Тема 2. Характерные особенности и классификация магматических пород Лекция 5. Вещественный состав магатических горных пород

Изучение вещественного состава горных пород является одной из главнейших задач петрологии. Вещественный состав горной породы так же, как и любого природного агрегата минералов, должен быть охарактеризован с двух точек зрения. Во-первых, необходимо выяснить, из каких химических элементов состоит данная горная порода, то есть определить ее валовый химический состав и, во-вторых, необходимо выяснить, в каких соединениях находятся эти элементы, из каких минералов состоит горная порода, то есть определить ее минералогический состав. Конечно, минералогический состав зависит от валового химического состава. Зная химический состав горной породы, приблизительно можно представить себе, из каких минералов она состоит. В то же время, если известен количественно-минералогический состав, то есть относительное количество каждого минерала в горной породе, то мы имеем некоторое представление о ее химическом составе. Вследствие непостоянства химического состава большинства минералов, и поскольку в состав некоторых горных пород входит вулканическое стекло самого различного состава, изучение вещественного состава магматических пород распадается на две задачи: а) изучение химического состава и б) изучение минералогического состава.

5.1. Химический состав магматических горных пород

Изучение химизма горных пород является предметом петрохимии. Этот раздел петрологии изучает как химический состав отдельных горных пород, так и химический состав естественных комплексов горных пород.

Химический состав дает наиболее полное представление о присутствии или отсутствии тех или иных элементов в горной породе. Некоторые редкие элементы входят в состав обычных минералов в качестве изоморфной примеси, и присутствие их не может быть установлено без химического анализа.

Для неполнокристаллических магматических пород, содержащих вулканическое стекло, химический состав является единственной характеристикой вещественного состава.

Представление о химическом составе даю результаты полного количественного анализа. Все магматические породы состоят, в сущности, только из девяти элементов: кислорода, кремния, алюминия, железа, магния, кальция, натрия, калия и водорода. Эти элементы составляют естественную группу, занимают определенное место в периодической таблице Д.И. Менделеева, то есть характеризуются определенными свойствами строения атома и некоторыми общими химическими свойствами. Их принято называть петрогенными или породообразующими элементами, в отличие от металлогенных элементов (медь, свинец и т.д.), входящих в состав руд. Петрогенные элементы составляют до 99% земной коры.

Обычно результат химического количественного анализа представляется в виде процентного содержания оксидов, сумма которых составляет 100%. SiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃, FeO, MgO, CaO, Na₂O, K₂O, H₂O в сумме в среднем составляют обычно 98%. TiO₂, MnO, P₂O₅ и CO₂ – около 1-1,5%, а остальные оксиды всегда менее 0,5%.

Магматическая горная порода не может иметь произвольный химический состав: во-первых, она всегда состоит из нескольких петрогенных элементов и, во-вторых, содержание любого их этих элементов колеблется в определенных пределах.

Представление о среднем содержании петрогенных элементов в магматических породах можно получить из среднего арифметического, вычисленного из всей совокупности химических анализов магматических пород. Средние содержания соответствующих оксидов показаны в таблице 5.1, где показаны также их минимальные и максимальные содержания.

Таблица 5.1

Содержание петрогенных оксидов в магматических породах

Оксиды	Содержание петрогенных оксидов
	Среднее	Минимальное	Максимальное
SiO2	59,12	24	80
Al2O3	15,34	0	20
Fe2O3	3,08	0	15
FeO	3,80	0	15
MgO	3,49	0	30
CaO	5,08	0	17
Na2O	3,84	0	14
K2O	3,13	0	13

Как видно из таблицы, не может быть магматической породы с содержанием SiO₂ меньше 24% и больше 80%. Минимальное содержание SiO₂ характерно для мономинеральных оливиновых пород, которые одновременно содержат максимальное количество MgO (39%). С уменьшением количества кремния, алюминия, натрия и калия, увеличивается содержание железа и магния.

Содержание SiO₂ в магматических породах уже более 150 лет тому назад положено в основу классификации этих пород. Отсюда произошло название «кислые» породы - содержащие большое количество SiO₂ и «основные» - содержащие большое количество оснований (CaO, FeO, MgO и т.д.).

Все магматические породы в отношении содержания кремнезема обычно разделяются на кислые (более 65% SiO₂), средние (53-65% SiO₂), основные (44-52% SiO₂) и ультраосновные менее 44% SiO₂). Дополнительно различают «пересыщенные», «насыщенные» и «ненасыщенные» кремнеземом породы. В пересыщенных должен присутствовать избыток SiO₂ в виде кварца и не могут быть, также как и в «насыщенных», такие минералы, как оливин, нефелин и лейцит. В «ненасыщенных» породах нет кварца.

Химизм магматических пород характеризуется еще и отношением Na₂O+K₂O/Al₂O_3. Если оно меньше единицы, значит, часть Al₂O₃ вместе с частью CaO входит в состав плагиоклазов. Такие породы называются известково-щелочными (нормальными). Если это отношение больше единицы, значит, избыток щелочей входит в состав цветных минералов. Такие породы называют щелочными.