МЕТАМОРФИЧЕСКИЕ ПОРОДЫ

Распространение сланца

В производстве аспидных сланцев в США главную роль играют два района на востоке страны: регион в округах Ли- хай и Нортгэмптон в восточной Пенсильвании, а также узкий пояс, протягивающийся через восточную часть штата Нью- Йорк и западный Вермонт. В 1957 г. на долю этих двух районов приходилось около 75% стоимости всей продукции аспидных сланцев в США. Менее важное значение имеют месторождение Монсон в центральном Мэне, район Пич-Боттом на границе Пенсильвании и Мэриленда, округ Бакингем в центральной Виргинии и мелкие месторождения в Арканзасе, Калифорнии, Джорджии и Северной Каролине,

Район Бангор — Пен-Аргайл, Пенсильвания

Значительное количество серых аспидных сланцев добывается в районе, расположенном в окрестностях городов Бангор и Пен-Аргайл в округе Нортгэмптон, восточная Пенсильвания (Behre, 1927, 1933). Этот район представляет собой холмистую местность, ограниченную с северо-запада протяженным горным хребтом Блу-Маунтин, а с северо-востока и юго-востока рекой Делавэр. Непосредственно к юго-западу от рассматриваемого района расположены месторождения аспидных сланцев в окрестностях Слейтингтона в округе Лихай.

Аспидные сланцы приурочены к формации Мартинсберг (средний и верхний ордовик). Эта формация подстилается среднеордовикскими известняками формации Джэксонберг, представляющими важный источник цементного сырья; эти известняки описаны ниже (стр.242). Сланцевая толща с угловым несогласием перекрывается формацией Тускарора, представленной кварцитовыми конгломератами (нижний силур), которые слагают также горы Блу-Маунтин. Формация Мартинсберг подразделена в описываемом районе на три толщи. Нижняя толща мощностью 500 футов сложена кварцевыми песчаниками, песчанистыми и серицитовыми аспидными сланцами, причем серицитовые сланцы, называемые твердыми сланцами или твердыми пластами (Hard vein), разрабатываются в небольших масштабах. Средняя толща мощностью 4200 футов представлена кварцевыми песчаниками, содержащими ископаемые организмы, и пачками тонко переслаивающихся песчаников и аспидных сланцев. Верхняя толща формации мощностью около 2600 футов — главный источник аспидных сланцев — состоит из чередующихся пластов аспидных сланцев и кварцевых песчаников. Мощность пластов аспидных сланцев достигает 20 футов, а песчаников — 15 футов. Сланцы этой толщи, во многих случаях менее кремнеземистые по сравнению со сланцами нижней толщи, обладают тонкозернистым строением и легко расщепляются на пластинки. Они называются мягкими сланцами или мягкими пластами (soft vein).

Установление детальной стратиграфической последовательности в верхней толще формации Мартинсберг представило большие трудности в связи с тем, что эти породы смяты в сложные складки. В качестве маркирующих пластов была принята пачка темных, обогащенных органическим веществом «ленточных» сланцев и светлых голубовато-серых сланцев, лишенных органических примесей, которые разделяются песчаными пластами. При выявлении ключевых зон использовались также и практически интересные мощные пласты сланцев, получившие название «больших». Верхняя толща формации Мартинсберг подразделяется на две подтолщи: нижнюю— Бангор и верхнюю — Пен-Аргайл, причем каждая из них содержит еще более мелкие подразделения.

Промышленные пласты сланцев участвуют в строении моноклинальной толщи с общим северо-западным падением, но осложненной многочисленными причудливыми складками. Относительно устойчивое общее простирание пород имеет азимут около 60° СВ. Общая структура толщи установлена в результате детального изучения условий залегания пород в карьерах, а также в шоссейных и железнодорожных выемках. Складки сильно сжаты, а их осевые плоскости располагаются более полого (почти горизонтально) в северо-восточной части района по сравнению с северо-западной и приобретают более крутое положение в пространстве в направлении к горам Блу- Маунтин, а также и по простиранию в юго-западном направлении.

Соотношения многочисленных структурных направлений позволяют предполагать, что толща, вмещающая аспидные сланцы, претерпела три импульса деформации — в позднем ордовике, в нижнем девоне и в самом конце палеозоя. В процессе наиболее раннего этапа деформаций — таконского орогенеза — формация Мартинсберг была собрана в пережатые складки и в ней развился аспидный кливаж. И складчатость, и кливаж были, видимо, усилены в результате второго, акадского этапа орогенеза, при котором ориентированное давление было направлено приблизительно так же, как и при такон- ской деформации. С другой стороны, при позднепалеозойском этапе орогенеза аспидный кливаж, очевидно, был частично искривлен и сформировались наложенные структурные элементы — ложный кливаж, сколовые зоны и мелкие сбросы.

Как показал Вудуорд (Woodward, 1957), в восточной части Пенсильвании и Нью-Йорке складки палеозойского этапа орогенеза ориентируются приблизительно в широтном направлении и секут простирание более ранней складчатости. Район месторождений аспидных сланцев Пенсильвании занимает узловой участок в региональной складчатой структуре, что объясняет, по-видимому, проявление здесь исключительно интенсивной деформации толщ. По простиранию как в северовосточном, так и в юго-западном направлении аспидные сланцы формации Мартинсберг постепенно переходят в глинистые сланцы. В выемках, ограничивающих с востока Дела- вэрский канал в штате Нью-Джерси, можно наблюдать аспидные сланцы с плохо проявленным кливажем; Дейл (Dale, 1914) описал в обнажениях вблизи ущелья реки Лихай переходы по простиранию от аспидных к глинистым сланцам в интервале около 200 футов. «Условия локализации хорошо известных аспидных сланцев... в этом частном профиле очень трудно коррелируются в отдельных выходах, что, вероятно, объясняется многократным проявлением здесь деформаций таконского, акадского и позднепалеозойского орогенеза, в которые были вовлечены ордовикские глинистые сланцы» (Woodward, 1957, стр. 1435).

Район Поултни, Вермонт

Главный район добычи цветных аспидных сланцев представляет собой пояс длиной около 50 миль при ширине 5— 10 миль, протягивающийся в меридиональном направлении вдоль границы штатов Нью-Йорк и Вермонт (Larrabee, 1939). Участок площадью около 65 кв. миль с центром в Поултни представителен для пояса в целом. Этот район расположен к западу от гор Таконик и к востоку от южного побережья озера Шамплейн вблизи северного окончания сланцевого пояса.

Развитые в районе коренные породы (Cady, 1945) представлены толщей гритов (grit — тонкозернистые кварцевые песчаники с остроугольными частицами), кварцитов, аспидных сланцев, известняков и глинистых сланцев общей мощностью около 2500 футов; возраст этих пород — от нижнего кембрия до среднего ордовика. Аспидные сланцы добываются преимущественно из кембрийской формации Меттови и ордовикской формации Норманскилл. Формация Меттови мощностью от 90 до 200 футов состоит из пятнистых и взаимно переслаивающихся зеленых и пурпурных аспидных сланцев, а также одноцветных и пятнистых серых сланцев. Присутствуют также маломощные пласты известковистых песчаников и известняковых конгломератов. Зеленые и пурпурные разновидности плохо выдержаны; они сменяют друг друга по разрезу и по простиранию часто на небольших расстояниях и даже в пределах одного карьера. Существуют сланцы нескольких оттенков каждого цвета, а также многочисленные пятнистые разновидности. Резкие изменения окраски сланцев связаны с переходом окислов железа из закисной в окисную форму, однако полностью причины этого перехода не установлены. Из формации Меттови добываются широко известные сланцы цвета морской волны и «вечнозеленого» цвета. В восточном направлении аспидные сланцы формации Меттови фациально сменяются кварцитами и филлитами гор Таконик; в связи с этим, естественно, сланцы с более тонкозернистым сложением и лучше выраженным кливажем встречаются преимущественно в западной части района.

В нескольких сотнях футов выше кровли формации Мет- тови в разрезе появляются красные аспидные сланцы формации Норманскилл. Эти сланцы обладают повышенной твердостью; местами они окварцованы; красный цвет в них может резко сменяться зеленым как по простиранию, так и по падению. Сланцы не образуют выдержанных пластов, а слагают линзы, переслаивающиеся с кварцитами, граувакками и кремнистыми породами.

Вся толща отложений собрана в сжатые складки, простирающиеся в северном направлении и опрокинутые на запад. Основные черты структуры района Поултни определяются существованием пяти узких сдавленных синклиналей. Весь разрез сдвинут в западном направлении на невыясненную амплитуду по падающему на восток надвигу Шамплейн, который прослеживается у западной границы района.

Породы района Поултни претерпели как таконский, так и акадский орогенез, но почти или совершенно не подверглись позднепалеозойским деформациям. Продуктивная сланцевая свита в этом районе значительно менее мощная и менее однородная, чем в районе Бангор — Пен-Аргайл. Здесь проявилось более интенсивное региональное сжатие, что, возможно, связано с существованием неглубоко расположенного крупного надвига; складчатость становится наиболее интенсивной и опрокинутой в северо-западной части района, где находится окончание надвинутого блока, тогда как в районе Бангор — Пен-Аргайл интенсивность складчатости нарастает в юго- восточном направлении, откуда действовали сжимающие силы.