Основы общей и инженерной геологии. Лекции

ТЕМА  4.

Метаморфические горные породы. Геохронология. 

4.1.  Условия образования метаморфических пород.

4.2. Классификация, состав  и свойства метаморфических пород.

4.3. Геологическая хронология. Абсолютный и относительный возраст горных пород. Шкала геологического времени. 

4.1.  Условия образования метаморфических пород. 

   Метаморфические горные породы  возникают в земной коре на глубине 6-8 км (основная зона) путем преобразования магматических и осадочных пород под влиянием высоких температур и давлений, в результате которого, не переходя в расплав, эти породы теряют первичный облик и приобретают новые особенности вещественного состава и внутреннего строения. В зависимости от роли температур и давлений различают:

   - контактовый метаморфизм: главную роль играет температура, газы и горячие растворы. Развивается на контакте с внедрившейся магмой. Оплавление и перекристаллизация дают мраморы (из карбонатных пород) и кварциты (из песчаных пород);

   - динамометаморфизм – главную роль играет давление,  силы сжатия, которые приводят к образованию глинистых сланцев из глинистых пород;

   - региональный метаморфизм захватывает большие пространства и происходит также при больших давлениях и температурах. Наиболее видоизмененными оказываются обычно наиболее древние породы, перекрытые мощной многокилометровой толщей осадочных пород, а также оказавшиеся на глубине в результате деформаций земной коры (т.н. тектонических движений).  

4.2. Классификация, состав  и свойства метаморфических пород. 

   Классификация метаморфических пород производится по минералогическому составу и структурно-текстурным особенностям.

   Различают два основных структурно-текстурных типа метаморфических пород:

   -  массивные (зернистые) – кварцит и мрамор и

   - сланцеватые – гнейс и различные сланцы.

   Кварцит образуется путем метаморфизации кварцевых песчаников при динамометаморфизме. Это массивные, плотные, очень твердые, мелкозернистые и среднезернистые породы, состоящие из зерен кварца. Применение – строительный материал, абразивные диски и др.

   Яшмы состоят из тонкозернистого кварцита или халцедона (SiO₂), имеют массивную структуру, раковистый излом. Примеси гематита, хлорита и других минералов придают красивый узор, особенно после полировки. Ценный поделочный камень.

   Мрамор образуется при перекристаллизации известняков и доломитов во всех зонах метаморфизма. Это мелкозернистые,  среднезернистые и крупнозернистые массивные породы, окрашенные в белый, серый, розовый, голубой, зеленый, и даже черные тона. Отличается невысокой твердостью (твердость 3-3,5), хорошо полируется. Главный минерал - кальцит, реже – доломит. Облицовочный камень, щиты в электротехнике и др. Р_сж= 50-120 МПа.

   Гнейсы образуются в результате динамометаморфизма гранитов, реже – из глинистых пород. Тогда они близки к сланцам. Гнейсы, как и граниты, состоят из кварца и слюды (биотита), которые располагаются послойно. Это создает сланцеватую текстуру породы.

   Сланцы образуются из различных пород и называются по преобладающему минералу: хлоритовые (темно-зеленые, или светло-зеленые, плотные), тальковые (результат метаморфизма основных пород – габбро и диабазов), роговообманковые (амфиболиты), кварцево-железистые, слюдистые, глинистые (тонкослоистые называют филлитами, состоят из глинистых частиц, кварцевых зерен, листочков слюды. В строительстве применение сланцев ограничено из-за их низкой прочности.  

4.3. Геологическая хронология. Абсолютный и относительный возраст горных пород. Шкала геологического времени.

   Установлением возраста горных пород занимается историческая геология. Различают относительный и абсолютный возраст породы.

   Относительный возраст позволяет сказать, какая порода моложе, а какая древнее стратиграфическим и палеогеографическим методами. Стратиграфический метод основан на том, что если породы не испытали сложных деформаций, то вышележащий слой всегда моложе нижележащего. Палеонтологический  метод основан на изучении остатков т.н. руководящих вымерших организмов, характерных только для определенного геологического времени. Животный и растительный мир развиваются последовательно и необратимо. Каждой геологической эпохе соответствует свой комплекс животных и растений.

   Абсолютный  возраст породы определяется в годах на основе радиоактивных методов. Радиоактивные элементы в породе составляют десятитысячные доли %% и каждый со своим периодом полураспада (U²³⁸=4,5 млрд. лет, С¹⁴=5568 лет). Доказано, что на скорость распада радиоактивных элементов не влияют большие температуры и давления в земной коре. Зная содержание радиоактивного элемента и продуктов его распада в породе, по определенной формуле рассчитывают начало распада, которое отождествляют с началом жизни породы. (Пример С¹⁴ ископаемых почв и термолюминесцентный метод по ультрафиолетовому свечению кварца.

   Палеомагнитный  метод основан на сохранении первичного магнитного поля окислами железа, которые выкристаллизовывались в момент формирования осадочных пород и сохранили память о бывшем магнитном поле.

   Геохронологическая  шкала. Расчленение геологического времени и толщ пород следующее: Эра – Группа (Kz), Период – Система (N), Эпоха – Отдел (N₁), Век – Ярус. Запись mN₁³fr означает морской неогеновый фортштадский песок г. Ставрополя.