Магматические горные породы

Магматические горные породы наряду с метаморфическими слагают основную массу земной коры, однако на современной поверхности материков области их распространения сравнительно невелики. Важнейшая особенность магматического процесса - кристаллизация минералов из магмы - жидкого силикатного расплава - при понижении температуры (температура колеблется от 1200° до 700°С, давление составляет от 5500 до 500 бар). Здесь образуются те минералы, которые слагают магматические горные породы. Минералы магматических пород разделяются по происхождению на первичные (магматические) и вторичные. Первичные минералы образуются в результате кристаллизации из магматического расплава. Вторичные минералы всегда образуются за счет первичных в последующие этапы существования горных пород. Типичными процессами вторичного минералообразования являются серпентинизация, хлоритизация, серицитизация, каолинизация и другие.

В зависимости от условий, в которых происходило застывание магмы, магматические породы делят на ряд групп: породы глубинные, или интрузивные, образовавшиеся при застывании магмы на глубине, и породы излившиеся, или эффузивные, связанные с застыванием магмы, излившейся на поверхность, т.е. лавы. Среди интрузивных пород выделяют ряд разновидностей по глубине застывания магмы, а также жильные породы, связанные с застыванием магмы в трещинах. К вулканическим породам, кроме излившихся, относятся пирокластические, представляющие скопление выброшенного при вулканических взрывах и осевшего на поверхность материала - куски застывшей в воздухе лавы, обломки минералов и пород.

Физико-химические условия застывания магмы на глубине и лавы на поверхности различны, соответственно, различны и образующиеся при этом породы. Наиболее резко это выражается в структуре пород. На глубине при медленном застывании магмы в условиях постепенного снижения температуры и давления, в присутствии летучих компонентов, способствующих кристаллизации, образуются породы с полнокристаллической структурой. Размеры кристаллических зерен зависят от свойств магмы, режима охлаждения, скорости кристаллизации. Излившаяся на поверхность лава попадает в иные условия температуры и давления, теряет растворенные в ней газы и застывает или в виде аморфной массы, имеющей стекловатую структуру, или образует микрокристаллическую массу, т.е. афанитовую структуру. У излившихся пород встречается также порфировая структура, кристаллические вкрапленники которой и основная некристаллическая масса возникли в разных условиях и разновременно.

Интрузивные породы обладают массивной текстурой, характеризующейся отсутствием ориентировки минеральных зерен. Реже встречается ориентированная текстура, отражающая движение магмы в процессе застывания, а также результат ее гравитационной дифференциации. В эффузивных породах ориентированная текстура возникает чаще. При этом кристаллические зерна, струи стекла, пустоты располагаются упорядоченно по направлению течения потока лавы, и породы приобретают флюидальную текстуру. Для них характерна также пористая текстура, отражающая процесс выделения газов при застывании лавы.

Определение эффузивных пород по минеральному составу сильно затруднено главным образом тем, что значительная их часть состоит из нераскристаллизовавшегося вулканического стекла, для которого можно говорить лишь о химическом составе. Определение таких пород также затрудняют и более поздние их изменения. В случае порфировой структуры эффузивных пород пользуются терминами «порфир», если кристаллические вкрапленники представлены преимущественно калиевыми полевыми шпатами, и «порфирит», если во вкрапленниках преобладают плагиоклазы.

В основе классификации магматических горных пород лежит их химический состав. Учитывается, прежде всего, содержание оксида кремния, по которому магматические породы условно делят на четыре группы кислотности:

• ультраосновные породы, содержащие более 45% кремнезема (SiO₂);

• основные - от 45 до 52 % кремнезема (SiO₂);

• средние – от 52 до 65 % кремнезема (SiO₂);

• кислые - более 65% кремнезема (SiO₂).

Химический состав может быть определен лишь при лабораторных исследованиях. Однако минеральный состав отражает химический и может быть использован для выяснения группы кислотности. Породообразующими минералами магматических пород являются минералы класса силикатов: кварц, полевые шпаты, слюды, амфиболы, пироксены, которые в сумме составляют около 93% всех входящих в магматические породы минералов, затем оливин, фельдшпатоиды, некоторые другие силикаты и около 1% минералов других классов. Вспомнив химический состав этих минералов, нетрудно убедиться, что в более основных породах должны преобладать цветные (темноцветные), менее богатые кремнеземом железисто-магнезиальные (мафические, или фемические) минералы, а в кислых - преимущественно светлые. Такое соотношение цветных и светлых минералов обусловливает светлую окраску кислых пород, более темную - основных и черную - ультраосновных. С этим же связано увеличение плотности пород от кислых (2,58) к ультраосновным (до 3,4).

Среди средних магматических горных пород по отношению кремнезема (SiO₂) и щелочей (K₂O, Na₂O) можно выделить, в свою очередь, два ряда: нормальный ряд пород, характеризующийся относительно малым содержанием щелочей, и щелочной ряд с повышенным их содержанием. В земной коре преобладают породы нормального ряда. Горные породы щелочного ряда образуют отдельную группу, которая характеризуется значительным содержанием щелочей (до 20%) и несколько меньшим содержанием кремнезема по сравнению со средними горными породами (40-55%). Ассоциации минералов при этом будут различными (табл.1).

Таблица 1

Ассоциации минералов магматических пород

Химический состав	Название	Главные породо-образующие минералы	Второстепенные минералы	Вторичные минералы
Ультраосновные	дуниты, перидотиты, пироксениты, пикриты	оливин, пироксены ромбические и моноклинные	титано-магнетит, ильменит, хромит, сульфиды Fe и Ni	серпентин, асбесты, хлорит, тальк, магнезит
Основные	габбро, базальты	основные плагиоклазы, пироксены (моноклинные)	оливин, роговая обманка, биотит, титано-магнетит, апатит	серпентин, хлорит, эпидот
Средние	диорит, андезит, сиенит, трахит	средние плагиоклазы, роговая обманка	биотит, пироксены, калиевый полевой шпат	альбит, серицит, каолинит, хлорит, карбонаты
Кислые	граниты, риолиты (липариты)	калиевый полевой шпат, кварц, кислый плагиоклаз	апатит, циркон, магнетит	серицит, каолинит, хлорит
Щелочные	нефелиновые сиениты, фонолиты	нефелин, щелочные полевые шпаты, эгирин	щелочные амфиболы, биотит, сфен, апатит, магнетит, циркон	цеолиты, карбонаты

В табл. 2 помещены наиболее распространенные интрузивные и эффузивные породы (правая часть таблицы) и указаны их характерные признаки, позволяющие наметить путь определения пород.

1. В вертикальных графах I-IV выделены группы пород по кислотности: I - кислые, II - средние, III - основные и IV – ультраосновные. В нижней части таблицы для каждой из групп указаны главные породообразующие минералы - светлые и цветные. Минералы расположены сверху вниз от более характерных для данной группы к менее характерным. Определение принадлежности породы к той или иной группе кислотности производится по минеральному составу, отношению светлых и цветных минералов и плотности.

2. Кислые породы подразделены на две подгруппы. К первой (графа 1,а) относятся породы, в которых преобладают калиевые полевые шпаты, ко второй (графа 1,б) - породы преимущественно с плагиоклазами. Макроскопически далеко не всегда удается определить, какой полевой шпат преобладает в породе, особенно при рассмотрении эффузивных пород. В этом случае точное определение породы может быть произведено только при микроскопическом исследовании или с помощью химического анализа.

3. В каждой группе выделяется два горизонтальных ряда, соответствующих условиям образования породы - эффузивные породы (сверху) и интрузивные (снизу). Определение текстуры (графа 3) и структуры (графа 4) позволяет отнести породы к тому или иному ряду.

В графе 2 указаны формы залегания, характерные для интрузивных и эффузивных пород.

Таблица 2