SHPORA.net :: PDA

[ Back ]

На земной поверхности активно действует процесс выветривания (разрушение горных пород и строительных материалов). Под поясом выветривания располагается пояс цементации, где рыхлые осадочные породы уплотняются и цементируются природными цементами. Ниже этой зоны, примерно с глубины 1 км, простирается зона метаморфизма (рис. 1.7).

В зоне метаморфизма все горные породы - магматические и осадочные - подвергаются воздействию факторов метаморфизма - высокой температуры, давления, флюидов – жидких, текучих химически активных веществ (магматических газов, растворов) - и претерпевают существенные изменения. Из них рождаются принципиально новые породы - метаморфические, которые имеют свои минеральный состав, структуру, текстуру, свойства (прилож. Д).

Разнообразие метаморфических пород, с одной стороны, связано с составом исходного материала, а с другой - с действием различных факторов метаморфизма. К числу основных побудительных причин метаморфизма относятся высокие давление и температура, а также действие флюидов – магматических газов и водных растворов. В зависимости от преобладающих факторов в зоне метаморфизма выделяются два основных типа метаморфизма: 1) контактовый; 2) динамометаморфизм.

Контактовый метаморфизм. Этот процесс развивается на контакте внедрившейся расплавленной магмы с вмещающими её горными породами. Последние, подвергаясь воздействию высокой температуры (850С и более) и флюидов (газообразных компонентов и горячих растворов), претерпевают ряд изменений. Формируется новый химический и минералогический состав. Из известняков образуются новые породы - скарны, а из глин - роговики.

Если породы преобразуются исключительно под действием высокой температуры, что возможно в известной близости к магматическим очагам, процесс носит название пирометаморфизма.

В процессе контактового метаморфизма, особенно пирометаморфизма, могут возникать породы зернистого типа: мраморы и кварциты.

Динамометаморфизм. Это преобразование исходных пород, происходящее под действием высокого давления, которое возникает при процессах горообразований или же в силу давления вышележащих многокилометровых толщ осадочных пород, образующихся при опускании земной поверхности. При таком метаморфизме происходит распад первичных минералов, образуются новые метаморфические породы со своей характерной сланцеватой структурой (текстурой) и новыми минералами, для которых характерны удлинённая форма кристаллов (роговая обманка) и чешуйчатые очертания (хлорит, биотит, мусковит, тальк).

Толщи земной коры, где в процессе метаморфизма господствуют одновременно большие давления и температуры, получили наименование области регионального метаморфизма. Он проявляется на больших площадях и особенно интенсивно протекает с глубины 6-8 км. Приводим некоторые значения давлений в зоне метаморфизма: на глубине 5 км - 100 МПа, 10 км -280 МПа, 25 км — 500 МПа. С глубиной растёт и температура. Предполагают, что на глубине 15 км - 300оС, 30 км - до 600оС.

В области динамометаморфизма степень преобразования исходных пород в те или иные метаморфические породы зависит от интенсивности процесса.

Подзоны метаморфизма

В земной коре зона метаморфизма по глубине подразделяется на три подзоны: эпи-, мезо- и катаподзона, где последняя является аналогом области регионального метаморфизма и имеет самую высокую степень воздействия факторов метаморфизма на исходные породы (табл. 6).

Эпиподзоне соответствует начальная степень метаморфизма. Изменение исходных пород слабое, структура их может сохраниться. Для этой зоны характерны минералы типа хлорита, талька, кварца. Типичными породами являются филлит, хлоритовый и тальковый сланцы.

В мезоподзоне степень метаморфизма более интенсивна. Давление одностороннее, породы имеют сланцевый облик. В этой зоне особо устойчивы роговая обманка, кварц и слюды.

Катаподзона представляет собой зону наиболее интенсивных давлений и высоких температур. К числу характерных минералов относятся кварц, основные плагиоклазы, микроклин, пироксены и др. Типичной горной породой этой зоны является гнейс.

В дальнейшем уже метаморфизованные породы под действием очень медленных горообразовательных движений могут быть подняты в верхние части земной коры и обнажены в процессе размыва поверхности проточными водами. При метаморфизме рыхлые породы переходят в прочные, так называемые скальные породы. В силу этого их строительные качества улучшаются. Они приобретают водоустойчивость, повышается их плотность и прочность, уменьшается сжимаемость, увеличивается морозостойкость.

Форма залегания и признаки метаморфизма. Метаморфические породы унаследуют форму залегания горных пород, из которых они образовались. Если это были осадочные породы, то метаморфические породы слоисты, а если это магматические породы, то сохраняются их прежние формы залегания – жилы, лакколиты. Характерная черта сланцев – вторичная сланцеватость (кливаж). Своеобразна форма залегания пород контактового метаморфизма. Обычно это зоны, окружающие магматические интрузивные тела.

Метаморфические породы в большинстве случаев имеют ярко выраженную кристаллическую структуру. В зависимости от степени метаморфизма в породе в той или иной мере сохраняется структура исходной породы. Для массивных пород характерна зернистая структура. Кварциты чаще всего имеют мелкозернистую структуру, при которой зёрна кварца, «обросшие» кварцевой массой, склеиваются между собой. Мраморам свойственны полнокристаллические мелко- и среднезернистые структуры. Сланцеватые породы имеют сланцеватые кристаллические структуры, где все кристаллы минералов (гнейс, сланцы) имеют вытянутую (либо чешуйчатую) форму.

Текстура метаморфических зернистых пород в целом довольно однообразна, характерная для массивных пород и сохраняет зернистость. Однако текстуры сланцеватых пород более разнообразны: полосчатые, линзовидные и др. Это связано с параллельным (или каким-либо другим видом чередования) размещением тёмных и светлых минералов в породах. Развитие сланцевой текстуры породы придаёт ей способность раскалываться на отдельные плитки, т.е. они весьма анизотропны.

Таким образом, метаморфические породы различаются по структурно-текстурным признакам и минеральному составу. Среди них выделяют два типа пород: массивные (зернистые) – кварцит и мрамор; сланцеватые – гнейс, различные сланцы (филлиты, слюдяные, тальковые и др.).

Мрамор. Известняк, магнезит, а иногда и доломит во всех зонах метаморфизма претерпевают перекристаллизацию и превращаются в мрамор. Окраска мрамора разнообразна – белая, розовая, серая, голубая и зависит от примесей. Характерна неоднородность окраски этих пород. Имеют примеси кварца, полевых шпатов, оливина и др. минералов. Структура мрамора зернистая. По размеру зёрен эти породы подразделяются на мелко-, средне- и крупнозернистые. Плотность высокая 2,6…2,8 г/см3. Прочность Rс на одноосное сжатие достигает 100…120 МПа. Долговечность – до 100 лет. Коэффициент истираемости в машине Лос-Анжелеса (в полочном барабане) Kfr=0,25 д.е., т.е. указывает на среднюю прочность.

Мраморы сравнительно легко выветриваются, особенно при воздействии на них воды и сернистых газов. Легко поддаются обработке и хорошо полируются. Признаны как отделочные породы. Для покрытия полов, ступеней не рекомендуется, не считая мраморобетон, из-за проблем с истираемостью.

Кварциты. Кварцевые песчаники в процессе динамометаморфизма переходят в кварциты. Розовые, серые, желтоватые. Кварцит состоит из кварца с примесью слюды, хлорита и некоторых др. минералов. Разновидность этих пород – железистые кварциты, представляющие собой тонкослойные породы, состоящие из магнетита, гематита и кварца. Кварцит мелко- и среднезернист. Сланцеватые разновидности носят название кварцитовых сланцев. Плотность 2,8…3,0 г/см3. Прочность Rс на сжатие 120…250 МПа. Обладает высокой твёрдостью, кислото- и щёлочестойкостью. Обрабатывается с трудом. Хрупок. Отличается пониженной адгезией к минеральным вяжущим материалам. Даёт красивую полированную поверхность. Долговечность – до 500 лет. Коэффициент истираемости в машине Лос-Анжелеса (в полочном барабане) Kfr<0,1 д.е., т.е. характерен для очень прочных пород.

Кварцит – хороший строительный и облицовочный материал. Применяется в качестве абразивов, кислотоупорного и штучного камня, в производстве огнеупорного динаса. Железистые кварциты являются железной рудой.