Изменения вещества и основные реакции метаморфизма
Изменения вещества (первичных пород) при метаморфизме. Возникают новые минералы в результате химических реакций, а также перекристаллизации минералов первичной породы. Очищение структуры минералов от изоморфных примесей. В связи с увеличением температуры начинается миграция, диффузия ионов сначала вдоль границ зерен минералов, а затем и внутри их, где небольшие ионы прокладывают себе путь между более крупными. Этот процесс - метасоматоз - происходит в твердом состоянии. В породах средней и высокой степени метаморфизма можно встретить крупные, кристаллографически хорошо выраженные новые минералы, не типичные для первичной породы (порфиробласты). Структурные изменения. Не только одни минералы замещаются другими, происходит изменение структуры, текстуры (полная перекристаллизация первичной породы). Слюды – биотит, мусковит, серицит – приобретают ориентировку в пределах плоскостей, амфиболы игольчатой формы длинной осью ориентируются в одном направлении, образуя линейную текстуру. В результате метаморфическая порода приобретает сланцеватую текстуру при реакциях дегидратации происходят превращения минералов:- мусковит + кварц → силлиманит + калиевый полевой шпат + вода;- каолинит → андалузит + кварц + вода;при реакциях дегидратации происходят превращения минералов: - мусковит + кварц → силлиманит + калиевый полевой шпат + вода;- каолинит → андалузит + кварц + вода.
60. Геохимия диа- и эпигенетических преобразований осадочных толщ
Образовавшийся на дне водоема осадок еще не представляет собойосадочную горную породу. В нее он превращается в результате довольно сложных диагенетических преобразований (или диагенеза) – комплексе химических и физико-химических явлений, приводящих к минералообразованию и литификации. Основными чертами диагенеза, по Н.М. Страхову, являются: 1) интенсивное минералообразование из «сырого» осевшего материала;2) отчетливое количественное перераспределение веществ в массе осадка; 3) литификация – превращение отложений в осадочную породу в результате дегидратации, перекристаллизации (превращение неустойчивых минералов в более устойчивые), уплотнения,цементации частиц отлагающимся между ними веществом.
Стадии и зоны диагенеза
Различают ранний диагенез – превращение осадка в породу и позднийдиагенез – процессы превращения, происходящие в уже сформировавшейся осадочной породе без заметного привноса материала извне. Если такой привнос происходит, то это уже будет не диагенез, а эпигенез. 1. Зона аэробного разложения. Характерно развитие организмов с аэробной формой дыхания и присутствие свободного кислорода. Аэробное сбраживание клеток сапрофитовыми бактериями приводит к образованию CO2 и CH4 и потреблению свободного кислорода. Основной процесс: C6H12O6 + 602 ---- 6C02 + 6H20. Окислительная обстановка сменяется восстановительной. Мощн.зоны – неск. см. 2. Зона анаэробная сульфатвосстановительная. В анаэробной среде (в отсутствие кислорода) под действием сульфатредуцирующих бактерий белки, липиды, подвергаются гидролизу и брожению с образованием простых органических соединений (жирных кислот и спиртов, CO2, H2S). Процессы сульфатредукции: SO42" + 2С + 2Н+ -> 2С02 + H2S, SO42" + 2С -» 2С02 + S2-. Глубины - от 20-30 см до неск. м, иногда до 100м. 3. Зона анаэробная карбонатвосстановительная. Наступает при истощении сульфатов. Наиболее важным процессом анаэробной карбонатвосстановительной стадии является метаногенерация. Образование метана идет двумя путями: CO2 + 4Н2 -> CH4 + 2Н20 (восстановление диоксида углерода за счет водорода воды), CH3COOH -> CH4 + CO2 (при действии метанообразующих бактерий на ацетаты).
62.Основные химические процессы и минералообразование в зоне диагенеза
1. Химическое разложение (трансформация) обломочных и седиментогенных минералов, растворение и замещение их новыми твердыми фазами:Полевые шпаты и слюды в щелочных условиях монтмориллонитизируются и гидрослюдизируются, а в кислых каолинитизируются. Терригенные и детритные органические формы CaCO3 и SiO2подвергаются растворению и преобразованию: CaCO3 (раковинный детрит) + CO2 + H2O —• Ca(HCO3)2, SiO2 n*Н20 (биоген.) —» SiO2 глобулярный — микрозерн. халцедон — кварц. 2. Процессы диагенетического минералообразования идут сразу же за растворением и восстановлением. Начало им дает разложение бактериями мертвого органического вещества — зоо- и фитопланктона и бентоса. Продуктами распада (H2, CO2, NH3, CH4) обогащаются иловые растворы, рН грунтового раствора понижается, а окисляемость растет. Из иловых растворов исчезает кислород, и среда из окислительной становится восстановительной; Eh уменьшается до нуля и отрицательных значений. Наиболее важными являются следующие процессы: 1. Восстановление богатых кислородом соединений MnO2 и Fe2O3 до Mn2+ и Fe2+ идущее, когда в среде еще остаются следы свободного кислорода, позже CaSO4 или MgSO4. 2. Насыщение иловых вод Fe2+, Mn2+, а также As, Р, Cr, Ni, Co, Cu и др. 3. Обмен веществ; перемещение вещества из грунтового раствора, как более концентрированного, к придонной воде и из наддонной воды к грунтовому раствору; обмен между поглощенным комплексом глинистых минералов и катионами иловых вод. 4. Выпадение растворенных компонентов из грунтового раствора в иной минералогической форме. Примеры аутигенного минералообразования: 1)имеющийся в системе H2S реагирует с FeO илового раствора с образованием гидротроилита; FeO + H2S + nH2O — FeS · nH2O гидротроилит 2)дегазация иловых вод за счет потери CO2 приводит к образованию карбонатов: (Ca, Mg, Fe, Mn) (HCO3)2 ---- (Ca, Mg, Fe, Mn) CO3 + CO2 + H2O жидкая фаза - твердая фаза.
63.Стадии, условия и минералообразование эпигенеза
Катагенез — это стадия глубинного преобразования осадочных пород под влиянием повышенных температур и давления и подземных минерализованных вод»Температура - у кровли зоны катагенеза 30-50°С, у подошвы - 150-200°С,Давление - от первых десятков до 120-200 МПа.Длительность - от сотен миллионов лет до 1-1,5 млрд. лет.Процессы: идут медленно и в течение длительного времени,приводят:1)к вызреванию минерального вещества,2) упорядочению кристаллической структуры минералов,3) более однородному химическому составу пород.В целом в катагенезе идет процесс эндогенного породообразования и потеря черт экзогенеза.Большая мощность зоны катагенеза предполагает его расчленение на подстадии и этапы.Поздний КАТАГЕНЕЗпри температуре 100-200°С, давлении 1-2 кбар на глубине >5 км,-резкая активизация преобразовательных процессов.Изменению подвергаются не только неустойчивые минералы, но иболее стойкие обломочные зерна — полевые шпаты и кварц.–Активизируется кристаллизация аутигенного альбита, кварца, цеолитов, эпидота, турмалина, образующих агрегаты с кристаллически-зернистымиструктурами, хорошо окристаллизованные минеральные индивидыили регенерационные каймы.- Усиливается интенсивность преобразования глинистого вещества.Глинистое вещество – барометр). Весьма заметно изменяется органическое вещество (OB).(ОВ - термометр - В раннем катагенезе оно находится на стадии бурыхуглей, в среднем и позднем — длиннопламенных, газовых, жирных,Образуется метан, начинаются процессы образования нефтяных углеводородов.Образуются большие объемы газовой и жидкой фаз (вода, CO2, CH4 и высокомолекулярные углеводороды). Отщепление карбоксильной группыCOOH сопровождается образованием угольной и органических кислот и уменьшением содержания гуминовыхактивное минералообразование:Наиболее распространенными минералами этой стадии являются:сульфиды (пирит, марказит, галенит, сфалерит), оксиды (халцедон, кварц, рутил, анатаз, брукит, гематит),сульфаты (ангидрит, барит),карбонаты (кальцит, сидерит), силикаты (гидрослюда, каолинит, монтмориллонит, смешанослойные глинистые минералы), хлориты,Цеолиты (анальцим, гейландит, десмин, ломонтит, сколецит),полевые шпаты (альбит, микроклин), эпидот, сфен, турмалин.
64.Стадии, условия и минералообразование метагенеза.
«Метагенез как «глубокие структурные и минералогические изменения осадочных пород в нижней части стратисферы, по своему характеру близкие к начальнымстадиям регионального метаморфизма» идущие при температуре 200-300 C, давлении до 2-3 кбар и действии стресса и давления толщи пород мощностью до 10-15 км.Процессы метагенеза -активная циркуляция нагретых минерализованных растворов; -стрессовые деформации; -минералообразование; -интенсивная структурно-текстурная перестройка(появление структур грануляции, бластеза, рекристаллизации и сланцеватых, линзовидно-сегрегационных и полосчатых текстур)Наиболее распространенные минералы стадии метагенеза —оксиды (кварц, анатаз, брукит, рутил, гематит и магнетит),карбонаты (кальцит, анкерит, доломит),силикаты (гидрослюды (2М|), мусковит, хлорит (пеннин), альбит, пренит, пумпеллиит, пирофиллит, стильпномелан), эпидот, клиноцоизит, турмалин, сфен.