Слоистость в метаморфических породах

Введение

Повторяющееся слоивание в метаморфических породах

Фолиация в геологии относится к повторяющемуся слоиванию в метаморфических породах. Каждый слой может быть таким же тонким, как лист бумаги, или превышать метр в толщину. Слово происходит от латинского folium, означающего «лист», и описывает листовидную, плоскостную структуру. Она вызывается силами сдвига (давлениями, толкающими различные части породы в разных направлениях) или дифференциальным давлением (более высоким давлением с одной стороны, чем с других). Слои формируются параллельно направлению сдвига или перпендикулярно направлению более высокого давления. Нефолированные метаморфические породы обычно образуются при отсутствии значительного дифференциального давления или сдвига. Фолиация распространена в породах, подверженных региональному метаморфическому сжатию, типичному для областей образования горных поясов (орогенных поясов). В более техническом смысле, фолиация – это любая проникающая плоскостная текстура, присутствующая в метаморфических породах. К породам, демонстрирующим фолиацию, относится стандартная последовательность, образующаяся в результате прогрессивного метаморфизма глин; сланец, филлит, сланцы и гнейсы. Характерное для сланца слоистость обусловлена предпочтительной ориентацией микроскопических филлосиликатных кристаллов. В гнейсе фолиация чаще всего представлена композиционным слоистым строением из-за сегрегации минеральных фаз. Фолированная порода также известна как S-тектонит в деформированных массивах пород. Примеры включают полосы в гнейсе (гнейсовое слоистое строение), предпочтительную ориентацию плоских крупных слюдяных хлопьев в сланце (сланцеватость), предпочтительную ориентацию мелких слюдяных хлопьев в филлите (с его плоскостями, имеющими шелковистый блеск, называемый филлитовым блеском – греческое слово phyllon также означает «лист»), чрезвычайно мелкозернистую предпочтительную ориентацию глинистых хлопьев в сланце (называемую «сланцевой расслоенностью»), и слои сплющенных, размазанных, похожих на блины обломков в метаконгломерате.

Механизмы формирования

Фолиация обычно формируется в результате преимущественной ориентации минералов в породе. Как правило, это следствие воздействия физической силы и ее влияния на рост минералов. Плоскостная структура фолиации обычно образуется под прямым углом к направлению максимального главного напряжения. Однако в зонах сдвига плоскостная структура в породе может не быть строго перпендикулярна направлению главного напряжения из-за вращения, массопереноса и укорочения. Фолиация может формироваться путем переориентации слюд и глин посредством физического вращения минералов внутри породы. Часто эта фолиация связана с диагенетическим метаморфизмом и метаморфизмом низких температур и давлений. Фолиация может быть параллельна исходному осадочному слоению, но чаще ориентирована под некоторым углом к нему. Рост пластинчатых минералов, как правило, группы слюд, обычно является результатом реакций проградного метаморфизма в процессе деформации. Часто ретроградный метаморфизм не приводит к формированию фолиации, поскольку поднятие метаморфического пояса не сопровождается значительным компрессионным напряжением. Термический метаморфизм в ореоле гранита также вряд ли приведет к росту слюды в фолиации, хотя рост новых минералов может перекрывать существующую фолиацию. Выравнивание таблитчатых минералов в метаморфических, магматических и интрузивных породах может формировать фолиацию. Типичными примерами метаморфических пород являются порфиробластические сланцы, в которых крупные, удлиненные минералы образуют выравнивание либо за счет роста, либо вращения в основной массе. Магматические породы могут приобретать фолиацию из-за выравнивания кумулятивных кристаллов во время конвекции в крупных магматических камерах, особенно ультрамафических интрузиях, и обычно плагиоклазовых табличек. Гранит может формировать фолиацию из-за сил трения, действующих на вязкую магму со стороны вмещающих пород. Лавы могут сохранять слоистую фолиацию или даже сжатую эвтакситовую текстуру, обычно в высоковязких фелситовых агломератах, сварных туфах и пирокластических отложениях. Метаморфическая дифференциация, типичная для гнейсов, обусловлена химическим и композиционным полосатием внутри метаморфического массива. Обычно это отражает химический состав исходной породы (протолита), который формирует различные минеральные ассоциации. Однако композиционное полосатие может быть результатом процессов нуклеации, вызывающих химическую и минералогическую дифференциацию в полосы. Это обычно следует тому же принципу, что и рост слюды, – перпендикулярно направлению главного напряжения. Метаморфическая дифференциация может быть ориентирована под углом к композиционному полосатию протолита. Кренуляционное расслоение и наклонная фолиация являются особыми типами фолиации.

Foliation is usually formed by the preferred orientation of minerals within a rock. Usually, this is the result of some physical force and its effect on the growth of minerals. The planar fabric of a foliation typically forms at right angles to the maximum principal stress direction. In sheared zones, however, planar fabric within a rock may not be directly perpendicular to the principal stress direction due to rotation, mass transport, and shortening. Foliation may be formed by realignment of micas and clays via physical rotation of the minerals within the rock. Often this foliation is associated with diagenetic metamorphism and low grade burial metamorphism. Foliation may parallel original sedimentary bedding, but more often is oriented at some angle to it. The growth of platy minerals, typically of the mica group, is usually a result of prograde metamorphic reactions during deformation. Often, retrograde metamorphism will not form a foliation because the unroofing of a metamorphic belt is not accompanied by significant compressive stress. Thermal metamorphism in the aureole of a granite is also unlikely to result in the growth of mica in a foliation, although the growth of new minerals may overprint existing foliation(s). Alignment of tabular minerals in metamorphic rocks, igneous rocks and intrusive rocks may form a foliation. Typical examples of metamorphic rocks include porphyroblastic schists where large, oblate minerals form an alignment either due to growth or rotation in the groundmass. Igneous rocks can become foliated by alignment of cumulate crystals during convection in large magma chambers, especially ultramafic intrusions, and typically plagioclase laths. Granite may form foliation due to frictional drag on viscous magma by the wall rocks. Lavas may preserve a flow foliation, or even compressed eutaxitic texture, typically in highly viscous felsic agglomerate, welded tuff and pyroclastic surge deposits. Metamorphic differentiation, typical of gneisses, is caused by chemical and compositional banding within the metamorphic rock mass. Usually, this represents the protolith chemistry, which forms distinct mineral assemblages. However, compositional banding can be the result of nucleation processes which cause chemical and mineralogical differentiation into bands. This typically follows the same principle as mica growth, perpendicular to the principal stress. Metamorphic differentiation can be present at angles to protolith compositional banding. Crenulation cleavage and oblique foliation are particular types of foliation.

Интерпретация

Фолиация, поскольку она обычно формируется перпендикулярно направлению главного напряжения, фиксирует направление укорочения. Это связано с осью складок, которые, как правило, образуют осевую плоскость фолиации в своих осевых областях. Измерение пересечения между осевой плоскостью складки и поверхностью на складке позволит определить угол падения складки. Если фолиация не соответствует наблюдаемому углу падения складки, вероятно, она связана с другим деформационным событием. Фолиация в зонах сдвига и внутри плоскостей надвигов может предоставить информацию о направлении сдвига или смысле движения по надвигу или сдвигу. Как правило, острый угол пересечения указывает направление сдвига. Фолиации обычно изгибаются или искривляются в зоне сдвига, что дает ту же информацию, если масштаб позволяет это наблюдать. В региональном масштабе фолиации, как правило, огибают жесткие, несжимаемые тела, такие как гранит. Таким образом, они не всегда являются строго "плоскими" и могут нарушать правило перпендикулярности к региональному напряженному полю из-за локальных воздействий. Это макроскопический аналог того, что может происходить вокруг порфиробластов. Часто детальное наблюдение фолиаций в поле, на образцах и под микроскопом дополняет наблюдения, выполненные на карте или в региональном масштабе.

Инженерные соображения

В геотехническом инженерном деле плоскость слоистости может являться плоскостью ослабления, оказывающей значительное влияние на механическое поведение (прочность, деформацию и т.д.) горных пород при строительстве, например, тоннелей, фундаментов или откосов.