Введение

Курс лекций «Петрография» представляет собой совокупность отдельных лекций, объединенных в учебные модули, разбитых на темы и полностью освещающих содержание учебной дисциплины. Цель курса лекций - организация самостоятельной работы студентов по овладению теоретическим материалом. Тематика и объем материала курса лекций соответствуют учебной программе и требованиям Государственного образовательного стандарта.

Петрография или петрология – это наука о горных породах. Она является наукой геологического цикла, поскольку углубляет и детализирует изучение земной коры, так же как и другие геологические науки. Петрография на современном уровне развития не ограничивается определением и описанием горной породы, а выясняет зависимость всех ее свойств от процесса образования. В современной, особенно зарубежной, литературе термином петрография обозначают только описательную часть науки о породах (πετρος – камень, скала; γραφω – описываю, пишу), а генетическую часть называют петрологией (λογος – учение, слово). В русскоязычной литературе обычно термины петрология и петрография рассматривают как синонимы.

Горная порода – это естественный агрегат минералов, возникший в результате определенного геологического процесса и являющийся, поэтому, геологически самостоятельной частью земной коры. Горные породы слагают геологически самостоятельные тела, характеризующиеся определенными формами и условиями залегания. Каждая горная порода имеет определенный состав и внутреннее строение, и это зависит от того, что она продукт определенного геологического процесса. Не всякий агрегат является горной породой, а только естественный, природный. Все искусственные агрегаты, полученные в результате человеческой деятельности (цемент, шлаки, керамика, мусорные свалки и т.д.) нельзя считать горной породой. Кроме того, горной породой является только такой естественный агрегат минералов, который представляет собой конечный продукт определенного, уже совершившегося геологического процесса. Современные осадки (песок, ил в руслах рек, на дне конечных водоемов стока), почва, лед, снег на поверхности земли и другие объекты, являющиеся продуктами незаконченных, еще совершающихся в настоящее время геологических процессов, тоже не могут относиться к горным породам. Однако тот же песок, лед и т.д., если он залегает в виде слоя внутри земной коры и представляет, таким образом, ее часть, уже является горной породой, так как в этом случае песок уже будет продуктом совершившегося, законченного геологического процесса.

Не всякий естественный агрегат минералов и внутри земной коры является горной породой. Агрегаты минералов рудных, кварцевых или кальцитовых жил гидротермального происхождения не относятся к горным породам, поскольку они в некоторой степени случайные образования. В каждом месте процесс их образования имеет свои особые черты, и поэтому состав и строение минерального агрегата в разных жилах может существенно различаться. Определенная горная порода всегда имеет определенные, до некоторой степени постоянные особенности, независимо от того, где она встречается. Этого нельзя сказать о рудных, кварцевых или кальцитовых жилах. Не являются горными породами и случайные выполнения различным материалом пустот, трещин в земной коре, так как они в каждом случае будут различными. Горная порода это всегда твердая часть земной коры. Нефть, подземные воды, природный газ не относятся к горным породам, даже если они образуют сплошные массы между слоями горных пород.

Существует четкое различие между понятиями «горная порода», «руда» и «полезное ископаемое», хотя и противопоставлять эти понятия тоже нельзя. Горная порода это геологическое понятие, полезное ископаемое и руда – понятие экономическое. С геологической точки зрения полезное ископаемое это тоже горная порода, но только такая, которая в данное время может быть использована. С экономической точки зрения «полезному ископаемому» или «руде» может быть противопоставлена «пустая горная порода».

Поскольку содержание понятия «горная порода» определяется, прежде всего, геологическим процессом, в результате которого образуется каждая горная порода, необходимо рассмотреть главнейшие из этих процессов: 1) кристаллизация и отвердевание природного силикатного расплава, поступившего из глубин Земли; 2) превращение осадков в горные породы в верхней части земной коры; 3) перекристаллизация в твердом состоянии ранее существовавших горных пород любого происхождения, происходящая в земной коре в результате изменения физико-химических условий. В соответствии с этими тремя резко различными типами геологических процессов все горные породы делятся на три типа: 1) магматические (изверженные), образовавшиеся в результате кристаллизации природного расплава; 2) осадочные, образовавшиеся из осадков и 3) метаморфические, образовавшиеся при перекристаллизации в твердом состоянии в земной коре.

Несмотря на существенное различие между перечисленными тремя типами геологических процессов нельзя провести четких границ между тремя типами горных пород. Во-первых, магматические и осадочные породы очень часто бывают метаморфизованными. Во-вторых, в образовании некоторых осадочных (вулканогенно-осадочных) пород большую роль играют магматические процессы. В-третьих, при образовании метаморфических пород на большой глубине иногда происходит расплавление первичных пород, что приводит к наложению на метаморфические процессы явлений магматического характера.

Кроме перечисленных типов горных пород существует еще одна специфическая группа, возникающая в результате удара космических тел об поверхность Земли. Это импактиты (от английского impact – удар).

В настоящее время петрография разделяется на три направления: а) петрология магматических пород; б) литология или петрография осадочных пород и в) метаморфизм, то есть петрография метаморфических пород.

Прежде чем приступить к первому разделу – петрографии магматических пород, необходимо рассмотреть общие задачи петрографии и главные методы, применяемые при изучении всех горных пород. Петрография должна изучать: 1) вещественный состав горной породы; 2) внутренне строение (текстуру и структуру) породы; 3) формы и геологические условия залегания пород; 4) процессы образования каждой породы и зависимость всех ее свойств и условий залегания от этих процессов.

Горные породы изучаются, во-первых, как геологические тела на месте своего залегания и, во-вторых, как минеральные агрегаты в лаборатории. Полевые исследования включают в себя наблюдения за условиями залегания горных пород, формой и размерами сложенных ими тел, их трещиноватостью, контактами и взаимоотношениями разных пород друг с другом. В лабораторных условиях горные породы исследуются аналитически в образцах и шлифах. Главным методом изучения их является кристаллооптический метод. С помощью поляризационного микроскопа можно диагностировать породы, выявлять особенности и количественные соотношения минералов, а также внутреннее строение пород. Применение столика Е.С. Федорова позволяет определять точный состав породообразующих минералов, а также исследовать тонкие структурные особенности пород. Вещественный состав горных пород изучается с помощью методов химического и спектрального анализа. Для исследования отдельных минералов применяются термический, рентгено-структурный, электронно-микроскопический и другие методы. Для определения абсолютного возраста пород применяется масс-спектрометрический, термолюминесцентный и другие методы.

Современная петрология имеет следующие направления развития.

1. Структурная петрология, изучающая состав и строение горной породы.

2. Петрохимия исследует химический состав породы.

3. Экспериментальная петрология путем эксперимента и теоретических исследований ищет общие физико-химические законы образования горных пород.

4. Петрофизика с помощью геофизических методов исследует внутреннее строение оболочек Земли.

5. Формационный анализ имеет целью изучение природных ассоциаций горных пород и связанного с ними комплекса полезных ископаемых.

Объектом петрологии является изучение изменений, происходящих самопроизвольно в массах горных пород: затвердевание жидких магм, частичное или полное расплавление твердых пород, физические и химические превращения, испытываемые осадочными породами. Следовательно, петрология изучает процессы течения вещества, движения ионов, атомов, молекул и целых кристаллов внутри породы, через нее или вне ее, а также переходы той или иной части породы из одной фазы в другую или изменение положении я одной и той же фазы. До настоящего времени лабораторные эксперименты не в состоянии дать ясной полной картины того, что происходит в земной коре. Поэтому необходимо прибегнуть к общим основным законам термодинамики, показывающим, что возможно, а что невозможно, а также определяющим пути развития процесса. Эти общие законы управляют всеми превращениями, поэтому нет никакого сомнения, что им должны подчиняться и массивные горные породы. Таким образом, первая задача состоит в том, чтобы выразить эти законы в подходящей для петрологии форме.

Термодинамика исходит из двух (первого и второго) законов, которые справедливы во всех случаях. Их действием определяются условия равновесия и химический потенциал системы.