بسم الله الرحمن الرحیم

موضوع :

سنگ های دگرگونی

درس : ژئومورفولوژِ ساختمان
استاد گرامی :

تهیه و تنظیم :

 

خرداد 93

 

سنگ‌های دگرگونی

سنگ‌ها و کانی‌ها تحت شرایطی که در آن شکل ‌گرفته‌اند پایدار می مانند؛ اما با تغییر در شرایط، سنگ‌ها نیز تغییرمی‌کنند. سنگ‌های دگرگونی، سنگ‌هایی هستند که از تغییر شکل سنگ‌های قبلی به علت تغییر شرایط فیزیکی (فشار ـ دما) یا شیمیایی و در حالت جامد به‌وجود می‌آیند. پدیده دگرگونی به محو و ناپدید شدن یک یا مجموعه‌ایی از کانی‌های متبلور سنگ تعبیر می‌شود. این تغییرات ممکن است روی سنگ‌های رسوبی که در شرایط سطحی به وجود آمده‌اند یا در سنگ‌های آذرین که از ماگما متبلور گردیده و یا حتی در سنگ‌های دگرگونی به وجود آیند.

 این گروه از سنگ‌ها، سنگ‌های ثانویه هستند که از دگرگون شدن دیگر سنگ‌ها تشکیل می‌شوند. عامل دگرگونی می‌تواند فشار لایه‌های بالایی، گرما، اثر سیال‌ها و جانشینی باشد. به طور كلی می‌توان گفت كه اگر سنگ‌های آذرین ، رسوبی و یا حتی دگرگونی مدت زیادی در اعمــاق زمیــن بماننـد، بدون آنكه ذوب‌شده یا خـُــرد شـوند، در اثر فشار و گرمای زیادی كه بر آن‌ها وارد می‌شود، تغییر پیدا می‌کنند. این سنگ‌ها مانند آجر پخته ‌شده و شکل قبلی خود را از دست می‌دهند، به طوری كه دیگر شباهتی به سنگ‌های اولیه ندارند؛ سنگ‌هایی كه بدین گونه تشكیل می‌شوند، به سنگ دگرگونی یا دگرگون‌شده موسوم‌اند.

 از جمله سنگ‌های دگرگونی می‌توان ماربل، گنــایس، سنگ لوح، كوارتزیت و الماس را نام برد. از آنجایی كه این سنگ‌ها در زیرزمین و دور از چشم ما و در زمانی بسیار طولانی به وجود می‌آیند، مطالعه روی آن‌ها كمی دشوارتر از مطالعه سنگ‌های آذرین و رسوبی است. با این وجود، مطالعات بسیاری در مورد انواع سنگ‌های دگرگونی و نحوه تشكیل آن‌ها صورت گرفته است.

 

جورج بارو با بررسی زمین‌شناسی سنگ‌های دگرگونی در اسکاتلند، نشان داد که سنگ‌های دگرگونی این مناطق یک تغییر تدریجی در بافت و ترکیب کانی‌شناسی دارند و نتیجه این مطالعات باعث کشف زون دگرگونی تدریجی گردید. بررسی زون های مختلف کانی‌های دگرگونی در نواحی مختلف توسط تیلی (1925)، هارکز (1932) و بارس (1936) صورت گرفت ولی در هیچ‌کدام از این مطالعات مسئله پیوند بین فرایندهای زمین‌شناسی و فرایندهای دگرگونی تدریجی به دقت مورد نظر قرار نگرفت.

 انواع دگرگونی

دگرگونی دینامیکی یا دگرگونی کاتاکلاستیک:

دگرگونی کاتاکلاستیک مربوط به تغییر شکل مکانیکی است. مثلاً زمانی که دو بلوک سنگی در یک زون گسلی از کنار هم عبور می‌کنند، این نوع دگرگونی رخ می‌دهد. بر اثر لغزشی که در زون گسلی روی می‌دهد و بر اثر اصطکاک ایجادشده، گرما تولید می‌شود. سنگ‌ها در این قسمت خرد و ساییده می‌شوند. دگرگونی کاتاکلاستیک چندان معمول نیست و اغلب در زون های باریکی که در آن‌ها لغزش روی می‌دهد، اتفاق می‌افتد.

 دگرگونی مجاورتی یا دگرگونی حرارتی:

دگرگونی مجاورتی در نزدیکی توده‌های نفوذی رخ می‌دهد. دگرگونی مجاورتی با دمای بالا همراه است و این گرما از توده‌های نفوذی حاصل می‌شود. از آنجایی که محدوده کوچکی از اطراف توده نفوذی تحت تأثیر قرار می‌گیرد، دگرگونی مجاورتی محدود به یک زون کوچک است که به آن هاله دگرگونی گفته می‌شود. خارج از محدوده هاله دگرگونی، دگرگونی اتفاق نمی‌افتد.

 دگرگونی ناحیه‌ایی:

این نوع دگرگونی در محدوده وسیعی اتفاق می‌افتد و میزان تغییر شکل در آن بسیار است؛ بنابراین، دگرگونی ناحیه‌ایی سبب تشکیل شدن سنگ‌های دگرگونی با فولیاسیون بالا می‌شود. این سنگ‌ها شامل اسلیت ها، شیست ها و گنیس ها هستند. به عنوان مثال، زمانی که صفحه‌ی دو قاره با یکدیگر برخورد می‌کنند، فشاری بر سنگ‌ها وارد می‌شود. سنگ‌های دگرگونی ناحیه‌ایی در مرکز مناطق کوه زایی تشکیل می‌شوند. فشار باعث چین‌خوردگی شده و سبب افزایش ضخامت پوسته می‌گردد. چین‌خوردگی و ضخیم شدگی سنگ‌ها، آن‌ها را به سمت اعماق با فشار و دمای بالا سوق می‌دهد.

 دگرگونی انباشتی یا دگرگونی استاتیک:

زمانی که سنگ‌های رسوبی در اعماق چند صد متری دفن می‌شوند، دماهای بیشتر از 300 درجه سانتی‌گراد ایجادشده و کانی‌های جدید تشکیل می‌شوند؛ اما به نظر می‌‌رسد که سنگ‌ها دگرگون نمی‌شوند. عمده‌ترین کانی‌هایی که در دگرگونی دفنی تولید می‌شوند، زئولیت ها هستند. دگرگونی دفنی بسیار شبیه دیاژنز بوده و از لحاظ افزایش دما و فشار با درجات دگرگونی ناحیه‌ایی قابل مقایسه است.

 دگرگونی زیر کف اقیانوس‌ها دگرگونی هیدروترمال یا دگرسانی هیدروترمال:

این نوع دگرگونی نتیجه جریان سیال‌های داغ و فعال شیمیایی در داخل سنگ‌هاست و باعث دگرگونی درجه پایین و تشکیل شدن سرپانتین و اسکارن می‌شود.

 دگرگونی اصابتی یا دگرگونی ضربه‌ای:

این نوع دگرگونی زمانی اتفاق می‌افتد که شهاب‌سنگ‌ها با سرعت بالای خود به سنگ‌ها برخورد می‌کنند و باعث شوک حرارتی و فشاری شدید در سنگ می‌شوند.

 

 

 

 

 

اقسام فابریک‌های دگرگونی

* سنگهایی که فاقد جهت یافتگی برتر می‌باشند.

* سنگهایی که دارای جهت یافتگی برتر و شخصی هستند.

اقسام رخساره‌های دگرگونی

* رخساره‌های دگرگونی مجاورتی

* رخساره‌های دگرگونی بر اثر وزن یا رخساره‌های ترفینی

* رخساره‌های دگرگونی ناحیه‌ای

روش های شناسایی سنگهای دگرگونی

فرآیند دگرگونی دارای فاکتورهای فشار و حرارت هستند .

شاخص دگرگونی :

.1. شیستوزیته ← کانی های دارای خاصیت تورق یا سنگهای دارای خاصیت کلیواژ در جهت محور B در اثر دگرگونی حرارتی و دفنی تبدیل به شیست می شوند مانند میکا شیست . رس شیست . شیل ← سیلت ← شیست . کانی های رس نیز بعلت پولک پولک بودن در اثر حرارت ذوب شده وبه سنگ حالت درخشندگی می دهند .

.2. گنایس شدن ← کانی های تیره ، کانی های روشن را به صورت ابرو و چشم احاطه می کنند .

نکته مهم : در فرآیند دگرگونی به طور کلی کانی ها جهت دار می شوند .

 

 

تشخیص سنگهای دگرگونی :

کلریت شیست . میکا شیست ( کانی هایی که دارای خاصیت تورق هستند در اثر شیستوزیته مانند برگ های خشک پائیزی چسبیده بر صفحه کاغذ مشاهده می شوند = برگواره)

سیلت – اُنیکس ( سنگ مادر کلسیت متبلور است که در اثر فشار زیاد و حرارت کم به اُنیکس تبدیل می شود ← یک پلیمرف کلسیتی)

مرمر ( کلسیت متبلور در اثر دگرگونی به مرمر تبدیل می شود)

مرمرنواری ( سنگ آهک متبلور در فرآیند دگرگونی مجاورتی (حرارتی) تبدیل به مرمر نواری می شود ، بطوری که کانی های تیره مانند یک نوار دور سنگ را فرا می گیرد .)

آراگونیت ( که برخی آن را جز سنگ دگرگونی قرار می دهند)

کوارتزیت ( یک سنگ مانند ماسه سنگ در اثر دگرگونی دفنی بسیار متراکم و سنگین می شود و تبدیل به کوارتزیت می شود)

سرپانتینیت (که در اثر هوازدگی شدید اولیوین به وجود می آید)

گرونا (که یک کانی دگرگونی قرمز رنگ و سطح بلور آن در سنگ مانند دانه انار است در اثر شیستوزیته به گِره در می آید و معمولاً همراه با شیست ها است . )

مرمریت (سنگ آهک متبلور دگرسان می شود به مرمر تبدیل می شود آنگاه در حوضه رسوبی قرار می گیرد و فرآیند دیاژنز در آن جاری می شود و تبدیل به مرمریت می شود .)

 نمونه‌ایی از سنگ‌های دگرگونی

سنگ ماربل:

سنگ ماربل بر اثر دگرگون شدن سنگ آهک یا دولومیت ایجاد می‌شود. ماربل اغلب دارای بلورهای درشت است که وجه تمایز آن با سنگ‌های کربناتی رسوبی می باشد. کانی اصلی تشکیل‌دهنده‌ی اغلب ماربل‌ها، کلسیت است؛ البته دارای کانی‌هایی مانند کوارتز، گرافیت، هماتیت، لیمونیت، پیریت و چند كانی دیگر نیز هستند. در ایران، در برابر کلمه ماربل به اشتباه از واژه مرمر استفاده می‌شود. در حقیقت ماربل یک سنگ دگرگونی است، اما سنگی که برای تجارت در ایران به عنوان مرمر شناخته می‌شود معادل واژه اونیکس ماربل بوده و عبارت است از یک سنگ لایه لایه نیمه شفاف و ریزبلور (متشكل از کلسیت)

 

سنگ لوح:

سنگ‌های دگرگونی

یک نوع سنگ از دگرگونی آرژیلیت، شیل و در موارد خاصی از سنگ‌های آذرین خیلی ریزبلور - نظیر توف‌ها - به وجود آمده است. ارزش اقتصادی این سنگ به طور اهم به وجود صفحات جدایش، که کلیواژ نامیده می‌شود، بستگی دارد. این خاصیت در سنگ‌های لوح متفاوت است. برخی از آن‌ها را می‌توان به سادگی به صفحات نازک تقسیم کرد و در برخی دیگر این کار، خیلی به دشواری صورت می‌گیرد. یخبندان اثر خیلی بدی روی قابلیت جدایش لایه‌ها دارد، لذا سنگ را باید در معدن تا تازه است استخراج کرد.

 

 

 

کوارتزیت:

کانی اصلی این سنگ را کوارتز تشکیل می‌دهد. گاهی اوقات به طور ناچیز میکا، فلدسپات، آپاتیت و گارنت نیز در آن دیده می‌شود. رنگ کوارتزیت معمولاً سفید و اگر ناخالصی داشته باشد، رگه‌هایی از خاکستری در آن دیده می‌شود، که معمولاً ناشی از دگرگون شدن ماسه‌سنگ‌های کوارتزیتی است. این سنگ از مقاومت نسبتاً خوبی برخوردار بوده و جهت استفاده برای کف و پله، به کار می‌آید.

کوارتزیت (به آلمانی[۱)Quarzit) نوعی سنگ دگرگون و بسیار سخت است. این سنگ از دگرگونی ماسه‌سنگ در اثر فشار و گرمای بسیار بالای لایه‌های زمین بوجود آمده‌است.کوارتزیت خالص معمولا به رنگ‌های سفید تا خاکستری است. در صورتی که در آن اکسیدهای آهن Fe۲O۳نیز وجود داشته باشد، به رنگ‌های صورتی تا قرمز دیده می‌شود. رنگ‌های دیگری از کوارتزیت مانند زرد و نارنجی نیز وجود دارد که به دلیل وجود دیگر ناخالصی‌ها است.

هنگامی که ماسه‌سنگ به کوارتزیت دگرگون می‌شود دانه‌های کوارتز که در آن وجود داشته به همراه مواد سیمانی که پیش از این در ماسه‌سنگ وجود داشت، دوباره بلوری می‌شود و بلورهای جدید کوارتز، تکه تکه به هم پیوند می‌خورند. بیشتر یا همهٔ بافت پیشین ماسه‌سنگ و ساختار رسوبی آن در اثر دگرگونی کاملا پاک می‌شود و ساختار جدید جایگزین آن می‌گردد. در طول فرایند دگرگونی و دوباره بلوری شدن تنها مقدار کمی از مواد سیمانی مانند اکسید آهن، کربنات و رس منتقل می‌شود و رگه‌هایی از آن‌ها بر روی کوارتزیت باقی می‌ماند.

اورتوکوارتز، یک ماسه‌سنگ کوارتزی بسیار خالص است که معمولا از دانه‌های گرد و خوب کوارتز تشکیل شده‌است. حدود ۹۹٪آن از سیلیس یا SiO۲و مقدار بسیار کمی از آن از اکسید آهن و برخی کانی‌های مقاوم مانند زیرکن، روتیل و مگنتیت تشکیل شده‌است. با وجود این نمونه‌هایی از کوارتزیت پیدا شده که بعد از دگرگونی همچنان ردّ پای فسیل‌ها و ساختار رسوبی در آن‌ها باقی مانده بود.

کوارتزیت در برابر هوازدگی شیمیایی بسیار مقاوم است، معمولا بالای تپه‌ها و پشته‌ها از این سنگ تشکیل شده‌است. بر روی سطحی که سیلیسیم خالص وجود دارد مقدار کمی خاک تشکیل می‌شود، در نتیجه بر روی بالای پشته‌ها معمولای خاک کمتری وجود دارد و پوشش گیاهی خیلی کم است یا اصلا وجود ندارد.

کاربرد کوارتزیت

به دلیل سختی زیاد و تیزگوشه بودن آن‌ها معمولا در پارسنگ کف راه‌های آهن کاربرد دارندهمچنین به عنوان سنگ نمای ساختمان‌ها و پوشش دیوارها، کف زمین، روی سطح راه پله و یا کاشی بام مورد استفاده قرار می‌گیرند. گاهی از کوارتزیت‌های شکسته در راه‌سازی نیز استفاده می‌شوداز کوارتزیت‌های خالص در تولید فروسیلیکن (آلیاژ سیلیسیم و آهن)، سیلیسیم صتعتی، سیلیس و کاربید سیلیسیم استفاده می‌شود.در طول دورهٔ سنگی از کوارتزیت به عنوان چخماق استفاده می‌شده‌است.

تشکیل کوارتزیت

در آمریکا، کوارتزیت در پنسیلوانیا، شرق داکوتای جنوبی، مرکز تگزاز،جنوب غرب مینه‌سوتا،تپه‌های بارابو، پارک ملی دریاچه ی دویل در ویسکانسین،در یوتا نزدیک شهر دریاچه شور (به انگلیسی: Salt Lake City)، در معدن مس مورنسی در آریزوناو ... یافت می‌شود. همچنین شهری در آمریکا به نام کوارتزسایت وجود دارد که نامش را از کوه‌های اطراف که معدن کوارتزیت است گرفته‌است.

همچنین در انگلستان، کانادا (در بریتیش کلمبیا) و در ایران در استان فارس معادن کوارتزیت یافت می‌شود.