Метаморфизм

                                                                                                                                                      

 

 

                

Федеральное агентство по образованию РФ

ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Геолого-географический факультет

Кафедра динамической геологии

 

 

 

 

                                                            ДОПУСТИТЬ К ЗАЩИТЕ:

                                                                       Научный руководитель, профессор

                                                                            ________________ В.В. Врублевский

                                                               «____»_______________ 2014г.

 

 

 

 

 

 

 

МЕТАМОРФИЗМ

Курсовая работа

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                                                            Автор работы:

                                                                 студент 02301 группы

_______________ Р.В. Голещихин

                                                                                «____»_______________2014г.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Томск 2014

СОДЕРЖАНИЕ

 

Введение                                                                                                                                       3

        

      1. Общее понятие о метаморфизме                                                                                     4

      2. Стадии и этапы метаморфизма                                                                                         6

     3. Общая характеристика и основные факторы метаморфизма                                        8

                        3.1. Термальный метаморфизм                                                                          8

                        3.2. Динамометаморфизм                                                                                    9

                        3.3. Метасоматоз                                                                                               10

                            3.3.1. Типы метасоматических процессов                                                11

     4. Типы и условия проявления метаморфизма                                                                12

                        4.1. Локальный метаморфизм                                                                        13

                         4.2. Контактовый метаморфизм                                                                      13

                         4.3. Региональный метаморфизм                                                                    15

                               4.3.1. Стадийность, зоны и фации регионального метаморфизма       19

                         4.4. Катакластический метаморфизм                                                             21

   5. Горные породы метаморфизма                                                                                      21

    6. Роль метаморфизма в образовании месторождений полезных ископаемых.           28

 

Заключение                                                                                                                                30

 

Список использованной литературы                                                                                      31

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

Что такое метаморфизм? Слово «метаморфизм» в переводе с греческого языка означает изменение, превращение. Понятие «метаморфическая порода» было впервые введено Ч. Лейеллем. В геологии под метаморфизмом понимается физическая и химическая переработка горных пород под влиянием изменений физико-химических условий внутри Земли. В результате изменений условий в земных недрах горные породы преобретают новые текстурные, структурные свойства и минеральные качества. Зачастую новые породы по минеральному составу значительно отличаются от первоначальных. На изменение первоначального строения и состава пород основное влияние оказывает давление, температура, наличие флюидов и химические процессы, происходящие на глубине.

  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.  ОБЩЕЕ ПОНЯТИЕ О МЕТАМОРФИЗМЕ

 

Впервые идею о метаморфизме горных пород высказал М.В. Ломоносов в 1763 г. в своем труде «О слоях земных». Он описал превращение ила и глины в «дикий камень» в результате длительного слеживания и «подземного огненного действия» с последующим «проникновением вод минеральных». Об изменениях горных пород под влиянием внутреннего тепла Земли писал в своем трактате шотландский ученый Дж. Геттон (1775). 
 
Термин «метаморфизм горных пород» ввёл английский геолог Ч. Лайель в 1883 г.

Метаморфизм — преобразование горных пород под действием эндогенных процессов, вызывающих изменение физико-химических условий в земной коре. Преобразованию могут подвергаться любые горные породы — осадочные, магматические и ранее образовавшиеся метаморфические. В физико-химических условиях, отличных от тех, в которых образовались горные породы, происходит изменение их минерального состава, структуры и текстуры. Изменение минерального состава при метаморфизме может протекать изохимически, т.е. без изменения химического состава метаморфизуемой породы, и метасоматически, т. е. со значительным изменением химического состава метаморфизуемой породы за счет привноса и выноса вещества. Изменение структуры и текстуры пород обычно происходит в процессе перекристаллизации вещества. Особенность метаморфических процессов заключается в том, что они протекают с сохранением твердого состояния системы, без существенного расплавления пород. Лишь при определенных физико-химических условиях метаморфизм сопровождается частичной или полной кристаллизацией исходных пород. Процессы подобного характера объединяются под названием ультраметаморфизма.

В зависимости от интенсивности метаморфических процессов наблюдается постепенный переход от слабо измененных пород, сохраняющих состав и структуру исходных разностей, до глубоко преобразованных пород, первичная природа которых практически утрачена.

Метаморфизм представляет собой сложное физико-химическое явление, обусловленное комплексным воздействием температуры, давления и химически активных веществ. Он протекает без существенного изменения химического состава первичных пород.

 

Например, глины в процессе метаморфизма переходят в гнейсы, базальт в амфиболит, породы ультраосновного состава в серпентиниты.

 

 

 

    Ил Аргиллит Гнейс

 

Рис. 1. Схема метаморфизма горных пород

 

Метаморфизм генетически связан с тектоникой литосферных плит, а именно с формированием субдукционных и рифтовых зон. 
 
В зонах субдукции, где океаническая кора, как более тяжелая, опускается под континентальную, образуются впадины (желоба), которые со временем превращаются в геосинклинали. Аналогичная геологическая обстановка создается и в зонах столкновения тектонических плит.

 

 

 

Рис. 2. В зоне субдукции происходит образование глубоководных желобов и горных сооружений, а также затягивание континентальной коры на большую глубину

 

 

Процесс формирования мощных многосотметровых толщ происходит и в зонах рифтогенеза (раздвижения континентальной коры).

 

Рис. 3. Схема воздействия магматического расплава на породы земной коры

 

 

Рифтогенез происходит с утонением континентальной коры и проседанием ее на большую глубину. Отрицательные структуры рельефа заполняются осадками (глинами, песком, органическими веществами) и близлежащими горными породами. Все это происходит на фоне повышения температуры за счет магматических масс, проникающих по глубинным разломам к дневной поверхности. 
 
Все три описанные выше геологические обстановки происходят с понижением рельефа и переходом их в геосинклинали, формирование которых происходит длительное время (несколько млрд лет). В настоящее время гнейсы слагают древние структуры, т.н. щиты. Их возраст составляет 3 – 4,5 млрд лет, поэтому можно считать, что метаморфизм это древний процесс, т.к. молодых гнейсов в природе не существует. 

 

 

2. СТАДИИ И ЭТАПЫ МЕТАМОРФИЗМА

 

Процесс метаморфизма постоянно находится в динамике. На первой стадии метаморфизма при погружении осадков на большие глубины низкотемпературные минеральные ассоциации замещаются высокотемпературными. Все это происходит на фоне увеличения давления, температуры и агрессивности флюидов. Первую стадию метаморфизма условно можно подразделить на четыре этапа:

 

 

 

I этап – накопление осадочных, магматических горных пород в геосинклинальных зонах.

 

II этап сопровождается медленным (1 – 2 млрд лет) опусканием накопившихся осадков на большую глубину (до 30 км). В результате глины преобразуются в гнейсы, породы основного состава – в амфиболиты, породы ультраосновного состава – в серпентиниты, т.е. происходит перекристаллизация вещества из одного состояния в другое без изменения химического состава. В это время происходит смятие пород в складки, образование разрывных нарушений.

 

III этап характеризуется широкой гранитизацией (метасоматозом) с формированием в тектонических зонах крупных массивов плагиогранитов. Масштабный метасоматоз сопровождается выносом флюидов в открытые трещины или в ослабленные участки земной коры.

 

IV этап – процесс формирования микроклиновых гранитов, пегматитов и кварца, за счет флюидов, сформированных при региональной гранитизации. Вышеперечисленные породы образуют секущие жилы в гнейсах, гранитах и кристаллосланцах.

 

Вторая стадия метаморфизма называется регрессивным метаморфизмом – это подъём глубинных метаморфических пород на дневную поверхность. В результате происходит разрушение породообразующих минералов и образование новых. Например, при разложении и переходе плагиоклаза в глинистые минералы (процесс пелитизации) выносится большое количество кальция с образованием эпидота, т.е. проявляется вторичный процесс (эпидотизация). Обратный процесс Ф. Бекке назвал диафторезом. Диафторез, как правило, связан с явлениями гидратации (присоединение молекул воды к молекулам или ионам). Горные породы, претерпевшие регрессивный метаморфизм, иногда называют диафторитами.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.  ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА И ОСНОВНЫЕ ФАКТОРЫ МЕТАМОРФИЗМА

 

Метаморфизм — преобразование горных пород под действием эндогенных процессов, вызывающих изменение физико-химических условий в земной коре. Преобразованию могут подвергаться любые горные породы — осадочные, магматические и ранее образовавшиеся метаморфические. В физико-химических условиях, отличных от тех, в которых образовались горные породы, происходит изменение их минерального состава, структуры и текстуры. Изменение минерального состава при метаморфизме может протекать изохимически, т.е. без изменения химического состава метаморфизуемой породы, и метасоматически, т. е. со значительным изменением химического состава метаморфизуемой породы за счет привноса и выноса вещества. Изменение структуры и текстуры пород обычно происходит в процессе перекристаллизации вещества. Особенность метаморфических процессов заключается в том, что они протекают с сохранением твердого состояния системы, без существенного расплавления пород. Лишь при определенных физико-химических условиях метаморфизм сопровождается частичной или полной кристаллизацией исходных пород. Процессы подобного характера объединяются под названием ультраметаморфизма.

В зависимости от интенсивности метаморфических процессов наблюдается постепенный переход от слабо измененных пород, сохраняющих состав и структуру исходных разностей, до глубоко преобразованных пород, первичная природа которых практически утрачена.

 

3.1. ТЕРМАЛЬНЫЙ МЕТАМОРФИЗМ

 

Температура — важнейший фактор термального метаморфизма, влияющий на процессы минералообразования и определяющий формирование тех или иных минеральных ассоциаций. При повышении температуры резко увеличивается скорость химических реакций и возрастает интенсивность процессов перекристаллизации. Повышение температуры способствует экзотермическим метаморфическим реакциям, идущим с поглощением тепла, вызывает дегидратацию гидроксилсодержащих минералов, декарбонатизацию карбонатов и приводит к образованию высокотемпературных минералов, лишенных конституционной воды. Перекристаллизация в условиях роста температур приводит к появлению более крупнозернистых структур.

Температурный интервал, в пределах которого происходят типичные метаморфические преобразования, согласно данным В. С. Соболева (1970 г.), находится в пределах 300—1000 °С. Ниже 300 °С вследствие резкого падения скорости химических реакций метаморфические превращения почти не происходят или совершаются крайне медленно; верхний предел ограничен температурой начала плавления наиболее распространенных горных пород и отвечает условиям образования магмы.