метаморфизма вызывает перекристаллизацию без предпочтительного направления удлинения минерала, то есть слоистости, в результате чего образуется массивная твердая порода из сплавленных, взаимосвязанных зерен. Скала называется роговиком.


Hornfels

Роговиковым может быть любой тип породы, название может быть изменено за счет присутствия различных порфиробластов, таких как гранатовый роговик. Кварцевый песчаник перекристаллизовывается в кварцит.


Кварцит

Чистый известняк перекристаллизовывается в мрамор.

Рекристаллизация увеличивает размер зерен породы и, как правило, формирует тройные стыки между зернами.

Погребальный метаморфизм распространяется на обширные территории и вызывается давлением и температурой, возникающими при глубоком захоронении горных пород или отложений. Направленного давления нет, поэтому нет предпочтительного удлинения минерала. Он постепенен к диагенезу и обычно определяется как начало, когда образуются и кристаллизуются первые новые минералы.

Региональный метаморфизм характеризуется рядом условий температуры и давления. Этот тип метаморфизма вызван увеличивающимся геотермическим градиентом, поскольку горные породы погребены, и создается дифференциальное напряжение из-за столкновения тектонических плит. Таким образом, региональный метаморфизм широко распространен в зонах континентальной коллизии. В породах появляется слоистость из-за перекристаллизации минералов (слюд) в направлении, параллельном направлению наименьшего напряжения. Поскольку изменения в геотермических градиентах и ​​давлениях приведут к различным минеральным реакциям, можно наблюдать ряд отдельных минералов в пределах регионально метаморфизованных пород. Минерал, характеризующий конкретную метаморфическую группу минералов, называется индексным минералом, а линия, соединяющая первое появление индексного минерала на карте, называется изоградой.


Изограды в Южных Аппалачах

Индекс минералов и степени метаморфизма

Приблизительно
Темп. Диапазон

Метаморфический
Оценка

Индекс Минералы

Общие минеральные ассоциации

650 о С

ВЫСОКИЙ КЛАСС

СИЛЛИМАНИТ - & gt

Кварц, полевой шпат, биотит, мусковит, гранат

КЯНИТ

СТАВРОЛИТ - & gt

Кварц, биотит, мусковит

400 o C

СРЕДНИЙ СОРТ

Гранат

БИОТИТ - & gt

Кварц, мусковит

150 о С

ХЛОРИТ

НИЗКАЯ ОЦЕНКА

Ключевым диагностическим признаком метаморфических пород региона является развитие слоистости из-за дифференциальных напряжений.

Это иногда называют метаморфизмом разломной зоны, катакластическим метаморфизмом или дислокационным метаморфизмом, и он характеризуется низкими температурами и высокими давлениями. Этот тип метаморфизма вызывается механическим разрушением, а не перекристаллизацией. В зонах разломов происходит дробление и измельчение. Первоначально участвует только хрупкая деформация, но она переходит в пластическую деформацию и сдвиг в зонах милонита, где может развиться слоистость.


Обсуждаемые до сих пор метаморфические реакции включают относительно фиксированный химический состав, помимо дегазации летучих веществ и выделения воды и диоксида углерода. Это связано с тем, что жидкости относительно мало по сравнению с количеством породы, и реакции протекают медленно. Жидкость обеспечивает путь для мобилизации элементов от одного минерала к другому, но не удаляет достаточно элементов, чтобы заметно изменить состав породы. Однако, если флюида много, ионы могут быть удалены в растворе или осаждены из раствора, и состав породы изменяется. Такое изменение состава горных пород движением флюидов известно как метасоматоз. Метасоматические процессы важны для образования ряда месторождений золота, меди, свинца и цинка.

Метасоматоз (также называемый гидротермальным метаморфизмом) обычно связан с контактным метаморфизмом, поскольку флюиды из охлаждающегося плутона объединяются с конвекционными потоками подземных вод и проходят через прилегающие породы. Эти горячие жидкости (гидротермальные растворы) могут переносить в растворе такие элементы, как кремний, железо, марганец, медь, свинец, цинк или золото. Элементы могут выпадать в осадок из метаморфического раствора, если горячие флюиды встречаются с химически активными породами, такими как известняки. Известняк особенно подвержен влиянию, поскольку он относительно пористый для жидкостей.

Без добавления новых ионов чистый известняк просто перекристаллизовывается в мрамор. С добавлением новых элементов, переносимых флюидом, могут кристаллизоваться новые минералы, кроме кальцита. Близко к интрузии кристаллизуются такие минералы, как волластонит, Ca-гранат (гроссулярит) и Ca-пироксен (диопсид). Далее от контакта могут появиться Са-амфибол и эпидот, затем хлорит и серпентин, прежде чем они перейдут в неизмененный известняк. Образовавшаяся порода называется скарном и может содержать экономичные концентрации металлов.


Скарн - мраморный контакт на руднике Сурк, Нью-Мексико.
Отбеленный мрамор содержит стебли лилий 0,1-1,0 см. Скарн состоит из кристаллов йохансенитового пироксена размером 1-10 см, которые выросли полосами, разделенными кристаллитами крошечных пироксеновых волокон. Розово-красный минерал при контакте с мрамором - родонит. Монета в правом нижнем углу имеет диаметр около 1 см.


Золотоносный везувианит и гроссулярный скарн близ Бенамбры, северо-восток Виктории.
Это месторождение содержит некоторые экзотические вторичные фосфатные и ванадатные минералы.

Точно так же крупномасштабный региональный метаморфизм может привести к производству больших объемов метаморфических флюидов. Эти флюиды выщелачивают значительные количества элементов, включая золото, из метаморфических пород. Горячие жидкости вынуждены перемещаться в более холодные, более высокие части земной коры, где золото может откладываться в кварцевых жилах. Золотоносные кварцевые жилы в Виктории являются хорошим примером такой миграции метаморфических флюидов и процессов осаждения.

Крупномасштабный метасоматоз действует и на срединно-океанических хребтах. Морская вода проникает в расходящиеся пластины и нагревается. Образуется конвекционное течение, и по мере того, как нагретая морская вода поднимается (в виде пара), она изменяет ультраосновные породы мантии. Оливин и пироксен превращаются в серпентин, хлорит, эпидот и тальк. Это известно как серпентинизация.

Просачивание морской воды глубоко в корку вымывает из горных пород медь, свинец, цинк и другие элементы. Когда флюиды поднимаются вдоль срединно-океанических хребтов, они выбрасываются в богатые металлами шлейфы морской воды, известные как черные курильщики. Внезапное изменение температуры вызывает выпадение металлов в осадок из гидротермальных флюидов. В результате морское дно покрывается илами, богатыми металлами.


  1. Термодинамическое равновесие чистых твердых тел и твердых растворов
  2. Петрогенетические сетки и метаморфические фации
  3. Нарушение равновесия и кинетика реакции
  4. Градиенты диффузии в породах и температуры закрытия
  5. Пути давление-температура-время.
  6. Тектонический контекст этих путей P-T-t
  7. Экспериментальные методы
  8. Жидкости
  9. Совместная реакция и деформация

Целью курса является введение на реальных примерах в основные концепции метаморфизма и метаморфических процессов, включая примеры из современной исследовательской практики.

Итоги

Способность идентифицировать различные метаморфические породы в ручном и шлифовальном разрезе, а также устанавливать ограничения на P-T условия образования. Понимание динамических процессов, связанных с метаморфизмом под высоким давлением, и сложных обратных связей между флюидами, скоростью реакции и крупномасштабными деформациями в нижних слоях земной коры. Знание современной экспериментальной техники и умение критически оценивать результаты таких экспериментов.

Ресурсы:

Все модули: См. Список всех различных модулей в Earth Sciences UCL.

Как применить: Все, что вам нужно знать о подаче заявки на получение степени в области наук о Земле UCL


Смотреть видео: Геологический анализ горной породы.