Лекции по петрология на метаморфните скали

[Mozo]

КОНСПЕКТ
„ПЕТРОЛОГИЯ НА МЕТАМОРФНИТЕ СКАЛИ”
ГГИ II – редовно обучение

1. Метаморфни скали и метаморфизъм
* същност на метаморфизма;
* кратка история на развитието на съвременните идеи за метаморфизма;
* изохимичен и алохимичен метаморфизъм;
* граници на метаморфизма;
* фактори на метаморфизма;
* типове метаморфизъм.
2. Веществен състав на метаморфните скали.
* химичен състав;
* минерален състав – генетични типове минерали, типоморфни метаморфни минерали, минерални асоциации и минерални парагенези, индекс минерали;
* диаграма състав – парагенезис;
* метаморфни реакции.
3. Структури и текстури на метаморфните скали.
* структури – определение, видове, реликтови и метаморфни;
* текстури – определение, видове, реликтови и метаморфни.
4. Дислокационен (катакластичен, динамометаморфизъм) метаморфизъм.
* определение, фактори и зони на формиране;
* поведение на минералите под действие на стреса;
* видове катакластични скали.
5. Регионален метаморфизъм.
* фактори и геоструктурни зони на формиране;
* програден и ретрограден метаморфизъм;
* прогресивен и регресивен метаморфизъм; (зони на Бароу);
* полиметаморфизъм, ход на метаморфна еволюция.
6. Зони, фациеси и степени на регионалния метаморфизъм.
* зони на Грубенман и Нигли;
* фациеси на Ескола;
* фациални серии на Миаширо;
* степени на метаморфизъм на Винклер;
* съпоставяне на метаморфните степени с метаморфните процеси.
7. Класификация и номенклатура на метаморфните скали.
* типове метаморфни скали, в зависимост от състава на протолита;
* типове метаморфни скали по текстурните особености;
* метаморфни скали според степента на фациеса на метаморфизъм.
8. Метаморфни скали зеленошистен фациес на регионален метаморфизъм: метапелити, метабазити, метакарбонатни скали, мета кварц-фелдшпатови скали, мета УБ скали.
9. Метаморфни скали амфиболитов фациес на регионален метаморфизъм: метапелити, метабазити, метакарбонатни скали, мета кварц-фелдшпати, мета УБ скали.
10. Метаморфни скали от високобаричните фациеси на регионален метаморфизъм – еклогити, сини шисти.
11. Ултраметаморфизъм.
* определение;
* мигматизация и типове мигматити;
* анатексис и палингенеза;
* гранитизация, дискусионни въпроси.
12. Контактен (термален) метаморфизъм.
* същност и фактори;
* контактнометаморфни скали;
* фациеси на контактния метаморфизъм.
13. Метасоматизъм (алохимичен метаморфизъм).
* същност на метасоматизма и фактори;
* типове метасоматизъм.
14. Типове метасоматични процеси и скалите свързани с тях:
* гранитизация;
* алкална метасоматоза;
* скарни;
* пропилити;
* вторични кварцити;
* грайзени.
15. Метаморфизъм и полезни изкопаеми.
* метаморфозирани и метаморфогенни находища на полезни изкопаеми;
* метасоматичните скали като полезни изкопаеми;
* метаморфогенни находища на полезни изкопаеми в България.

ЛИТЕРАТУРА:

Петрография – проф.Т. Маринов
Petrography to petrogenessis – M. J. Hibbard, 1995
Microtextures of igneous and metamorphic rocks – P. G. Bard
Metamorphic Geology – C. Gullen, 1982

лекция 1 – 07.02.2008
МЕТАМОРФНИ СКАЛИ И МЕТАМОРФИЗЪМ


СЪЩНОСТ, ГРАНИЦИ, ТИПОВЕ И ФАКТОРИ НА МЕТАМОРФИЗМА

Метаморфизъм – сборно понятие за минераложки, химични и структурни промени в скалите, извършващи се в твърдо състояние, в дълбоките части на земната кора, при смяна на физико-химичните условия.
Фактори, влияещи на метаморфизма:
1. Висока температура – Т
2. Високо налягане – Р
3. Висока активност на флуидите - µ
Видове промени на скалите:
1) Фазови (минераложки) промени – включват образуване на нови минерални фази, със или без смяна на химичния състав на изходната скала (протолит) на метаморфната. Обикновено се диктуват от Т (кристалобластеза).
2) Структурни промени – представляват преподреждане или промяна в размера на минералите. Основава се на фактора Р.
3) Химични промени – при тях има привнос и износ на химични компоненти, в зависимост от тяхната подвижност. като се запазва обема на протолита. При този процес се образуват метасоматичните скали.
габро > орто-амфиболит > (поли) зелен шист
гранит > орто-гнайс (метагранит)
варовик > мрамор
аргилит > филит, биотитов шист

Скала, образувана от вече метаморфозирана скала е полиметаморфит.
В зависимост от Р/Т условията, протолитите дават различни метаморфни скали – дай примери!

Фактори на метаморфизма
Метаморфизма се развива в скалите като резултат от смяната на физико-химичните условия при които минералните ансамбли в скалите били в равновесие вече са нестабилни. Новите химични условия могат да се дължат на инфилтриране на флуиди, променяши химизма на скалната система., докато физичните условия означават смяна на Т и Р, като Т- най-общо ръководи прекристализацията, а Р – строежа на новообразуваната метаморфна скала. Всички те действат комбинирано.
Т – скалите най-общо са изолатори и напр. такива подложени на рег.метаморфизъм се нуждаят от десетки млн.години за да се повлияят от Т. геотермичен градиент.

1. Температура – Т (в целзий). Източници на висока температура:
a. разпад на радиоактивни елементи (най-голям източник на топлина: уран – U238, торий – Th232)
b. присъствие на магмени топилки
c. внасяне на топлина от мантията
d. геотермичен градиент
e. присъствие на горещи флуиди (хидротерми) и др.
f. Генериране на топлина при тектонските движения
Топлинен поток Съобразно плейк тектонския модел топлинния поток е с най-висока стойност в СОХ и постепенно намалява в зоната на субдукция (свързано е с издигането и потъването). В щитовете топл. поток е стабилна величина т.е.силно се влияе от тектонските процеси.

Температурни граници:
За начало на метаморфизма се считат 100÷150 °С. Температурата зависи от типа протолит.
За начало на метаморфизъм се счита появата на минерали от зеолитовата група като Lom – ломонтит, Pre – пренит, Lav – лавсонит, или се изследва степента на кристалинност на илита.
Горната температурна граница - 700÷900 °С също зависи от вида протолит (дай примери). Метаморфизмът свършва, когато започне топене. Обобщено за край на метаморфизма се счита образуване на голям обем от топилка с магмен характер
2. Налягане – Р
1kbar = 0.1 GPa
a. дълбочинно налягане
литостатично (петростатично, PLit) налягане на отгорележащите скали
хидростатично (PHid) налягане – налягането на флуидната фаза
b. насочено (еднопосочно, странично налягане или стрес) – има най-голяма роля при формирането на структурите и текстурите на метаморфните скали, както и за деформацията в тях; регулира хода на метаморфните процеси. Граници - от 0 kbar до 30,40 км дълбочина.
3. Активност на флуидите ( µ ) – флуидната фаза винаги участва в метаморфизма (водата, под формата на флуид: H2O + C2O, S, P, K, Na и др.). Най-често флуидната фаза регулира хода и скоростта на метаморфния процес или променя и химизма на протолита. Добави:
Флуидната фаза се включва и участва в метаморфните процеси. Действието на подвижните компоненти – течности и газове ускорява и контролира хода на метаморфните процеси. Такива катализатори са водата и СО2. Водата е най-важния флуид. При висока Т и Р се сменя моларния и обем – при ниска Т – по-висок М и обратно. При условия на 220бар и Т 374С – критична точка на водата – течната не може да кипи т.е.тя е в състояние на надкритичен флуид и така тя участва в метаморфните процеси. Произход на водата:1. Остатъчна; 2. Дехидратирана; 3. Метеоритна; Магматична – отделена при застиването на магма.
С02 – при условия 2кбар .265С водата и Со2 образуват две отделни фази, но при >265 се смесват и образуват т.нар.бинарни разтвори. СО2 се образува при декарбонатизация на минерали или от магматогенни въглекисели разтвори. Други активни флуиди, които дейстават са борната, FH к-на, съединения на S, P, K, Na и други. Флуидната фаза съществува успоредно с минералната асоциация и е в равновесие с тях по време на метаморфизма. По мнението на Коржински решаваща роля при метаморфизма играят възходящите термални разтвори наречени “трансмагматични”. Независимо от генезиса им разтворите са носители на важни скалообразуващи компоненти и топлина като активно участват при прекристализацията на скалите. Според изследователи скали лишени или бедни на тях подложени дори на високи Т и Р метаморфните процеси са твърде бавни до незначителни.

Два типа метаморфизъм:
a. изохимичен метаморфизъм – при който не се променя съществено хинизма на протолита
базалт Px, Ampf, б.Pl, Vs Chl (хлорит), Tc (талк), Ep (епидот), Cc (калцит), Ab (албит)+Qz (кварц)
Основни оксиди:
SiO2, TiO2, Al2O3, FeO, MgO, MnO, CaO, Na2O, K2O, P2O5

b. алохимичен метаморфизъм (метасоматизъм – скалите образуващи се при него се означават като метасоматити), хидротермален метаморфизъм – има съществена промяна в хинизма на протолита
гранит -> грайзен
андезит -> пропилит

Видове метаморфизъм, според разпространението му:

ЛОКАЛНО РАЗПРОСТРАНЕНИЕ локален метаморфизъм
РЕГИОНАЛНО РАЗПРОСТРАНЕНИЕ регионален метаморфизъм
1. Контактен метаморфизъм – метаморфизъм, който действа по контактите на магмените интрузии с вместващите скали. т.н. още термален – основен фактор е Т. Скалите се наричат контактнометаморфни.
Регионален метаморфизъм – комбинирано действие на Т и Р, µ е катализатор на процесите; метаморфизма продуцира големи по мащаб метаморфни комплекси. По районите си на действие :

2. Катакластичен (дислокационен, динамо-) метаморфизъм – метаморфизъм, при който основен фактор е насоченото Р. Има локално разпространение в активните тектонски зони в земната кора.
1. Орогенен (субдукционен и – колизионен).


3. Шоков (импактен) метаморфизъм – с локално действие.
2. Метаморфизъм на океанското дъно.
4. Метасоматизъм (хидротермален метаморфизъм) – основен фактор са флуидите.
3. Метаморфизъм на погребване

лекция 2 – 14.02.2008
ВЕЩЕСТВЕН СЪСТАВ НА МЕТАМОРФНИТЕ СКАЛИ

за изпита: ВИДОВЕ МЕТАМОРФНИ СКАЛИ,СПОРЕД ПРОТОЛИТА

ПРОТОЛИТИ
ХИМИЧЕН СЪСТАВ
МЕТАМОРФНИ СКАЛИ
КАРБОНАТНИ СКАЛИ
варовици, доломити
Са, СО2,
± Мg,SiO2 H2O
мрамори
ГЛИНЕСТО-КАРБОНАТНИ СКАЛИ
Нечисти варовици
мергели
Ca, Na, Mg, Fe, Al, SiO2 ± СО2,H2O
калкошисти, амфиболити
ПСАМИТНИ СКАЛИ
кварцови пясъчници
SiO2 ± K, Na, Сa, Al H2O, СО2
кварцити
БАЗИЧНИ СКАЛИ
базалти, габро
Mg, Fe, Ca, Al, Na SiO2, ± H2O
метабазити
ГРАНИТОИДИ, КЛАСТИЧНИ, СЕДИМЕНТИ СКАЛИ
Гранити, псамити(аренити, аркози)
K, Na, Al, SiO2, ± Ca, Mg, Fe, H2O
метагранитоиди, ортогнайс гнайси, метакварц, фелдшпатови скали
ГЛИНЕСТИ, СЕДИМЕНТНИ СКАЛИ
аргилити
К, Na, Al, Mg, Fe, SiO2, H2O
метапелити

МИНЕРАЛЕН СЪСТАВ НА МЕТАМОРФНИТЕ СКАЛИ

По генезис (произход) минералите в метаморфните скали биват:
реликтови минерали – минерали съхранени от протолита
собственометаморфни (кристалобластни) минерали – минерали образувани при метаморфния процес.
Според разпространението си се делят на:
минерали, които се срещат в магмени и в метаморфни скали – Fs(Na-K Fs, Pl), Qz, Px(kPx, oPx), Ampf, Bi, Ms (мусковит);
минерали, които се срещат и в седиментни, и в метаморфни – Qz, Fs, калцит (Ca), доломит (Dol);
типоморфни метаморфни минерали – образуват се в метаморфния процес:
ставролит (Stv)
андалузит (And)
кианит (дистен, Ky)
силиманит (Sill)
минерали, които не се образуват в метаморфния процес – alcAmpf: Rib - рибекит; Fspd: Lc(левцит), Net(нетелин), alcPx

Целият материал: