Полевые методы определения метаморфических горных пород

На земной поверхности активно действует процесс выветривания (разрушения 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.

В зоне метаморфизма все горные породы – магматические и осадочные – подвергаются воздействию факторов метаморфизма – высокой температуры, давления, флюидов – химически активных веществ (магматических газов, растворов) – и претерпевают существенные изменения. Из них рождаются принципиально новые породы – метаморфические, которые имеют свой минеральный состав, структуры, текстуры, свойства.

Основными факторами метаморфизма являются высокое давление, высокая температура, газовые компоненты из состава магмы и действие водных растворов.

По преобладанию тех или иных факторов в ходе преобразования выделяется несколько различных типов метаморфизма.

1. Региональный метаморфизм вызывается высоким неравномерным давлением и температурой и захватывает большие пространства. Этот процесс сопровождается перекристаллизацией и новым минералообразованием в условиях расплющивания и пластического течения пород, что приводит к появлению наиболее характерной для метаморфических образований ориентированности (параллельному расположению) минеральных частиц.

2. Динамометаморфизм возникает под воздействием давления в условиях невысоких температур и заключается в интенсивном дроблении минеральных зерен без существенной их перекристаллизации.

3. Контактовый метаморфизм вызывается действием высокой температуры, паров и растворов, связанных с внедрением магматического расплава. Наблюдается вдоль границ магматических тел и имеет местное значение в преобразовании вмещающих пород, изменении их структуры, текстуры и состава.

4. Пневматолитовый и гидротермальный метаморфизм развивается при интенсивном привносе в породу новых веществ горячими водными растворами и газовыми эманациями, поднимающимися из остывающего магматического очага.

При очень интенсивном привносе новых веществ и развитии замещения первичных минералов химически активными веществами возникает особый вид метаморфизма – метасоматоз.

Важнейшие особенности метаморфических пород

Главнейшие отличия метаморфических пород от магматических и осадочных заключаются в их минеральном составе, а также в их структурных и текстурных особенностях.

Метаморфические породы состоят лишь из минералов, устойчивых в условиях высоких температур и давления. К ним относится большинство минералов магматических пород: кварц, альбит, плагиоклазы, калиевый полевой шпат (микроклин), мусковит, биотит, роговая обманка, пироксен (авгит), магнетит, гематит, а также один из минералов осадочных пород – кальцит. Кроме того, в метаморфических породах распространены минералы, характерные только для них, - серицит, хлорит, тальк, серпентин, гранат, графит и др.

Метаморфические породы обладают кристаллической структурой, причем особенно характерны листоватая, чешуйчатая, игольчатая и таблитчатая формы зерен, реже они зернистокристаллические. Имеются также слабометаморфизованные скрытокристаллические породы и переходные разности, содержащие участки первичных пород некристаллического строения. Остаточные структуры первичных пород называются реликтовыми. По величине зерен различают крупнокристаллическую структуру (диаметр частиц более 1 мм), среднекристаллическую (0,25 – 1 мм) и мелкокристаллическую (менее 0,25 мм).

По взаимному расположению и типам зерен выделяются следующие текстуры: сланцеватая – с параллельным расположением чешуйчатых или таблитчатых минералов; гнейсовая – с параллельным расположением таблитчатых минералов при малом содержании чешуйчатых частиц; полосчатая – с чередованием полос разной толщины различного минерального состава; волокнистая – в породах, сложенных волокнистыми и игольчатыми минералами, вытянутыми примерно в одном направлении; очковая – с рассеянными в породе более крупными овальными зернами или агрегатами, обычно выделяющимися по цвету; плойчатая – в случае присутствия в породе очень мелких складок; беспорядочная – с неориентированным расположением зерен обычно округло-неправильной формы; массивная – с прочным сложением породы при плотном, связном соединении минеральных зерен; текстура породы может быть при этом также полосчатая, беспорядочная или гнейсовая.

Описание некоторых метаморфических горных пород

Глинистый сланец, кровельный сланец. Текстура тонкосланцеватая. Состоит из макроскопически не различимых глинистых минералов, кварца, иногда серицита, хлорита. Структура скрытокристаллическая. Цвет серый до черного, зеленоватый, желтоватый, бурый, красноватый. Легко раскалывается на плитки с матовой поверхностью. Блеск тусклый, в воде не размокает. Плотная разновидность, раскалывающаяся на тонкие (2,5…6 мм), ровные и прочные пластинки – кровельный сланец.

Филлит. Текстура тонкосланцеватая. Состоит из кварца, иногда хлорита, биотита, полевых шпатов, кальцита. Цвет зеленый, серый, красноватый, бурый, черный, фиолетовый. Структура микрозернистая (микрочешуйчатая) полнокристаллическая. Легко раскалывается на плитки со слабым шелковистым блеском на плоскостях сланцеватости.

Слюдяной сланец. Текстура сланцеватая. Состоит из слюд (мусковит, биотит), кварца, иногда граната, графита. Цвет белый, бурый. Черный. Структура средне- или крупнокристаллическая 9чешуйчатая). Легко расщепляется на тонкие упругогибкие пластинки с шелковистым блеском по плоскостям спайности.

Гнейс. Текстура массивная, полосчатая, реже очковая или сланцеватая. Состоит из кварца, полевых шпатов, биотита, роговой обманки, иногда пироксенита, граната, графита и др. Цвет серый, желтоватый, черный и др. Характерно чередование светлых (кварц, полевые шпаты) и темных полос (биотит, роговая обманка). В очковых гнейсах наблюдаются крупные кристаллы полевых шпатов среди более мелкозернистой массы. Структура зернисто-кристаллическая (средне- и крупнозернистая). По минеральному составу и свойствам близок к граниту, отличается от него текстурой. Переходные разности называются гнейсогранитами или гранитогнейсами.

Роговик. Текстура массивная беспорядочная. Состоит из кварца, биотита, часто полевых шпатов, граната, иногда роговой обманки, пироксена, магнетита. Цвет белый, буровато-, розовато-, светло-, темно-серый до черного, темно-зеленый. Структура мелкозернистая. Характерна значительная прочность и раковистый излом. В зависимости от преобладающих минералов выделяют разновидности роговиков: биотитовый, амфиболовый, известково-силикатовый, кварцево-слюдяной.

Грейзен. Текстура массивная беспорядочная. Состоит из кварца, мусковита, иногда турмалина, топаза, флюорита. Цвет белый, светло-серый, зеленоватый. Структура крупнокристаллическая с зубчатыми неровными очертаниями зерен кварца и чешуек слюды.

Кварцит, кварцитовый песчаник. Текстура массивная, редко сланцеватая. Состоит в основном из зерен кварца, сцементированных кремнеземом (смесь опала, кварца и халцедона). Структура мелко- и тонкозернистая; иногда зерна трудно различимы (сливной кварцит). Цвер белый, серый, желтый, красноватый, малиновый и др. Характерны большая прочность и твердость (царапает стекло). Спайность отсутствует, излом раковистый; поверхность в изломе блестящая; при ударе звенит. Кварцитовидный песчаник – переходная порода от песчаников к кварцитам (начальная стадия метаморфизации).

Известковистый сланец. Текстура сланцеватая. Состоит из кальцита, хлорита, кварца или доломита и кварца. Переходная порода от известняка (доломита) к мрамору (начальная стадия метаморфизации).

Мрамор. Текстура массивная, полосчатая, реже сланцеватая. Состоит из кальцита, реже доломита, иногда с примесью графита, хлорита и др. Цвет белый, светло-серый, розовый, голубой, желтоватый, черный, пестрый, пятнистый и др. Структура тонко-, мелко-, средне- и крупнозернистая. Характерны невысокая твердость (стекло не царапает), бурное вскипание при действии 10%-ной соляной кислоты. Доломитовый мрамор вскипает с соляной кислотой только в порошке или в нагретом виде.

Скарн. Текстура массивная беспорядочная или пятнистая. Состоит из авгита, граната, плагиоклазов, иногда рудных минералов и др. Структура от мелко- до крупнокристаллической, часто неравномернозернистая с кучным распределением зерен минералов. Цвет темный, бурый, зеленовато-бурый.

Кварцево-серицитовый сланец. Текстура сланцеватая, иногда плойчатая. Состоит из хлорита, часто с примесью кварца, талька, слюд, полевых шпатов, граната. Цвет зеленый различных оттенков. Структура чешуйчато-зернистая или листовая. На ощупь жирный, раскалывается на пластинки. Твердость невысокая: легко царапается ножом. Видны чешуйки или листочки хлорита. Кварц без увеличения заметен плохо.

Тальковый сланец, талькит. Текстура сланцеватая, у талькита – массивная. Состоит из талька, кварца, иногда хлорита, слюд. Цвет белый, светло-серый, зеленоватый, желтоватый. Структура чешуйчато-зернистая. Жирный на ощупь, царапается ногтем. При наличии одного талька называется тальковый камень. Талькит содержит 75…99% талька, кварц, рудные минералы. Структура мелкочешуйчатая.

Задание: Рассмотри, опиши и назови представленные метаморфические породы.

Лабораторная работа №6

Строение земной коры

Горные породы, слагающие земную кору, образуют тела, форма которых зависит от условий образования пород (первичные формы) и последующих движений коры (вторичные формы). Эти тела называются структурными формами или формами залегания горных пород, а их комплекс создает общее строение – структуру – земной коры. Геологам чаще всего приходится иметь дело со слоистыми осадочными толщами, которые покрывают около трех четвертей поверхности материков.

Наряду с составом и формой залегания важной характеристикой слоя является его возраст, указывающий на время образования слоя.

В результате комплексного изучения истории Земли были составлены геохронологическая и стратиграфическая шкалы (таб. 3).

Геохронологическая шкала, то есть шкала относительного геологического времени, дает представление о последовательности отрезков этого времени, которые соответствуют определенным этапам развития Земли. Стратиграфическая шкала отражает последовательность образования слоистых осадочных горных пород, слагающих земную кору. Каждому подразделению геохронологической шкалы соответствует определенное подразделение стратиграфической шкалы. Так эры в свою очередь делятся на периоды, а группы на системы, первые из которых разбиваются на эпохи, а вторые – на отделы.

Слои или пласты осадочных пород представляют собой плоские тела сравнительно небольшой толщины, но распространяющиеся на большие площади. В слоистой толще каждый слой отделен от соседнего поверхностью напластования. Поверхность напластования, ограничивающая слой снизу, называется подошвой, ограничивающая его сверху – кровлей. Кратчайшее расстояние между кровлей и подошвой слоя, называется его истинной мощностью. Определяя мощность какого-либо слоя в обнажении, часто замеряют не истинную мощность, а видимую, то есть расстояние между кровлей и подошвой в любом наклонном к слою разрезе (по склону рельефа).

Мощность слоев, их распространение по площади, взаимное расположение бывают различными и зависят от условий, в которых происходило отложение осадков. Параллельная слоистость характерна для отложений спокойных морских и озерных бассейнов, косая – для речных отложений.

Среди осадочных горных пород наибольшим распространением пользуются породы морского происхождения. Можно считать, что первичное, ненарушенное залегание слоистых толщ – горизонтальное или почти горизонтальное.

Если толща формировалась в процессе наступления моря на сушу, то есть при трансгрессии моря, молодые слои покрывают большие площади, чем подстилающие их более древние слои; в этом случае говорят о трансгрессивной толще. Если накопление осадков шло в сокращающемся по площади бассейне, то есть при регрессии моря, более молодые слои покрывают меньшие площади, чем подстилающие их более древние слои. Образовавшаяся при этом слоистая толща называется регрессивной.

а б

Рис.7 Трансгрессивное (а) и регрессивное (б) залегание слоев

В результате движений земной коры первичное залегание слоев часто бывает нарушено. Слои приобретают наклонное залегание, волнообразно изгибаются, местами разрываются трещинами и смещаются по ним. Так возникают вторичные формы залегания слоев. Обычно они обусловлены движениями земной коры, вызванными внутренними силами, то есть тектоническими движениями. По характеру происшедших изменений тектонические нарушения делятся на складчатые (моноклиналь, флексура, синклиналь, антиклиналь) и разрывные (горст, грабен, взброс, сброс, надвиг, ступенчатый сброс).

Наблюдая слои в обнажениях, можно заметить различные соотношения в их залегании. Если каждый вышележащий слой повторяет залегание подстилающего слоя и образует с ним непрерывный разрез, говорят о согласном залегании слоя, возникшем при непрерывном накоплении слоистой толщи.

Если в накоплении осадков был перерыв, во время которого сформировавшиеся ранее толщи размывались, в этом случае разрез не непрерывен. Такое соотношение слоев называется параллельным стратиграфическим несогласием.

Несогласное залегание особенно резко выражено тогда, когда слои, отложившиеся до перерыва в осадконакоплении, во время перерыва в результате движений земной коры оказались деформированными, выведенными из первичного горизонтального положения и приобрели наклонное или складчатое залегание. Во время перерыва их поверхность размывается, а при последующей трансгрессии и возобновлении осадконакопления на нее вновь горизонтально ложатся слои. В результате верхние слои лежат на нижних с перерывом и не параллельно им. Это случай углового стратиграфического несогласия.

Геохронологическая (стратиграфическая) шкала

Таблица №3

Эон (эонотема)	Эра (зратема или группа систем)	Период (система) (цветовое обозначение)	Индекс	Эпохи (отделы)	Индекс
Фанерозой (570±20)	Кайнозойская КZ (65±3)	Четвертичный (1,8) (желтовато-серый)	Q	Современная Поздняя (верхний) Средняя (средний) Ранняя (нижний)	Q4 Q3 Q2 Q1
Неогеновый (22) (желтый)	N	Плиоценовая Миоценовая	N2 N1
Палеогеновый (41) (оранжево-желтый)		Олигоценовая Эоценовая Палеоценовая	3 2 1
Мезозойская МZ (165±10)	Меловой (70) (зеленый)	К	Поздняя (верхний) Ранняя (нижний)	К2 К1
Юрский (55 – 60) (синий)	J	Поздняя (верхний) Средняя (средний) Ранняя (нижний)	J3 J2 J1
Триасовый (40 – 45) (фиолетовый)	Т	Поздняя (верхний) Средняя (средний) Ранняя (нижний)	Т3 Т2 Т1
Палеозойская РZ (335±25)	Пермский (50 – 60) (оранжево-коричневый)	Р	Поздняя (верхний) Ранняя (нижний)	Р2 Р1
Каменноугольный (50 – 60) (серый)	С	Поздняя (верхний) Средняя (средний) Ранняя (нижний)	С3 С2 С1
Девонский (60) (коричневый)	D	Поздняя (верхний) Средняя (средний) Ранняя (нижний)	D3 D2 D1
Силурийский (25 – 30) (серо-зеленый)	S	Поздняя (верхний) Ранняя (нижний)	S2 S1
Ордовикский (45 – 50) (оливковый)	O	Поздняя (верхний) Средняя (средний) Ранняя (нижний)	О3 О2 О1
Кембрийский (90 – 100) (сине-зеленый)	Є	Поздняя (верхний) Средняя (средний) Ранняя (нижний)	Є3 Є2 Є1

Задание №1.

Расположите геологические периоды в хронологическом порядке и напишите их условные буквенные обозначения. Между породами какого возраста имеется стратиграфический перерыв?

вариант	Геологические периоды
	Карбон, неоген, пермь, четвертичный Пермь, палеоген, триас, неоген Мел, палеоген, девон, карбон Девон, юра, мел, силур Пермь, кембрий, триас, ордовик

Задание №2.

Назовите обозначенные ниже геологические периоды, расположив их в хронологическом порядке. Между породами какого возраста имеется стратиграфический перерыв?

вариант	Индексы
	D, J, O, S H, N, Т, Q C, P, D, K K, Q, T, J N, D, C, P

Задание №3.

Ниже приведены условные обозначения (индексы) условий образования и возраста четвертичных отложений. Как называются эти отложения? Какая из пород образовалась раньше?

вариант	индексы
	aQI, tQIV dQII , mQIII aQI, dQII аQIV, mQI mQIII, dQII

Где a – аллювиальные отложения,

d – делювиальные отложения,

m – морские отложения,

t- техногенные отложения.

Задание №4.

Изучив геологический разрез, представленный на рис.8 назовите относительный возраст горных пород, слагающих рассматриваемую территорию. Между какими геологическими периодами произошла тектоническая деформация и как называется изображенная на разрезе дислокация? Какие слои залегают между собой согласно, и какие несогласно? Наблюдается ли в разрезе стратиграфический перерыв?

I

S

D

II

IV

III

Рис. 8

Задание №5.

На рис.9 изображены фрагменты геологических карт на топографической основе масштаба 1:2000 и условные обозначения к ним. Постройте геологический разрез по линии I-I, приняв вертикальный масштаб 1:1000, горизонтальный 1:2000.

Рис. 9 Фрагменты геологических карт на топографической основе масшта­ба 1:2000: 1 — известняк; 2 — аргиллит; 3 — глина; 4 — мергель; 5 — алевролит; 6 — сланец; 7 — мел; 8 — песчаник; 9 — доломит; 10 — опока

Какая форма залегания осадочных горных пород представлена в раз­резе? Между какими слоями наблюдается стратиграфический пе­рерыв? Назовите геологический возраст каждой литологической разности горных пород, развитых в пределах карты. Породы ка­кого возраста отсутствуют в разрезе?

Пример построенияразреза I—I приведен на рис. 9.1.,а. Разрез строят на миллиметровой бумаге в следующем порядке. На горизон­тальной линии отмечают начало и конец разреза в принятом масштабе. У начала разреза строят (в задан­ном масштабе) вертикальную шкалу абсолютных отметок в пределах, встречающихся на карте. Далее строят топографический профиль. Учитывая, что горизонтальные масш­табы карты и разреза по условию задачи совпадают, можно, повернув карту (рис. 9.1., а) так, чтобы линия разреза на карте была параллельна горизонтальной линии на разрезе, построить топографический профиль путем переноса точек пересечения го­ризонталей с линией разреза с рис. 9.1.,а на рис. 9.1.,б (линии с длинными пунктирными штриха­ми). На полученный топографиче­ский профиль проектируют стратиграфические границы слоев, попада­ющих в разрез (линии с короткими пунктирными штрихами), и каранда­шом справа и слева от стратиграфи­ческих границ отмечают индексацией возраст пород. Теперь рассматрива­ют состав и возраст пород, попада­ющих в разрез. Наиболее древними из них являются доломиты каменно­угольного возраста (С). За ними следуют пермские аргиллиты (Р) и глины триаса (Т). Между триасом и мелом (К) наблюдается стратигра­фический перерыв: отсутствуют юрские отложения. Проведение границ слоев начинают с линии, имеющей макси­мальное количество точек на топо­графическом профиле (граница меж­ду мелом и триасом). Размытую часть границы показывают пункти­ром; границы остальных слоев прово­дят также через точки стратиграфи­ческих границ на топографическом профиле. В заключение штриховкой обозначают литологический состав пород, индексами - возраст; карандашные записи стирают. В разрезе видна антикли­нальная складка с размытым ядром.

Лабораторная работа №7