Метаморфизм глинистых пород

Глины являются основным типом силикатных пород, возникающим в поверхностных условиях. Если при выветривании происходит разрушение и преобразование силикатных пород, то при метаморфизме развивается их регенерация. Постседиментационная эволюция каолинита и монтмориллонита. На стадии эпигенеза, до начала метаморфизма, каолинит преобразуется в иллит и серицит. Об этом свидетельствует широкая серицитизация каолинитов под влиянием минерализованных растворов и отсутствие каолинита в сланцах, стоящих на пороге метаморфизма.

При процессах регионального метаморфизма в условиях высоких температур глины переходят в плотные глинистые сланцы (аргиллиты и филлиты). Выше 300^о каолинит полностью разрушается, превращаясь при наличии щелочей в серицит, слюды, полевые шпаты, а отсутствие их – в силикаты алюминия: андалузит, силлиманит, дистен и другие минералы, слагающие кристаллические сланцы. Эволюция богатых каолинитом и бедных калием осадочных пород должна привести к возникновению пирофиллита.

В еще большей степени на стадии эпигенеза изменяется монтмориллонит. Он также исчезает до начала метаморфизма. Хотя эволюция монтмориллонита и не была еще прослежена шаг за шагом, однако имеются основания полагать, что глиноземистые монтмориллониты под влиянием минерализованных растворов преобразуются в иллит и серицит. Под влиянием магнезиальных растворов монтмориллонит может замещаться хлоритом. Хлорит может развиваться и по триоктаэдрическому монтмориллониту. Таким образом, каолинит и монтмориллонит преобразуются на стадии эпигенеза, задолго до начала метаморфизма.

Иллит и хлорит. Эти минералы систематически возникают на стадии эпигенеза. В сланцах (серицитовых, хлоритовых, блестящих, зеленых и т.д.) основными породообразующими минералами являются серицит и хлорит. Наблюдается значительная эволюция от глинистых сланцев, сложенных чешуйками глинистых минералов размером в микроны или десятки микронов, к метаморфическим сланцам эпизоны со слюдистыми чешуйками размером в миллиметры или десятки миллиметров.

Иллиты и хлориты осадочных отложений характеризуются многочисленными изоморфными замещениями и по сравнению с крупнокристаллическими слоистыми силикатами, возникшими при метаморфизме, содержат весьма обильные чуждые примеси. По мере возрастания давления и температуры и развития метаморфических процессов структура глинистых минералов, стремясь достигнуть минимума внутренней энергии, становится все более совершенной. Железо и частично магний удаляются из иллита и входят в решетку хлоритов. И обратно, из решетки хлорита удаляются чуждые ионы, в частности алюминий, которые поступают в растущие слюдистые минералы. Перераспределение элементов сопровождается ростом кристаллов слоистых силикатов. Именно обильные замещения обусловливают небольшой размер частиц слоистых силикатов, а по мере того как в процессе метаморфизма происходит «очищение» структуры размеры кристаллов растут.

Небходимо помнить, что при эволюции глин в глинистые сланцы не наблюдается прямого перехода слоистых силикатов глин в крупночешуйчатые слоистые силикаты сланцев. Здесь имеют место сортировка, перемещение, обмен элементами между слоистыми силикатами и возникают более совершенные, а потому более крупные кристаллы. В конечном итоге формируется сланец, сложенный глиноземистым, кремнеземистым и магнезиальным серицитом и хлоритом. Содержание различных минералов определяется первичным составом глины.

Слюды слюдистых сланцев. По мере возрастания степени метаморфизма сланцы низких ступеней метаморфизма постепенно переходят в двуслюдяные сланцы, состоящие из мусковита и биотита. Эволюция серицита развивается путем удаления чуждых ионов, в частности ионов магния, и путем упорядочения решетки, теряющей воду и обогащающейся калием. Одновременно происходит преобразование хлорита в биотит. При этом магний покидает межслоевые прокладки хлорита и наряду с железом занимает октаэдрические позиции, а калий обеспечивает межслоевые связи. Перераспределение элементов в ассоциации белая – темная слюда, устойчивой в зоне слюдистых сланцев, происходит в ином порядке, чем при выветривании. Нужно отметить, что когда в эпизону попадает значительное количество натрия, он выделяется из решетки слоистых силикатов и возникает альбит – минерал, достаточно характерный для многих слюдистых сланцев. Этот минерал формируется значительно чаще, чем парагонит.

На стадии метаморфизма натрий и кальций обычно входят в решетку известково-натриевых полевых шпатов. В серии филлитов рано или поздно возникают калиевые полевые шпаты. Они развиваются прежде всего по мусковиту и при этом алюминий переходит в четверную координацию. В отличие от богатого глиноземом мусковита, биотит не может замещаться полевыми шпатами, поскольку в их решетке нет места магнию и железу. Таким образом, судьба биотита и мусковита в мезозоне существенно различна. Поэтому силикатные породы мезозоны в отличие от сланцев и слюдистых сланцев включают не только слоистые силикаты, но и обильные полевые шпаты, а единственным свидетелем былого состава породы является биотит В катазоне биотит, в свою очередь, замещается полевыми шпатами и дает начало ортоклазам и лишенным глинозема магнезиально – железистым минералам, например ромбическим пироксенам.

На высоких ступенях метаморфизма, например в гранулитовых фациях, господствовавшие в гидросфере слоистые силикаты полностью исчезают. Алюминий входит в решетку полевых шпатов, а магний и частично железо – в решетку пироксенов. Титан и железо, постепенно переходившие на стадиях эпигенеза и начального метаморфизма в силикатную форму, вновь высвобождаются в идее ильменита, характерного для гранулитовых фаций.