Метаморфические горные породы

Метаморфические породы наряду с магматическими и осадочными формируют все многообразие горных пород на нашей планете. Они образуются в результате глубокого изменения древних пород в недрах Земли.

Их также называют:

• Видоизмененными породами
• Преобразованными породами
• Метаморфитами

Совместно с магматическими породами они слагают около 90% всего объема земной коры.

К характерным признакам метаморфитов относятся:

• Ориентированные структуры, в которых кристаллы минералов расположены упорядоченно в определенном направлении
• Наличие особых минералов, которые образуются в условиях высоких давлений и температуры

Изучением видоизмененных пород занимаются такие разделы геологии, как петрология и петрография.

Эта статья рассчитана на широкий круг пользователей. В первых двух разделах мы расскажем о том, как образуются метаморфические породы и кратко рассмотрим некоторые их разновидности.

Во второй части статьи вы найдете более подробную информацию о свойствах, характеристиках и петрографической классификации метаморфитов. Она будет полезна людям, которые более углубленно интересуются геологией.

Преобразование горных пород – метаморфизм

За счет различных процессов на нашей планете – например, вулканических извержений и появления осадочных пород – ее поверхность покрывается новыми слоями твердого вещества. А более древние породы, соответственно, погружаются в недра Земли.

Там они подвергаются воздействию:

• Давления вышележащих пластов породы
• Движения тектонических плит
• Тепловых потоков, которые поднимаются с магмой из мантии и нижних слоев земной коры
• Подземных вод

В результате с этими породами происходят удивительные метаморфозы.

Изменениям подвергаются их:

• Структура
• Текстура
• Химический состав
• Минеральный состав

Все это происходит в твердом виде, без расплавления породы. Этим метаморфизм отличается от магматизма – образования магмы.

Метаморфизм – явление очень сложное. В рамках этой статьи мы не будем детально его разбирать, а лишь затронем основные моменты.

Мы поговорим о:

• Факторах метаморфизма
• Типах метаморфизма
• Ступенях (стадиях) метаморфизма

Остановимся на каждом пункте подробнее.

Факторы метаморфизма

Факторами метаморфизма называют те самые силы, воздействие которых приводит к преображению горной породы.

Всего их выделяют три:

• Температура
  Она считается главным фактором. Глубокие изменения в породе начинаются при температурах от 200-350°С – это нижняя граница метаморфизма. Верхней границей считается температура плавления камня, которая в зависимости от его химического состава и внешнего давления варьирует в пределах от 600°C до 1300°С. Чем выше температура, тем быстрее протекают химические реакции в породе и тем быстрее завершается ее преобразование.
• Давление
  Оно бывает разных видов. Во-первых, это литостатическое давление, которое обусловлено весом вышележащих пород. Во-вторых – одностороннее давление (стресс), вызванное столкновениями и разрывами тектонических плит. Эти силы определяют внутреннее строение (текстуру и структуру) породы. Их значения варьируют в широких пределах: от 200 до 1500 МПа. Для сравнения: давление атмосферы на земную поверхность составляет всего 0,1 МПа. При метаморфизме может присутствовать лишь один вид давления или оба одновременно.
• Флюид
  Флюидами (от латинского fluidus – «жидкий») называют разнообразные жидкие и газообразные вещества, которые присутствуют в земных недрах. В первую очередь это раскаленные водяные пары, углекислый газ и подземные воды с растворенными в них сероводородом, соединениями хлора, фтора, бора и гидроксидов – натрия, калия, кальция. Флюиды проникают в поры породы и «запускают» химические реакции, которые приводят к изменению ее вещественного состава.

Эти факторы могут действовать одновременно. Или, наоборот, только один из них может оказываться ведущим. Это зависит от типа метаморфизма.

Более подробную информацию вы можете найти в статье Факторы метаморфизма.

Типы метаморфизма

Преобразование пород может быть вызвано разными причинами и протекать в разных условиях. Соответственно, его масштаб тоже будет отличаться. Оно может охватывать небольшие участки горных массивов или целые области земной коры.

В зависимости от этого выделяют такие типы метаморфизма:

• Региональный (динамотермальный)
  При столкновении литосферных плит иногда получается так, что край одной из них подныривает под вторую и постепенно – по несколько сантиметров в год – погружается в мантию. Это явление называют субдукцией. Породы, слагающие первую плиту, постепенно уходят глубоко в недра Земли. Там они подвергаются одновременному воздействию давления, температуры и флюидов. В таких условиях изменяется как строение породы, так и ее минеральный состав. Этот вид метаморфизма охватывает зоны земной коры площадью в тысячи км².
• Дислокационный (динамометаморфизм)
  Он имеет локальный характер. Этот тип проявляется вдоль линий тектонических дислокаций, где сталкиваются и сжимаются породы, слагающие верхнюю часть земной коры. Эти процессы происходят на небольшой глубине, поэтому температуры здесь не поднимаются выше 200-300°С. Главный фактор динамометаморфизма – это однонаправленный стресс. Он вызывает разрушение горных пород и глубокое изменение их структуры. Но химический состав остается прежним.
• Контактовый (термальный)
  Когда магма по трещинам поднимается из недр Земли, она резко разогревает окружающие ее породы. Под воздействием высокой температуры и магматических флюидов (в основном раскаленного водяного пара и углекислого газа) вмещающие породы преобразуются. Этот тип метаморфизма тоже имеет локальный характер. Изменения затрагивают лишь слой породы в радиусе 2—5 км от магматического очага. Таким образом, между будущим массивом магматической породы и вмещающими пластами образуется переходная метаморфическая корка.
• Импактный (ударный)
  Специфичный тип метаморфизма, который связан с падением на Землю космических объектов – метеоритов. В зоне удара давление и температура резко подскакивают до экстремальных значений – а затем быстро опускаются. Такие условия располагают к появлению редких минералов, которые образуются в глубине недр Земли: алмаза, коэсита, стишовита. Продукты импактного метаморфизма составляют крошечную часть от всего объема метаморфических пород.
• Автометаморфизм
  Интрузивные магматические породы образуются из расплава, который застывает в толще земной коры. Но процесс этот занимает долгое время. Бывает так, что участок магмы уже застыл в горную породу, но его еще окружает расплавленная масса. Тогда он тоже подвергается контактовому метаморфизму. Но в этом случае и порода, и воздействующая на нее магма имеют общее происхождение и один состав. В результате автометаморфизма образуются участки метаморфической породы, которые порой можно встретить в интрузивных массивах.
• Метасоматоз
  Это преобразование породы, которое сопровождается выносом и привносом химического вещества флюидами. В результате фундаментально изменяется ее химический состав. Этим метасоматоз отличается от других видов метаморфизма, при которых изменения затрагивают в основном строение и/или минеральный состав массива. Метасоматоз может как сопровождать контактовый метаморфизм, так и иметь региональный характер.

Больше узнать о них вы можете в статье Типы метаморфизма.

Отметим, что в новых геологических классификациях (в частности, в официальном Петрографическом кодексе России) метасоматические породы уже не относят к метаморфическим, а выделяют в отдельный тип. И говорят, что горные породы делятся не на три, а на четыре генетические группы: магматические, осадочные, метаморфические и метасоматические.

Это деление пока еще не используется за пределами научного сообщества, поэтому здесь мы его не учитываем.

Теперь, когда мы разобрались с основными типами метаморфизма, поговорим о разных степенях его проявления.

Ступень (стадия) метаморфизма

Выше мы упоминали, что процессы метаморфизма протекают в очень широких интервалах температуры и давления. Но есть огромная разница между условиями в земной коре на глубине 5 км и 20 км. И породы, которые образуются в этих условиях, тоже будут иметь разное строение и состав.

Выделяют три основные стадии метаморфизма:

• Низкую
  Она характеризуется температурами от 300°С до 500°С. В таком диапазоне существуют низкотемпературные минералы, например, хлорит и тальк. Они входят в состав зеленых и тальковых сланцев, которые характерны для низкой ступени метаморфизма
• Среднюю
  При повышении температуры до 500—650°С образуются минералы, характерные для средней и более высоких стадий метаморфизма: биотит, гранат, ставролит
• Высокую
  Для этой стадии характерны температуры свыше 650°С и высокое давление. Понять, что порода сформировалась в таких условиях, можно по наличию в ней минерала силлиманита

Как правило, горная порода проходит эти стадии от низкой к высокой. Такое явление называют прогрессивным метаморфизмом.

Но иногда бывает так, что порода, наоборот, поднимается в зону более низкого давления и температуры и там повторно подвергаются метаморфизму более низкой ступени. В таком случае говорят о регрессивном метаморфизме – диафторезе.

Мы в общих чертах разобрали, что из себя представляет явление метаморфизма. В следующем разделе мы поговорим о некоторых самых известных представителях метаморфитов.

Наиболее распространенные метаморфические породы: обзор и описание

Разнообразие метаморфических пород очень велико. А их классификация – очень сложная. Вы можете сами в этом убедиться, заглянув в предпоследний раздел этой статьи.

Поэтому мы рассмотрим только несколько самых ярких представителей видоизмененных пород.

Для удобства поделим их на группы по условиям образования:

• Породы регионального метаморфизма
• Породы контактового метаморфизма
• Породы динамометаморфизма

Но нужно иметь в виду, что одна и то же порода может относиться к нескольким группам одновременно. Например, серпентинит (змеевик) образуется как при региональном, так и при контактовом метаморфизме.

Такие породы мы рассматриваем среди региональных, но уточняем, что они могут образовываться и при других видах метаморфизма.

Породы регионального метаморфизма

Напомним, что суть регионального метаморфизма – в одновременном воздействии на породу высоких температур и давления. Оно охватывает массивы огромной площади.

В этом подразделе мы рассмотрим такие породы:

• Гнейсы
• Сланцы
• Амфиболит
• Кварцит
• Мрамор
• Серпентинит
• Гранулит
• Эклогит

Остановимся на каждой из них подробнее.

Гнейсы

Название предположительно происходит от средневерхненемецкого слова gneist, означающего «блеск, искра». Оно отсылает к блеску кристаллов кварца на срезе породы. Некоторые исследователи возводят название к славянскому слову «гноец» – «гнилой, грязный», но эта этимология сомнительна.

Эти породы давно известны человеку. Первое упоминание о них встречается в трудах Георгия Агриколы – отца современной минералогии.

Гнейсы образуются на средней и высокой ступенях метаморфизма при высоких температурах и давлениях.

В зависимости от исходной породы гнейсы делятся на два типа:

• Ортогнейсы
  Образуются в результате метаморфизма кислых магматических пород – в основном гранитов
• Парагнейсы
  Сырьем для их образования служат осадочные породы: аргиллиты (сцементированные глины), глинистые песчаники, алевролиты, мергели (смесь глинистого материала с кальцитом или доломитом)

Окрашены гнейсы обычно в серый цвет, иногда – с розоватым оттенком. Главная их особенность – полосчатый рисунок. Он обусловлен чередованием слоев, сложенных разными по цвету и форме минералами.

Главные минералы гнейсов – кварц и полевые шпаты, унаследованные от исходных пород. В парагнейсах также присутствуют чешуйчатые минералы – слюды.

В качестве второстепенных могут присутствовать:

• Кианит
• Гранат
• Кордиерит
• Силлиманит
• Роговая обманка
• Гиперстен
• Шпинель

А также другие минералы. В зависимости от содержания второстепенных минералов выделяют разновидности породы: например, гранат-биотитовый или силлиманит-кордиеритовый гнейс.

Гнейсы – одна из самых распространенных метаморфических пород. Наряду с гранитами и гранитоидами они формируют гранитно-метаморфический (его еще называют гранитно-гнейсовым) слой земной коры.

Благодаря своей прочности и красивому внешнему виду гнейсы востребованы в качестве строительного и облицовочного материала.

Сланцы

Сланец – это название целого ряда пород, для которых характерна сланцеватость. Предположительно оно происходит от древнерусского слова «стьланъ» – «стлать».

Такие породы сложены листоватыми или чешуйчатыми минералами, которые в толще камня укладываются параллельными плоскими слоями. Сила сцепления между этими слоями относительно невелика. Поэтому при раскалывании порода распадается на тонкие пластинки.

Эти породы могут иметь как осадочное (глинистые сланцы), так и метаморфическое происхождение. Метаморфические сланцы образуются под воздействием давления, которое «укладывает» минералы породы в определенном направлении.

Сланцы широко распространены в земной коре, и их разнообразие очень велико.

Рассмотрим несколько их видов:

• Филлит
  Темно-серая (до черного) порода, которая состоит из кварца и серицита. Образуется на низкой стадии метаморфизма из глинистых сланцев и аргиллитов
• Зеленый сланец
  Порода зеленого цвета, за который «отвечают» минералы эпидот, хлорит и актинолит. Образуется при относительно низких температурах и давлении из габбро, базальта и других магматических пород основного состава
• Кристаллические сланцы
  Разновидности сланцев, образовавшиеся при метаморфизме средней и высшей стадии. Их делят на разновидности по минеральному составу: биотит-гранатовые, роговообманковые сланцы и так далее

Благодаря свойству раскалываться на плитки сланцы с древности используют в качестве кровельного и облицовочного материала.

Амфиболит

Свое название порода наследует от минералов группы амфиболов (от древнегреческого amphibolos – «неясный, двусмысленный», что указывает на их непостоянный химический состав), которые являются для нее породообразующими.

Амфиболиты образуются на средней ступени регионального метаморфизма.

Исходными породами для них могут служить:

• Магматические породы основного состава (габбро, диабазы, базальты)
• Вулканические туфы и туфогенно-осадочные породы
• Мергели

Амфиболиты обычно имеют темный цвет: от темно-серого до черного.

Главные минералы в их составе:

• Кальциевый амфибол (роговая обманка)
• Плагиоклазы (в основном андезин)

В качестве второстепенных минералов могут выступать гранат, биотит, эпидот, куммингтонит и кварц.

Основная сфера применения амфиболитов – производство высокопрочного строительного и дорожного щебня. Декоративные разновидности также используют в качестве облицовочного материала.

Кварцит

Метаморфическая горная порода, не менее 75% объема которой приходится на минерал кварц. Отсюда и ее название.

Образуются кварциты на всех ступенях регионального и контактового метаморфизма.

Исходными породами для них служат:

• Кварцевые пески и песчаники
• Кремнистые осадочные породы (яшма, радиолярит, диатомит, опока, гейзерит и другие)

Чистый кварц – это бесцветный минерал. Поэтому окраска кварцита зависит от примесей. Она может быть белой, серой, зеленой, голубой, розовой, красной, бурой, черной – разнообразие очень велико. Бывают также полосчатые кварциты, в которых чередуются слои разных цветов.

Второстепенными минералами в кварцитах могут быть:

• Калиевые полевые шпаты
• Плагиоклазы
• Амфиболы
• Кианит
• Магнетит
• Эпидот
• Слюды

А также многие другие. В зависимости от этого выделяют разновидности кварцитов: магнетитовый кварцит, кианитовый кварцит и так далее.

В природе кварциты встречаются в виде пластов и линз, залегающих среди других метаморфических пород.

Применение этой породы обусловлено ее физическими свойствами. За счет высокой жаростойкости (до 1770°C) из кварцитов получаются хорошие огнеупорные материалы. А благодаря высокой твердости кварциты востребованы в качестве строительного, облицовочного и абразивного материала.

Также из породы получают металлический кремний, который в чистом виде в природе не встречается.

Мрамор

Слово «мрамор» заимствовано в русский язык из латинского, а в латынь, в свою очередь, оно попало из древнегреческого. Но это название настолько древнее, что установить его изначальное значение уже невозможно. Ученые предлагают разные трактовки: «блестящий камень», «каменное орудие» или «хрупкий камень».

Мрамор образуется на всех ступенях метаморфизма.

Исходными для него служат осадочные карбонатные породы:

• Известняк
• Доломит
• Мергель (смесь известняка или доломита с глиной)

От них мрамор наследует свой состав: 50-90% кальцита (реже – доломита) с примесями других минералов.

Природный мрамор имеет широкий спектр раскрасок, которые обусловлены примесными минералами (гранатом, хлоритом, гематитом, волластонитом и другими). Но главная его особенность – это наличие пятен и прожилок, образующих характерный рисунок.

Мраморы в земной коре встречаются повсеместно. Все потому, что известняки – это одна из самых распространенных осадочных пород.

Благодаря разнообразию расцветок и узоров мрамор – это ценный декоративный материал. Из него делают облицовочную плитку, вырезают статуи, предметы декора и украшения.

Некондиционные же или менее красивые блоки породы пускают на щебень или крошку. Их используют для отсыпки участков и дорожек, создания мозаик и производства прессованных облицовочных плит.

Серпентинит

Своим названием (от латинского serpens – «змея») порода обязана рисунку, который проявляется на ее отполированной поверхности. Он напоминает змеиную чешую. Отсюда же и традиционное уральское название – змеевик.

Серпентиниты образуются на низкотемпературных ступенях регионального и контактового метаморфизма.

Исходными породами для них выступают:

• Ультраосновные магматические породы (перидотит, пикрит)
• Доломиты и доломитовые известняки
• Мергели с высоким содержанием магния

Эти породы содержат большое количество силикатов магния и железа. При контакте с подземными водами при повышенной температуре (до 400°С) они превращаются в минерал серпентин. Этот процесс называют серпентинизацией.

Серпентиниты окрашены в цвета от светло- до темно-зеленого с желтоватыми и голубоватыми оттенками. Примеси различных минералов (магнетита, хромита, талька, актинолита) образуют на их поверхности красивые узоры из пятен и прожилок.

Для человека змеевик – это в первую очередь декоративный камень. Из него делают облицовочные плиты, вырезают поделки и украшения. А вот в строительстве он не используется из-за пониженной прочности.

Исключение – это атомная энергетика. Серпентинит имеет свойство поглощать ионизирующее излучение, поэтому им засыпают некоторые конструкции ядерных реакторов.

Также с залежами серпентинита связаны месторождения талька, асбеста и нефрита.

Гранулит

Название происходит от латинского granulum – «зернышко». Оно отсылает к пятнистой поверхности породы.

Гранулиты образуются на высокой ступени метаморфизма из разных исходных пород.

Для них характерна порфиробластовая структура. Это значит, что основная масса породы сложена мелкими кристаллами кварца и полевых шпатов. А на ее фоне выделяются крупные темные вкрапления – порфиробласты – второстепенных минералов.

В составе вкраплений могут присутствовать:

• Гранат
• Кианит
• Силлиманит
• Пироксены
• Кордиерит

В зависимости от минерального состава выделяют разновидности породы: кианитовый, гиперстен-кордиеритовый, гранат-биотитовый гранулит и так далее.

Эта порода образуется глубоко в недрах Земли при довольно экстремальных условиях. Она отличается прочностью и стойкостью к разрушению. Поэтому гранулиты используют в качестве строительного камня.

Эклогит

Свое название порода получила от древнегреческого ekloge – «выбор, отбор».

Эклогиты образуются в результате метаморфизма основных магматических пород (габбро, базальта) на глубинах свыше 35 км. Это зона экстремальных давлений – в 12 000 раз выше атмосферного. Благодаря этому в эклогитах порой встречаются вкрапления алмазов.

Главными минералами в составе породы являются:

• Омфацит
• Гранат

От их соотношения зависит цвет породы. Богатые омфацитом эклогиты имеют зеленые окраски, а гранатом – розовые.

По химическому составу эклогиты схожи с габбро и базальтами. Но они имеют более высокую плотность – от 3300 до 3700 кг/м³. Такие значения сближают их с глубинными породами, из которых состоит мантия Земли.

Эклогиты можно встретить в виде отдельных обломков в кимберлитовых трубках. Они мало распространены. Иногда эту породу используют в качестве поделочного камня.

Породы контактового метаморфизма

Перейдем к разговору о метаморфитах, которые образуются на контактах магматического расплава с вмещающими породами.

Наиболее типичными их представителями являются:

• Роговик
• Скарн

Остановимся на каждом из них подробнее.

Роговик

Такое название порода получила за то, что ее поверхность на сколе напоминает излом рога животного.

Роговики образуются на небольших глубинах – до 10 км, чаще 2-3 км.

Исходными породами для них служат:

• Аргиллиты
• Песчаники
• Вулканические туфы
• Мергели

В составе этих пород преобладают минералы из групп силикатов и алюмосиликатов.

При контакте с магмой вмещающие породы нагреваются до температур свыше 600°С. При этом они быстро обезвоживаются, что приводит к их перекристаллизации.

Цвет роговиков обычно темно-коричневый или черный, иногда с зеленоватым оттенком. Сложены они очень мелкими или вовсе не различимыми без микроскопа кристаллами.

На их фоне могут выделяться вкрапленники:

• Граната
• Андалузита
• Кордиерита
• Биотита
• Роговой обманка
• Полевых шпатов
• Ставролита

И других минералов – их наличие зависит от состава исходной породы. В зависимости от этого выделяют виды роговиков: кордиерит-биотитовые, андалузитовые и так далее.

Часто встречаются полосчатые роговики, в которых чередуются слои, сложенные разными минералами. Их текстура отражает слоистость осадочных пород, которые залегают в земной коре пластами.

Породу применяют в качестве строительного и облицовочного камня. По физико-механическим свойствам она близка к вулканическим породам: базальту, андезиту.

Также с роговиками бывают связаны месторождения медных руд.

Скарн

Название произошло от шведского слова skarn – «отбросы». Связано это с тем, что скарны часто вмещают в себя месторождения разных металлов: железа, меди, кобальта, цинка, свинца и других. Пустую породу, которая оставалась после добычи руды, и называли таким не очень приятным словом.

Образуются скарны метасоматическим путем на контактах карбонатных пород (известняки, доломиты) и силикатных магм. При этом за счет магматических флюидов между ними происходит обмен вещества.

В зависимости от исходной породы различают скарны:

• Известковые
  Образуются на контактах магмы с известняками. Типичные для них минералы: волластонит, гранат, железистый клинопироксен, эпидот.
• Магнезиальные
  Их образование связано с доломитами. Под воздействием магматического расплава доломит (карбонат магния-кальция) переходит в кальцит (карбонат кальция) с высвобождением магния. Характерные минералы: форстерит, гумит, флогопит, магнезиальный клинопироксен, шпинель.

Расцветки скарнов довольно разнообразны: желтые, красноватые, зеленые.

Для человека скарны представляют интерес в первую очередь как рудовмещающие породы. Их образование создает отличные условия для отложения самородных металлов.

Породы динамометаморфизма

Дислокационный метаморфизм связан с воздействием стресса, вызванного тектоническими движениями. Он изменяет строение породы, а также вызывает ее частичную перекристаллизацию.

В порядке увеличения степени метаморфизма выделяют такие породы:

• Тектоническая брекчия
• Катаклазит
• Милонит

Остановимся на каждой из них подробнее.

Тектоническая брекчия

Их образование связано с зонами тектонических разломов, вызванных движениями литосферных плит.

При разломе в породах образуется трещина, вертикально наклоненная в толще земной коры. Горные массивы с двух сторон от нее называют крыльями. Верхнее («висячее») крыло начинает скользить вдоль нижнего. При этом породы в зоне их контакта подвергаются огромному давлению и разрушаются.

В приповерхностных участках таких разломов образуются тектонические брекчии. Это крупные (от 10 мм в диаметре) обломки различных пород, сцементированные природным цементом. В качестве этого цемента выступают тонко раздробленный каменный материал и кристаллы новообразованных минералов: кварца, хлорита, кальцита.

Внешний вид и состав тектонических брекчий может быть самым разным. Он зависит от того, какие именно породы подвергались разрушению.

Основная сфера применения породы – производство щебня. За счет необычной текстуры камни также могут использовать в ландшафтном дизайне.

Катаклазит

Название происходит от греческого kataklao – «ломать, разрушать».

Катаклазом называют интенсивное дробление горных пород, которое затрагивает их внутреннее строение. При этом разрушаются слагающие их минеральные зерна, деформируются их кристаллические решетки.

Таким образом, катаклазиты – это продукт более интенсивного разрушения породы. Они сменяют собой тектонические брекчии в более глубоких (до 10 км) зонах разломов.

Катаклазиты имеют тонкозернистую структуру, в которой уже нельзя невооруженным взглядом различить каменные обломки. Но они еще наследуют текстурные признаки – то есть сложение – исходных пород.

Милонит

Свое название порода получила от древнегреческого mylos – «мельница». Оно указывает на степень разрушения исходной породы, которая в глубинных зонах разломов перетирается в пыль.

Милониты образуются на глубинах, где хрупкие деформации породы под воздействием давления сменяются пластичными. В результате милониты приобретают флюидальные текстуры – на их поверхности появляется рисунок, напоминающий движение воды.

Для породы свойственна сланцеватость – то есть свойство распадаться на пластинки при раскалывании. Обусловлено это тем, что кристаллы минералов под большим давлением вытягиваются и укладываются тонкими параллельными слоями.

Милониты – это продукт конечной стадии динамометаморфизма. В них уже очень сложно найти следы исходной породы.

Итак, мы рассмотрели самые распространенные породы разных видов метаморфизма. В следующем разделе мы углубим наши знания и посмотрим на метаморфиты с точки зрения их строения и состава.

Характеристики и свойства метаморфических пород

В геологии есть ряд характеристик, которые исследователи учитывают при диагностике (определении вида) и описании горных пород. Одни из них являются общими для всех пород, а другие – специфичными для конкретных генетических групп. Больше узнать об этом вы можете в статье Характеристики и свойства горных пород.

Для метаморфитов наиболее важны такие показатели:

• Структура
• Текстура
• Химический состав
• Минеральный состав
• Фация

Остановимся на каждом из них подробнее.

Структура

Структура горной породы – это базовая характеристика ее строения. Она описывает размер, форму и взаимное расположение минеральных зерен, слагающих породу.

В отличие от вулканических пород (образовавшихся из застывшей на поверхности Земли лавы), которые могут содержать аморфное стекло, метаморфические породы всегда полнокристаллические.

Процесс перекристаллизации минералов в твердом состоянии при метаморфизме называется бластезом. Структуры метаморфических пород поэтому называют бластическими или бластовыми.

В зависимости от преобладающей формы минералов их делят на виды:

• Гранобластовые
  Кристаллы имеют неправильную изометричную форму, которая характеризуется примерно равными размерами во всех трех направлениях (длина, ширина, высота). Гранобластовые структуры свойственны, например, мраморам (минерал кальцит), кварцитам (кварц), роговикам.
• Лепидобластовые
  Такие породы сложены уплощенными или пластинчатыми минералами, длина и ширина которых во много раз превосходит толщину. В первую очередь это различные слюды, а также хлорит, тальк и гематит. Лепидобластовые структуры характерны для многих разновидностей сланцев.
• Нематобластовые
  Эти структуры сложены вытянутыми минералами, высота которых превосходит ширину и длину. Они имеют вид призм или иголок. К этой группе относятся, например, амфиболы (из которых состоит амфиболит) и пироксены.
• Порфиробластовые
  Характеризуются наличием крупных кристаллов (порфиробластов) одного или нескольких минералов, которые выделяются на фоне мелкозернистой основной массы. Такие вкрапленники образуются в результате избирательной перекристаллизации породы при метаморфизме. Обычно они представляют собой кристаллы граната, дистена, андалузита или ставролита. Порфиробластовые структуры характерны для гранулитов, но могут встречаться и в других породах.

Встречаются также смешанные структуры, в которых одновременно присутствуют минералы нескольких видов. Например, лепидогранобластовая (изометричные кристаллы с уплощенными) или нематогранобластовая (изометричные кристаллы с вытянутыми).

Больше информации по этой теме вы найдете в статье Структуры горных пород.

Текстура

Если структура описывает строение породы на уровне отдельных кристаллов, то текстура – это взгляд в более крупном масштабе. Она отражает характер взаимного расположения минералов.

Внешне текстура проявляется в виде рисунков и узоров на срезе породы, видимых невооруженным взглядом.

Для многих метаморфических пород свойственна ориентация минералов (особенно вытянутых или уплощенных) в определенном направлении. Такая текстура называется ориентированной. Это результат воздействия одностороннего давления – стресса.

Рассмотрим основные текстуры метаморфических пород:

• Сланцеватая
  Эта текстура характеризуется параллельным расположением уплощенных или пластинчатых минералов (слюд, хлорита). Как следует из названия, она характерна в первую очередь для сланцев, но может встречаться и у других пород. Породы со сланцеватой текстурой легко раскалываются на тонкие пластинки.
• Полосчатая
  Для нее характерно чередование в породе слоев, сложенных минералами разного состава и цвета. Но, в отличие от сланцев, полосчатые породы не раскалываются параллельно расположению этих слоев. Яркий представитель пород с такой текстурой – гнейс.
• Пятнистая
  Она характеризуется неравномерным распределением минералов, которые образуют скопления неправильной формы в толще породы.
• Плойчатая
  Разновидность сланцеватой или полосчатой текстуры, при которой масса минералов была смята в складки. Она свидетельствует о пластичной деформации породы в условиях очень высокого давления.
• Массивная
  При такой текстуре минералы расположены равномерно и хаотично по всему объему камня. Она характерна в основном для контактовых пород (например, роговиков), которые преобразуются под воздействием температуры без стресса. Среди пород регионального метаморфизма массивные текстуры имеют мономинеральные (сложенные одним главным минералом) разновидности: мрамор и кварцит.

Если вас заинтересовала эта тема, больше информации вы найдете в статье Текстуры горных пород.

Химический состав

В земной коре содержится много различных химических соединений. Но основной объем всех горных пород приходится лишь на несколько из них. Такие вещества называют петрогенными или породообразующими.

Средний химический состав метаморфических пород такой:

• Кремнезем (диоксид кремния) – около 60%
• Оксид алюминия – 15%
• Оксиды железа – 6%
• Оксид кальция – 4%
• Оксид магния – 3%
• Оксид натрия – 3%
• Оксид калия – 2%
• Оксид титана – 1%
• Вода – 3%
• Углекислый газ – 1%

Конечно, это усредненные цифры. В конкретных разновидностях метаморфитов эти соотношения будут разными, а каких-то соединений и вовсе не будет.

В отличие от метаморфических пород, которое делятся на виды по содержанию кремнезема (кислые, основные и так далее), для метаморфических этот показатель не является основным. Но мы все равно ненадолго на нем остановимся.

Свой химический состав метаморфиты обычно наследуют от исходных пород.

Поэтому в зависимости от типа исходной породы их делят на такие типы:

• Метапелиты
  Они образуются в результате преобразования пелитов – глинистых пород. В их составе преобладают алюмосиликаты и слюды (мусковит, биотит)
• Метакарбонаты
  Исходными породами для них выступают карбонатные (известняки, доломиты) и карбонатно-силикатные породы (мергели). Основные минералы в составе – кальцит (карбонат кальция) и доломит (карбонат магния-кальция)
• Метаморфиты кислых и кремнистых пород
  Образуются из кислых магматических (граниты) и кремнистых осадочных пород (кварцевые песчаники, диатомиты, радиоляриты, яшмы), богатых диоксидом кремния. Главным минералом таких метаморфитов является кварц – одна из модификаций кремнезема
• Метабазиты
  Образуются из магматических пород основного и среднего состава: базальтов, габбро, диоритов. В их составе преобладают пироксены, амфиболы и основные полевые шпаты – плагиоклазы
• Магнезиальные породы
  Метаморфиты, которые образовались в результате преобразования магматических ультраосновных пород (перидотита, пикрита). Это породы, в которых содержится мало (от 30% до 45%) кремнезема и преобладают оксиды магния и железа

Зачем нужно такое деление? Дело в том, что одна и та же метаморфическая порода может образовываться из очень разных исходных пород. Например, гнейсы могут быть результатом преобразования как магматических гранитов, так и осадочных песчаников или аргиллитов. Но в этом нет ничего удивительного, если вспомнить, что они имеют схожий химический состав.

В таблице ниже вы можете увидеть, какие метаморфиты образуются из пород разного химического состава:

Химический состав породы неразрывно связан со следующей ее характеристикой.

Минеральный состав

Минералом называют природное образование, которое имеет определенный химический состав и кристаллическую структуру. Метаморфические породы, как и любые другие, состоят из минералов.

По происхождению они делятся на:

• Реликтовые
  Это минералы, которые перешли из исходной породы в метаморфит, не претерпев значительных изменений. Это, например, кварц, полевые шпаты, слюды, кальцит. В ходе метаморфизма они могут подвергаться частичной перекристаллизации или немного изменять окрас. Наличие реликтовых минералов позволяет ученым-геологам определять, какие породы подверглись преобразованию.
• Типоморфные
  Специфические минералы, которые образуются только в условиях повышенных температур и давления. Их наличие и позволяет говорить о том, что та или иная порода – точно метаморфического происхождения. Большинство типоморфных минералов устойчивы лишь в определенных интервалах температур. По ним можно определить, в каких условиях и на какой стадии метаморфизма образовалась порода. Поэтому их еще называют индекс-минералами.

Определение минерального состава породы – это обязательный этап ее диагностики. Поскольку внешне многие минералы похожи друг на друга, для этого часто применяют специальные лабораторные методы.

В таблице ниже вы можете увидеть, какие минералы образуются на различных ступенях метаморфизма:

Эти минералы не образуются хаотично, случайным образом. Они образуют устойчивые ассоциации, которые указывают на условия образования метаморфической породы. Об этом мы поговорим в следующем подразделе.

Фация

Под термином «фация» в геологии понимают совокупность пород, которые образуются в схожих условиях и, как следствие, оказываются близки по составу и свойствам. Применительно к метаморфитам он обозначает минеральные парагенезисы – то есть группы типоморфных минералов, которые совместно образуются при определенных показателях температуры и/или давления.

Определение фации, к которой относится порода, позволяет еще точнее понять условия ее образования в недрах Земли.

Для пород контактового метаморфизма выделяют следующие фации:

Верхние и нижние пределы давления для них не указываются, поскольку при контактовом метаморфизме этот фактор не играет большой роли.

А с фациями регионального метаморфизма вы можете ознакомиться в таблице ниже:

Для пород динамометаморфизма подобным образом фации не выделяют, потому что они образуются без глубинных преобразований минерального состава.

Итак, теперь вы имеете весьма исчерпывающее представление о том, что из себя представляют метаморфические породы. В следующем разделе мы обобщим все, о чем говорилось выше, и рассмотрим их официальную классификацию.

Петрографическая классификация метаморфических пород

Классификация горных пород – это тема сложная. Разные ученые подходят к ней с разных сторон и выделяют виды метаморфитов на разных основаниях. Это осложняет проведение практических работ – например, геологических изысканий, – потому что специалисты говорят на разных «языках».

Именно поэтому существует Петрографический кодекс России. Это документ, в котором приводится официально принятая классификация метаморфических и магматических пород.

В соответствии с ней все метаморфические породы делятся на:

• Классы
• Надотряды
• Отряды
• Подотряды
• Семейства
• Роды
• Виды
• Разновидности

Отметим, что метасоматические и импактные породы в Кодексе выделяются отдельно. Для них установлены свои классификации. В рамках этой статьи мы не будем их рассматривать. При желании вы можете найти больше информации в соответствующих статьях на нашем сайте.

Кратко рассмотрим каждый уровень классификации.

Классы метаморфических пород

На самом верхнем уровне классификации преобразованные породы делятся на классы по генетическому признаку – то есть условиям образования.

Метаморфиты бывают:

• Термально- или контактово-метаморфические
• Динамо-термально- или регионально-метаморфические
• Динамо- или дислокационно-метаморфические

Это деление соответствует первым трем типам метаморфизма, которые мы рассматривали в самом начале статьи.

Надотряды метаморфических пород

Следующие три уровня связаны с показателями химического состава пород.

Метаморфические образования делят на надотряды по содержанию кремнезема:

• Низкокремнеземистые (карбонатные) – менее 30% SiO₂
• Ультраосновные – 30-45%
• Основные – 45-52%
• Средние – 53-64%
• Кислые – 63-78%
• Ультракислые – свыше 78%

Это деление и по сути, и по приводимым цифрам идентично классификации магматических пород по химическому составу (об этом мы пишем в статье Магматические породы).

Отряды метаморфических пород

В каждом надотряде, в свою очередь, выделяют отряды. Они еще глубже уточняют химический состав породы.

Среди основных, средних и кислых пород деление проводится по показателю глиноземистости – то есть содержания глинозема (оксида алюминия). Он определяется как отношение глинозема к сумме щелочных оксидов и оксида кальция.

По этому показателю выделяют породы:

• Пересыщенные глиноземом
• Насыщенные
• Недосыщенные

Отряды низкокремнеземистых пород выделяют в зависимости от преобладающего в составе химического вещества.

Их делят на:

• Известковистые
• Магнезиальные
• Железистые

Затем отряды делятся на подотряды.

Подотряды метаморфических пород

На этом уровне классификации породы характеризуются по признаку щелочности. Под ним понимают суммарное содержание оксидов щелочных металлов: калия и натрия.

Во всех отрядах выделяют подотряды:

• Низкощелочные
• Нормальнощелочные
• Умереннощелочные
• Щелочные

Конкретные цифры здесь не приводятся, потому что отнесение породы к тому или иному подотряду зависит от содержания кремнезема.

При необходимости для метаморфитов указывается еще и тип щелочности.

Он может быть:

• Калиевый
• Калиево-натриевый
• Натриево-калиевый
• Натриевый

Определяется тип как отношение суммы оксидов натрия к оксидам калия.

Семейства метаморфических пород

Семейства выделяются по наличию устойчивых минеральных парагенезисов, соответствующих определенной фации.

О фациях и типичных для них минералах в зависимости от исходной породы мы подробно говорили выше.

Поэтому просто обобщим информацию в виде таблицы:

Стоит сказать, что набор выделяемых метаморфических фаций разнится от ученого к ученому. Даже в учебниках можно найти разные варианты. Но официально принятой считается именно эта классификация.

Роды метаморфических пород

На этом уровне классификации породы характеризуют с точки зрения их строения.

При этом учитываются два признака:

• Делимость породы в плоскости естественного раскола (текстурный признак)
• Доминирующая кристаллическая структура

В соответствии с ними породы делят на сланцы, гнейсы и так далее.

В таблице ниже вы можете ознакомиться с родами метаморфитов и их признаками:

Виды метаморфических пород

Вид – это элементарная единица классификации метаморфитов. Под ним понимаются породы, которые имеют схожий модальный минеральный состав.

Название вида включает в себя:

• Обозначение рода (сланец, гнейс, роговик…)
• Прилагательное, которое характеризует минеральный состав породы

В название включают до трех названий минералов, которые составляют не менее 5% от объема породы. Располагаются они в порядке возрастания их содержания.

Минералы, которые по умолчанию всегда есть в породах определенного рода, в названии не указывают.

Например, гранат-биотит-амфиболовый гнейс – это гнейс, в котором содержится не менее 5% граната, биотита и амфиболов. При этом по объему преобладают амфиболы, а на гранат приходится меньше всего объема породы. Кварц, который всегда присутствует в гнейсах, в названии не упоминается.

Разновидности метаморфических пород

Последний уровень классификации – необязательный. Разновидности выделяют в тех случаях, когда у породы есть какая-то важная особенность, отличающая ее от других пород того же вида.

Эта может быть:

• Особенность состава
  В породе есть какой-то специфический минерал, но его содержание меньше 5%. Тогда к названию вида добавляют прилагательное со словом «содержащий». Например, кианитовый эклогит ставролитсодержащий.
• Особенность строения
  Дополнительный структурный признак обозначается прилагательным, которое ставится перед названием вида. Например, очковый биотитовый гнейс или порфиробластический слюдяной сланец.

Названия метаморфических пород могут быть очень длинными. Но такая номенклатура позволяет очень емко передать все основные характеристики породы.

Теперь вы имеете полное представление о происхождении и видах метаморфических пород, их официальной классификации и номенклатуре. В заключительном разделе статьи мы кратко остановимся на том, как они рассматриваются с точки зрения инженерной геологии и грунтоведения.

Метаморфические породы как грунты

Грунтами в инженерной геологии называют породы, залегающие под почвой и слагающие самый верхний слой земной коры. Они служат основаниями для зданий и сооружений, а также средой для обустройства подземных коммуникаций.

Физико-механические свойства грунтов изучает грунтоведение. От них зависит, какую технологию строительства будут применять на том или ином участке.

Классификации грунтов приведены в нормативных документах. На сегодняшний день на территории России действует ГОСТ 25100-2020.

В соответствии с ним все грунты делятся на:

• Классы – по природе структурных связей
• Подклассы – по особенностям структуры
• Типы – по происхождению
• Подтипы – по условиям образования
• Виды – по вещественному составу
• Подвиды – по петрографическому составу
• Разновидности – по свойствам, определяемым в ходе геологических изысканий

Массивы метаморфических пород, выходящие на земную поверхность и не измененные человеком, относятся к классу природных скальных грунтов.

Для них характерны такие свойства:

• Высокая прочность
• Стойкость к механическим деформациям
• Высокая водостойкость
• Сложность в разработке

Скальные грунты считаются надежными основаниями, которые обычно не требуют дополнительного улучшения (уплотнения, закрепления, осушения). Но их тяжело обрабатывать – для этого требуется специальная техника. Подробнее об этом мы пишем в статье Виды грунта по трудности разработки.

В России метаморфические и магматические скальные грунты распространены на территории:

• Алтая
• Дальнего Востока
• Кавказа
• Камчатки
• Карелии
• Ленинградской области
• Саян
• Урала

В ходе геологических изысканий на определенной местности определяют вид и разновидность местного грунта по ГОСТ.

Официальная классификация метаморфических пород по ГОСТ 25100 приведена в таблице:

Как видите, в общих чертах эта классификация соответствует Петрографическому кодексу России, о котором мы говорили выше.

Больше об особенностях и видах грунтов разного происхождения вы можете узнать в статье Виды грунтов в строительстве.

А теперь – подведем итог всему сказанному выше.

Метаморфиты – это продукт глубокого преобразования более древних пород. Они образуются под влиянием высоких температур, давления, жидких и газообразных флюидах в недрах Земли. В совокупности с магматитами они формируют основную массу земной коры.

В зависимости от условий образования выделяют породы регионального (сланцы, гнейсы, амфиболиты, кварциты, мраморы, серпентиниты, гранулиты, эклогиты), контактового (роговики, скарны) и дислокационного метаморфизма (тектонические брекчии, катаклазиты, милониты).

При описании метаморфических пород учитываются их структуры, текстуры, химический и минеральный состав, а также фации – устойчивые сочетания минералов, которые образуются в определенных пределах температур и давления.

Многообразие метаморфических пород отражено в многоуровневой петрографической классификации.

Дата публикации: 1 мая 2025 года