М. В. Ломоносова геологический факультет кафедра петрологии программа
| Вид материала | Программа |
- Термодинамика грунтов, 65.89kb.
- М. В. Ломоносова филологический факультет кафедра истории зарубежной литературы Диплом, 949.48kb.
- Курс читается в осеннем семестре и является общим для магистрантов всех специализаций., 62.84kb.
- М. В. Ломоносова Филологический факультет Кафедра истории зарубежной литературы Программа, 68.11kb.
- М. В. Ломоносова факультет искусств кафедра словесных искусств программа, 232.05kb.
- Королев Владимир Александрович. Курс читается в 8 семестре для студентов специализация, 40.87kb.
- М. В. Ломоносова Социологический факультет Кафедра социологии безопасности Кузнецов, 291.07kb.
- Королев Владимир Александрович. Курс читается в 6 семестре для студентов специальности, 90.93kb.
- М. В. Ломоносова Факультет политологии Кафедра государственной политики Курсовая, 6kb.
- М. В. Ломоносова географический факультет кафедра мирового хозяйства Курсовая, 476.29kb.
Московский Государственный университет им. М.В.Ломоносова
геологический факультет
кафедра петрологии
ПРОГРАММА
спецкурса
“структурогенез метаморфических горных пород”
для студентов IV курса специальности «петрология»
Составил:
доцент, кандидат геол.-мин. наук
В.О.Япаскурт
Москва, 2002 год.
Название курса: «Структурогенез метаморфических горных пород».
Цели преподавания курса: дать студентам-петрологам главнейшие сведения о структурах и текстурах метаморфических горных пород, механизмах и условиях их формирования и методах исследования.
Задачи курса: студенты должны овладеть методиками изучения и описания структур и текстур метаморфических горных пород и освоить их применение для решения комплекса петрологических задач: парагенетического анализа, минералогической термобарометрии, структурной петрологии, микротектоники, относительной и абсолютной (изотопной) геохронологии.
Объем курса: лекции - 24 часа, лабораторные работы и семинары - 12 часов, всего - 36 часов.
Содержание курса: курс читается в седьмом семестре и является логическим продолжением учебных курсов по минералогии и петрографии. Знания основ минералогии и петрографии метаморфических горных пород является необходимой базой для освоения методов структурной петрологии. В тоже время курс «Структурогенез метаморфических горных пород» является прелюдией к учебным и специальным курсам «Термодинамика породообразующих минералов», «Теория фазового соответствия в минеральных системах» и «Формации метаморфических горных пород», поскольку методы структурной петрологии являются неотъемлемой частью любых петрологических исследований.
Лекционная часть курса закрепляется лабораторными работами, семинарами и индивидуальной работой студентов. Эти виды работ проводятся параллельно с лекциями.
Структурная петрология – раздел петрологии, изучающий структуры (в самом широком смысле этого слова) горных пород, условия и механизмы их образования. Реконструкция условий и механизмов образования структур и текстур в реальных горных породах – основная задача микроструктурного анализа. В сознании многих геологов укоренилось представление, что микроструктурный анализ – это метод реконструкции полей тектонических напряжений путем анализа результатов пластических и хрупких деформаций, запечатленных в структурах горных пород. Однако это – всего лишь одна из многочисленных задач микроструктурного анализа. В англоязычной литературе для раздела структурной петрологии, изучающего влияние различных типов деформаций на структурный облик пород, и методов микроанализа, призванных решать обратную задачу, используется термин «микротектоника». Таким образом, курс «Структурогенез метаморфических горных пород» призван познакомить студентов со всеми существующими на сегодняшний день методиками исследований структур и текстур метаморфических горных пород (включая и методы микротектоники) и проиллюстрировать возможности этих методов для исследований в различных областях геологии, петрологии и геохронологии.
ЧАСТЬ I. Структурогенез и структурная петрология.
1. Введение. Структурная петрология, микроструктурный анализ и микротектоника.
2. Структуры и текстуры метаморфических горных пород. Структурогенез.
2.1. Понятие структуры и текстуры горной породы. Определение. Классификация структурных и текстурных элементов. Общие принципы описания структур горных пород.
2.2. Важнейшие структуры и текстуры метаморфических горных пород.
2.3. Механизмы структурогенеза.
2.3.1. Движущие силы структурогенеза.
2.3.2. Факторы структурогенеза и их роль в формировании структур и текстур.
2.3.2.1. Температура. Перегрев и переохлаждение.
2.3.2.2. Концентрации минералообразующих компонентов. Равновесные концентрации, пересыщение.
2.3.2.3. Давление. Эллипсоид деформаций. Давление литостатическое, стрессовое и внутрикристаллическое.
2.3.2.4. Летучие компоненты, их состав и количество.
2.3.3. Поверхностные эффекты на границе «кристалл – минералообразующая среда» и их влияние на структурогенез. Парциальная и интегральная поверхностная энергия.
- Деформационные и миграционные механизмы структурогенеза. Представление о кристаллической решетке, точечных, линейных и объемных дефектах, различных типах дислокаций кристаллической решетки. Роль внутрикристаллических дефектов и дислокаций для структурогенеза.
2.3.4.1. Точечные дефекты в кристаллической решетке. Вакансии, примеси замещения, межузловые ионы и атомы, дефекты Шоттки и Френкеля. Механизмы внутрикристаллической диффузии компонентов и вакансий. Эффект Френкеля. Роль точечных дефектов в процессах деформации кристаллического вещества.
2.3.4.2. Одномерные (линейные) дефекты – дислокации. Дислокации краевые и винтовые. Миграции дислокаций в деформируемой кристаллической решетке. Аннигиляция краевых дислокаций. Дислокационный креп.
2.3.4.3. Двумерные дефекты – поверхности. Поверхности кристаллического зерна. Внутризерновые поверхности: когерентные, частично когерентные и некогерентные границы. Малоугловые границы между блоками кристалла (субзернвые границы) – дислокационные стенки. Границы двойников. Возникновение внутризерновых границ (границ субзерен, двойников) на стадиях роста и деформации кристаллов. Превращение внутризерновых границ в межзерновые.
2.3.4.4. Трехмерные дефекты: включения и блоки. Блочность, мозаичность и отщепления кристаллов. Основные типы включений. Влияние деформаций и внешних условий на появление и развитие трехмерных дефектов в кристаллах.
2.4. Нормальный (гранный) и скелетный (реберный и вершинный) механизмы роста кристаллов. Влияние различных типов дефектов на процесс роста кристалла.
2.5. Стадийность (генерационность) процесса роста кристаллов и минеральных зерен.
2.5.1. Одноактная (моногенерационная) кристаллизация.
2.5.2. Полигенерационная кристаллизация.
2.5.3. Регенерация.
2.5.4. Пульсационная (осциллятивная) кристаллизация.
3. Морфологические типы минеральных зерен и агрегатов в метаморфических горных породах.
3.1. Понятия «зерно», «кристалл», «зародыш» и «центр нуклеации» и принципиальные различия между ними.
3.2. Зерна. Морфологические и генетические типы зерен и их поверхностей. Морфология зерен минералов в моно- и полиминеральных агрегатах, возникающих в ходе твердофазовых процессов. Влияние стрессовых нагрузок на морфологию зерен в моно- и полиминеральных агрегатах. Роль флюидной фазы и флюидного режима в формировании структурного облика минеральных агрегатов.
3.3. Порфиробласты. Морфологические типы порфиробластов. Способы и механизмы образования порфиробластов. Порфиробласты моно- и полицентрические. Особенности внутреннего строения порфиробластов. Морфологические типы поверхностей порфиробластов.
- Включения. Классификация включений по компонентному составу. Минеральные включения. Морфологические и генетические типы включений. Включения протогенетические и сингенетические. Проблема постгенетических включений.
3.4.1. Протогенетические включения. Включения реликтовых фаз (реагентов) и инертных фаз минералообразующей среды. Способы и механизмы захвата минералообразующей среды растущим кристаллом или зерном. Морфологические отличия и особенности расположения протогенетических включений реликтовых и инертных фаз в зерне минерала-хозяина. Наследование структурно-текстурных особенностей протолита в расположении протогенетических включений в минерале-хозяине.
3.4.2. Сингенетические включения. Границы совместного роста минералов, индукционные грани. Морфологические отличия сингенетических включений и особенности их расположения в зерне минерала-хозяина.
3.4.3. Постгенетические включения. Морфологические особенности продуктов внутризерновых минеральных реакций распада твердого раствора и замещения. Морфологические особенности границ и пространственного расположения продуктов распада твердого раствора и продуктов реакций замещения.
3.4.4. Проблема возникновения постгенетических включений за счет внутрикристаллической диффузии вакансий и примесей. Эффект Френкеля и формирование постгенетических включений. Миграция включений в кристалле.
3.5. Симплектиты и минеральные срастания. Морфологические и генетические типы симплектитов и минеральных срастаний.
ЧАСТЬ II. Реакционный структурогенез. Связь между микроструктурами и химизмом минералов в метаморфических горных породах.
4. Реакционные структуры и реакционный структурогенез.
4.1. Главнейшие типы минеральных и флюидо-минеральных реакций. Реакции смещенного (полиморные фазовые превращения, упорядочение – разупорядочивание, реакции распада твердого раствора, реакции разложения и химического взаимодействия) и обменного равновесия.
4.2. Понятие реакционной зоны и локального термодинамического равновесия.
4.3. Интрагранулярные (внутризерновые) реакции и структуры.
4.3.1. Структуры распада твердого раствора. Механизмы их образования.
4.3.2. Структуры реакционного замещения. Механизмы их образования.
4.3.3. Структурные особенности реакций полиморфных фазовых превращений.
4.4. Аутогранулярные (матриксные) реакции и структуры реакций смещенного равновесия.
4.4.1. Структуры реакций разложения.
4.4.2. Структуры реакций химического взаимодействия кристаллических фаз.
4.4.3. Особенности структур при протекании реакций с непосредственным участием флюидной фазы (флюидо-минеральных реакций).
4.5. Стадийность протекания твердофазовых минеральных реакций. Особенности структур моностадийных и полистадийных реакций.
4.5. Реакционные макроструктуры.
5. Химическая гетерогенность минералов и структурогенез.
5.1. Понятие химической гетерогенности, химической зональности и секториальности минералов.
5.2. Типы химической зональности минералов.
5.2.1. Ростовая зональность и основные типы сопутствующих структур.
5.2.1.1. Простая ростовая зональность. Морфоструктурная классификация, механизмы образования и дешифрирования.
5.2.1.2. Осциллятивная ростовая зональность. Морфоструктурная классификация, механизмы образования и дешифрирования.
5.2.2. Диффузионная зональность и основные типы сопутствующих структур.
5.3. Химическая гетерогенность зерен минералов.
5.3.1. Микроканалы и возможные способы их образования.
5.3.1.1. Шовные зоны (микроканалы сращивания). Шовные зоны в полицентрических порфиробластах. Микроканалы сращивания при захвате включений монокристаллом на стадии роста.
5.3.1.2. Зоны повышенной проницаемости (диффузионные микроканалы) трещинного и дислокационного типов.
5.3.1.3. Долгоживущие и полигенетические микроканалы.
5.3.2. Секториальность. Механизмы образования и значение секториальности для петрологической интерпретации химической гетерогенности минералов. Критерии отличия секториальности от химической зональности и других типов химической гетерогенности минералов.
5.3.3. Реликтовая зональность в процессах замещения и диффузии.
ЧАСТЬ III. Деформационный и композиционный структурогенез. Текстуры метаморфических горных пород. Микротектоника.
6.Текстуры метаморфических горных пород, механизмы их образования и эволюции.
- Классификация текстур метаморфических горных пород. Текстуры протогенетические, сингенетические и постгенетические. Деформационные и композиционные текстуры.
- Деформационный структурогенез. Деформационные текстуры.
6.2.1. Упругие, пластические и хрупкие деформации.
6.2.2. Факторы деформационного структурогенеза (температура, литостатическое давление, стрессовые давления, протогенетические структуры, текстуры и минеральный состав субстрата).
- Механизмы пластических деформаций кристаллических веществ. Роль дефектов кристаллической решетки в процессе пластической деформации. Дислокационный креп.
- Деформации и деформационные текстуры мономинеральных агрегатов.
- Деформации и деформационные текстуры полиминеральных агрегатов.
- Методы исследования деформационных текстур. Реконструкция тектонических напряжений и последовательного изменения полей деформации при метаморфической эволюции. Микротектоника.
- Композиционный структурогенез. Композиционные текстуры.
6.3.1. Метаморфическая сегрегация, аллохимический метаморфизм и метасоматоз в связи с проблемами структурогенеза.
6.3.2. Факторы композиционного структурогенеза (температура, литостатическое давление, состав и химические потенциалы летучих компонентов, протогенетические структуры, текстуры и минеральный состав субстрата).
6.3.3. Роль стрессового давления и деформационных текстур для композиционного структурогенеза и формирования композиционных текстур.
7. Реакционный, деформационный и композиционный структурогенез в процессах метаморфизма.
7.1. Парагенезисы структур и текстур. Понятие структурного парагенезиса.
7.1.1. Главнейшие парагенезисы структур и текстур в породах различных ступеней регионального и контактового метаморфизма.
7.1.2. Закономерности эволюции парагенезисов структур и текстур метаморфических горных пород во времени на прогрессивном этапе метаморфизма.
7.1.3. Закономерности эволюции парагенезисов структур и текстур метаморфических горных пород во времени на регрессивном этапе метаморфизма.
7.1.4. Главнейшие парагенезисы структур и текстур в породах динамометаморфизма.
7.2. Проблемы выделения структурогенетических фаций метаморфизма. Изохимические ряды структур и текстур в породах регионального и контактового метаморфизма.
ЧАСТЬ IV. Приложение методов структурной петрологии.
8. Приложение микроструктурного анализа для решения петрологических, геологических и геохронологических задач.
8.1. Структурогенез и парагенетический анализ. Выявление минеральных реакций, последовательности их протекания и смены минеральных парагенезисов во времени методами микроструктурного анализа.
8.2. Структурогенез и минералогическая термобарометрия. Микроструктурный анализ в решении вопросов о равновесности составов минералов при термобарометрических расчетах и выводе эволюционных P-T-t трендов.
8.3. Структурогенез и относительная геохронология. Микроструктурный анализ при использовании методов относительной геохронологии на основании исследования гетерогенности минералов.
8.4. Структурогенез и абсолютная геохронология. Микроструктурный анализ при датировании метаморфических событий методами изотопной геохронологии.
8.5. Структурогенез и петрологические реконструкции. Методика изучения ранних стадий петрогенеза при помощи исследования минеральных включений в минералах-консерваторах.
8.6. Структурогенез в литологии и палеогеографии. Методика решения вопроса об источнике сноса обломочного материала в осадочных комплексах путем изучения реликтовых парагенезисов и минеральных включений в минералах-консерваторах.
8.7. Структурогенез и тектоника. Методы микротектоники. Реконструкция полей напряжений и этапов деформаций горных пород методами микроструктурного анализа. Корреляция данных минералогической термобарометрии и геохронологии с основными тектоническими событиями.
9. Заключение. Некоторые проблемы структурогенеза метаморфических пород и возможные пути их решения.
Лабораторные занятия. Лабораторные занятия проводятся для иллюстрации лекционной части курса и получения студентами навыков практического применения основных методик микроструктурного анализа для решения частных петрологических задач. Студентам предлагается на примере наиболее типичных образцов метаморфических горных пород составить подробные описания их структур и текстур (на макроскопическом, микроскопическом и электронно-микроскопическом уровнях исследования), выделить основные типы структур и текстур, составить морфологическую классификацию форм выделения минералов, разобрать последовательность смены парагенезисов структур и текстур и попытаться реконструировать эволюцию структурогенеза и его факторов для рассматриваемых образцов.
Семинарские занятия. Для закрепления знаний по лекционной части курса проводятся семинарские занятия по наиболее важным его разделам. Примерный перечень тем:
- Типы структур и текстур метаморфических горных пород. Условия и механизмы их образования.
- Минеральные и флюидо-минеральные реакции при метаморфизме. Реакционный структурогенез.
- Химическая зональность, гетерогенность и секториальность минералов метаморфических горных пород. Связь микроструктур и химизма минералов.
- Деформационный структурогенез, его факторы и механизмы. Деформации кристаллических пород и деформационные текстуры. Микротектоника.
- Композиционный структурогенез, его факторы и механизмы. Взаимосвязь и взаимовлияние различных типов структурогенеза.
- Парагенезисы структур и текстур метаморфических пород, закономерности их эволюции на различных этапах процессов метаморфической эволюции. Структурогенетические фации метаморфизма.
Индивидуальные занятия студентов. В качестве индивидуальных занятий для закрепления пройденного материала и ознакомления с современными проблемами структурогенеза и методами микроструктурного анализа студентам предлагается сделать доклад на основании изучения научных публикаций. Примерные темы докладов:
- Механизмы формирования наиболее распространенных структур (текстур) метаморфических пород.
- Внутреннее строение порфиробластов и методы его исследования.
- Механизмы захвата твердофазовых включений растущими минералами.
- Основные типы химической гетерогенности (зональности, секториальности) минералов в метаморфических породах и способы их изучения.
Самостоятельная работа студентов. Самостоятельная работа студентов в рамках данного курса включает в себя задачу по описанию структур и текстур метаморфической горной породы в шлифе. На основании этого описания студент должен определить последовательность формирования отдельных структурно-текстурных элементов, реконструировать минеральные реакции и способы их протекания, сделать заключение о равновесности составов находящихся в породе минералов (их отдельных ростовых зон и генерационных форм), реконструировать облик породы на ранних стадиях ее эволюции и т.д. Задача самостоятельной работы конкретизируется исходя из особенностей предлагаемого образца. По мере необходимости студенту предоставляется дополнительная информация (электронно-микроскопические снимки, химические анализы и т.п.)
Основные формы отчетности и контроля. Текущими формами отчетности и контроля являются опросы студентов в ходе семинаров и лабораторных занятий, а также доклады, которые студенты должны подготовить в рамках индивидуальных занятий. Основной формой контроля является итоговый зачет по основным разделам курса и выполнение студентом задания в рамках его самостоятельной работы.
ЛИТЕРАТУРА
Основная
- Некрасова Н.И., Петров Т.Г. Генезис минеральных индивидов и агрегатов. С.-Пб.: «Невский курьер», 1997. 228 с.
- Вернон Р.Х., Метаморфические процессы. М., Недра, 1980. 227 с.
Дополнительная
- Козлова О.Г. Рост и морфология кристаллов. 3-е изд., под ред. Н.В.Белова. М.: Изд-во МГУ, 1980. 368 с.
- Гегузин Я.Е. Очерки о диффузии в кристаллах. 2-е изд. М.: «Наука», 1974. 254 с.
- Григорьев Д.П., Жабин А.Г. Онтогения минералов. Индивиды. М.: «Наука», 1975. 340 с.
- Passchier, C.W., Trouw, R.A.J. Microtectonics. Springer, 1998. 289 p.
- Соболев Р.Н. Универсальный метод...
- Атлас структур и текстур горных пород.