Метаморфические породы образовались из магматических и осадочных горных пород, путем их преобразования под влиянием высокой температуры и давления.
◊ Общая характеристика
Метаморфизмом называют преобразование горных пород, происходящее в недрах земной коры под влиянием высоких температур и давлений. В этих условиях может происходить перекристаллизация минералов без их плавления. Главными факторами метаморфизма являются температура, давление и химически активные вещества — растворы и газы, под действием которых породы любого состава и генезиса (магматические, осадочные или уже ранее метаморфизованные) подвергаются изменениям.
При формировании структурно-текстурных особенностей метаморфических пород велика роль направленного давления. При одностороннем давлении кристаллы деформируются в направлении, перпендикулярном направлению наибольшего давления, и видоизмененные породы приобретают сланцевое строение (гнейс, глинистые сланцы и т. п.). Образуются специфические структуры с характерной закономерной ориентировкой минералов.
Читай также классификация горных пород
К химически активным веществам прежде всего относится вода и углекислота, которые находятся в том или ином количестве почти во всех горных породах в виде так называемых «перовых» или «межзерновых» метаморфогенных растворов и газов. Перемещаясь из областей высоких давлений в зоны низких давлений (обычно снизу вверх), такие растворы активно участвуют в преобразовании минералов и пород, являются переносчиками химических элементов, тепла.
Читай далее, метаморфизм горных пород
◊ Главные породообразующие минералы
Минералы, слагающие метаморфические породы, можно разделить на следующие группы:
1) минералы, широко распространенные как в метаморфических, так и в магматических породах (полевые шпаты, кварц, слюда, роговая обманка, большинство пироксенов, оливин и др.);
2) типичные для осадочных пород минералы (кальцит, доломит);
3) минералы, которые могут находиться в магматических породах в качестве вторичных, а также слагать типичные метаморфические породы (серпантин и др.);
4) специфические метаморфические минералы, присутствие которых возможно только в глубоко преобразованных метаморфических породах.
Процесс перекристаллизации породы в твердом состоянии называется кристаллобластезом, а структуры, возникающие в результате такого процесса, — кристаллобластовыми.
Катакластические структуры возникают в породе под действием направленного давления, вызывающего дробление породы, не сопровождающееся перекристаллизацией. Среди катакластических структур, выделяемых по степени раздробленности породы, наиболее типичными являются брекчиевидная, цементная и милонитовая.
Брекчиевидная структура представляет собой начальную стадию дробления породы, характеризующуюся неравномерно раздробленным материалом, между различными по величине угловатыми обломками которого находится небольшое количество мелкообломочного материала.
Цементная структура характеризует более высокую стадию дробления. Количество мелкообломочного и перетертого материала увеличивается, и он начинает цементировать разобщенные крупные обломки ненарушенной первичной породы.
Милонитовая структура свойственна наиболее высокой стадии дробления породы: основная часть породы состоит из тонкоперетертого материала.
Для метаморфических пород текстурный признак особенно важен, так как он отчетливо отражает условия, при которых происходило их преобразование. Этот признак существен также и при оценке физико-механических свойств пород.
Сланцеватые текстуры характеризуют обширную группу регионально метаморфизованных пород, формировавшихся при наличии направленного давления. В зависимости от ориентировки минеральных зерен среди сланцеватых текстур выделяются: параллельно-сланцеватая текстура и волнистая сланцеватость.
Линейная текстура свойственна породам, в составе которых имеются удлиненные игольчатые минералы, ориентированные взаимно параллельно.
Очковая (линзовидная) текстура характеризуется наличием крупных линзовидных зерен (агрегатов) кварца или полевого шпата, так называемых «очков», которые выделяются «на фоне сланцеватой основной ткани породы. Такая текстура свойственна некоторым гнейсам.
Основные разновидности метаморфических горных пород
Кристаллические сланцы имеют мелкозернистое строение с полностью утраченными первичными текстурами и структурами. Цвет их от темно- до светло-серого. Основная часть породы состоит из зерен кварца, биотита и мусковита.
Некоторые разновидности глинистых, кремнистых, слюдистых и иных сланцев являются естественными кровельными материалами — кровельными сланцами. Эти сланцы легко раскалываются по плоскостям сланцеватости на ровные и тонкие (2 — 8 мм) плоские плитки. Они должны отвечать определенным требованиям: иметь достаточную плотность и вязкость, твердость, малое водопоглощение, высокую водостойкость, стойкость против выветривания. Плотность кровельных сланцев — около 2,7 — 2,8, пористость — 0,3-3%, предел прочности при сжатии — 50 — 240 МПа. Большое значение имеет также прочность на излом перпендикулярно сланцеватости.
Кровельные сланцы используют в производстве кровельных плиток и некоторых строительных деталей (плит для внутренней облицовки помещений, лестничных ступеней, плит для пола, подоконных досок и т. п.).
Гнейсы — породы метаморфического генезиса, образовавшиеся при температуре 600 — 800°С и высоком давлении. Исходными являются глинистые и кварц-полевошпатовые породы. В состав гнейсов входят следующие минералы: кварц, биотит, роговая обманка, полевые шпаты. Текстура — массивная, полосчатая, структура — разнозернистая.
Гнейсы по механическим и физическим свойствам в свежем виде не уступают гранитам, однако сопротивление на излом параллельно сланцеватости у них в 1,5 — 2 раза меньше, чем в перпендикулярном направлении. По плоскостям сланцеватости они раскалываются на плиты, легко расслаиваются при замерзании и оттаивании. Гнейсы характеризуются предпочтительно слабым развитием сланцеватой или гнейсовой текстур, чечевицеобразным расположением слюдистых и грубой (но не тонкой) пластовой отдельностью.
Применяют гнейсы при бутовой кладке, для кладки фундаментов, в качестве материала для щебня и отчасти в виде плит для мощения дорог. Щебень из сильно сланцеватого гнейса не используют для бетона и дорожного строительства, так как он получается непригодным но форме зерен.
Кварцитами называют мелкозернистые кварцевые или кремнистые песчаники, в которых и цементируемое вещество, и цемент представлены минералами кремнезема, макроскопически неразличимыми между собой и сливающимися в сплошную плотную массу с занозистым или раковистым изломом. Образование таких кварцитов связано с перекристаллизацией осадочных песчаников в процессе регионального метаморфизма. От них отличают кремнистые песчаники, состоящие из обломочных зерен кварца, цементированных тонкозернистыми агрегатами кварца, халцедона и опала.
Кварцевые и кварцитовидные песчаники и кварциты содержат 95 — 99% SiO2. Важным свойством их является высокая огнеупорность — до 1710 — 1770°С. Механическая прочность песчаников варьирует в очень широких пределах, а у кварцитов она более постоянная и высокая; предел прочности при сжатии у песчаников — 10 — 371 МПа, у кварцитов — 100 — 455 МПа.
Кварциты в основном применяют в производстве динаса. Динас — кислый огнеупор, выдерживающий под нагрузкой температуру до 1550 — 1650°С без деформаций. Его изготавливают из кварцитов и кварцевых песчаников, содержащих не менее 95 — 97% SiO2 на известковой, известково-железистой или иной связке.
В строительстве кварциты используют в качестве стенового камня, подферменных камней в мостах, бута, щебня и брусчатки, а кварциты с красивой и неизменяющейся окраской — для облицовки зданий. Кварциты, применяемые в качестве кислотоупорного материала, должны обладать высокой кислотоупорностью и малой пористостью.
Кварциты практически распространены по всему Советскому Союзу, но разрабатывают их в экономически освоенных районах.
Мрамор — мелко-, средне- и крупнозернистая плотная карбонатная порода, состоящая главным образом из кальцита и представляющая собой перекристаллизованный известняк.Мрамор кристаллическая порода, образовалась из известняков и доломитов. У мрамора кристаллы соединены без цементирующего вещества. Прочность на сжатие — 100 — 300 МПа, но легко поддается обработке, так как твердость небольшая-3,0…3,5.Мрамор сравнительно легко пилится на плиты и вследствие малой пористости хорошо полируется.
Мрамор широко применяют для внутренней отделки стен зданий, ступеней лестниц и т. п. так как снаружи зданий полировка быстро утрачивается.Это объясняется слабой химической стойкостью мрамора при воздействии на него атмосферы. В виде песка и мелкого щебня (крошки) его используют для цветных штукатурок, облицовочного декоративного бетона и т. п. В условиях сульфатной коррозии для наружных облицовок мрамор не применяют.
Добывают мрамор на Урале, в Крыму, Карелии, Средней Азии, ка Дальнем Востоке, в Армении, Азербайджане, Грузии и других районах Советского Союза.