Средние количества интрузивных и эффузивных горных пород в % от общей площади

(по С. П. Соловьеву и Р. Дэли)

	Количество пород, %
Породы	СССР	США
Интрузивные основные . . • . . щелочные Эффузивные кислые основные щелочные	48,7 2,3 0,4 13,5 35,1 0,05	35,4 4,4 (4-средние> 12,8 45,0 (+средние>

Вся земная кора может быть разделена на два типа областей — глубокие океанические впадины и континенты. Строение этих об­ластей различно: дно океа­нов сложено однотипными по составу оливиновыми ба­зальтами (океанитами), тог­да как в строении континен­тов участвуют все известные магматические горные по­роды.

Представление об отно­сительной распространенно­сти в пределах континентов главнейших типов магмати­ческих горных пород дают подсчеты, произведенные С. П. Соловьевым (1952 г.) для территории Советского Союза и Р. Дэли (1933 г.) для территории США (табл. 9). Результаты под­счетов по двум крупнейшим территориям земного шара вполне сопоставимы.

С. П. Соловьевым установлено, что самыми распространенными среди интрузивных пород в пределах Советского Союза являются граниты и гранодиориты, занимающие более 84% площади, заня­той интрузивными породами. Среди основных пород наибольшее развитие получили породы, близкие по составу к габбро (габ-броиды*). Несколько уступают им по площади перидотиты, ду-ниты и пироксениты. Диориты развиты незначительно. Щелочные интрузивные породы очень редки. Среди эффузивных образований основная масса принадлежит базальтам и затем андезитам, за­нимающим в сумме более 80% всей площади развития эффузив­ных пород. На втором месте стоят риолиты и совсем ничтожную роль играют щелочные эффузивы.

Приведенные данные имеют большое значение для установле­ния характера магматической деятельности в различных геотек­тонических зонах и в различные геологические эпохи, а также помогают подойти к правильному решению проблемы образова­ния магматических горных пород в целом.

* С П Соловьевым не учтены траппы Снбнри, занимающие площадь боле^ 1,5 млн км^г, что сильно повысит роль основных пород, особенно среди -излив­шихся

127

Глава VI происхождение магматических горных пород условия образования первичных магм

Проблема образования магматических пород тесно связана со сложнейшими проблемами происхождения магм и глубинного строения Земли.

Согласно современным представлениям, Земля имеет концен­трически-зональное строение и состоит из ядра, промежуточной

Рис 74. Схема строения земной коры (упрощенная) (по В. Е. Хаину,

1964):

/—осадочный чехол, 2 — гранитный слой, 3 — базальтовый слой. 4 — верхняя

мантня перидотитового состава 5 — верхняя мантия эклогитового состава, в —

средние мощности (в кч)

оболочки, или мантии, и внешней оболочки — коры. Последняя в свою очередь подразделяется на три слоя. Самый нижний — базальтовый (сима), выше — гранитный (сиаль) и верхний — тон­кий чехол осадочных пород (рис. 74).

Сведения о составе и строении каждой зоны или слоя далеко ке равноценны. Наиболее изученными являются доступные на­блюдению верхние части коры, тогда как данные о ее нижних горизонтах, не говоря уже о мантии и ядре, весьма проблема­тичны и базируются на результатах геофизических исследований и некоторых материалах сопредельных наук. Представления о со­стоянии и составе ядра и мантии основываются главным образом на данных сейсмологов и на материале изучения вещества метео­ритов, среди которых железные метеориты, как полагают, близки к составу ядра, а каменные (хондриты)—соответствуют составу мантии. Существует гипотеза, согласно которой вещество, сла­гающее мантию, отвечает составу либо перидотита, либо эклогита *. Не исключается гетерогенное строение мантии с обособле­ниями как перидотитовых, так и эклогитовых зон или участков.

Базальтовый слой коры, как говорит само название, состоит из пород основного состава. В пределах океанов верхняя его часть доступна непосредственному изучению: мощность базальтового слоя под океанами не превышает 5—6 км, тогда как в пределах континентов она достигает 40 км.

Гранитный слой состоит преимущественно из пород гранитного состава и различных метаморфических пород. Этот слой развит только в пределах континентов и континентальных склонов. Мощ­ность его колеблется от 10 ы в пределах платформ до 30 км в складчатых областях.

Общая мощность земной коры на платформах составляет 30—40 км, в складчатых зонах достигает 40—70 км.

В настоящее время общепризнано, что Земля в целом пред­ставляет собой твердое тело, в пределах которого периодически возникают локальные очаги первичной магмы. Согласно этой гипотезе, очаги основной и, по-видимому, ультраосновной магмы образуются в нижнем слое коры или в верхнем слое мантии на глубинах порядка 50—100 км. Очаги кислой магмы возникают в пределах гранитного слоя в основании складчатых сооружений на глубине 10—30 км. Образование очагов первичной магмы происходит, как полагают, вследствие местного повышения тем­пературы, притока глубинных растворов и других причин. Ис­точниками тепла могут явиться тепловые конвекционные потоки, обусловленные гравитационным расслоением вещества Земли, энергия распада радиоактивных элементов, энергия различных химических и структурных превращений вещества Земли и др.

Существование самостоятельных основных и кислых магм под­тверждается широким распространением соответствующих эффу­зивных пород, а также развитием определенных ассоциаций маг­матических пород, близких по химическому составу. В последнее время появляется все больше сторонников, разделяющих гипотезу А. Холмса о существовании первичной ультраосновной магмы.

ПРИЧИНЫ РАЗНООБРАЗИЯ МАГМАТИЧЕСКИХ ГОРНЫХ ПОРОД

Признание существования двух или даже трех первичных магм различного состава (кислого, основного, ультраосновного) еще не объясняет всего огромного разнообразия магматических пород, участвующих в строении земной коры. Изучение ассоциаций по­род, их петрографических особенностей, а также эксперименталь­ные исследования позволили прийти к выводу о наличии опреде­ленных физико-химических процессов, которые нарушают одно-

* Эклогит — очень плотная порода, состоящая главным образом из омфаци-та и граната. По химическому составу тождественна габбро

5 Зак 884 129

родность первичного магматического расплава, обусловливая образование различных по составу пород. Такими процессами яв­ляются дифференциация, ассимиляция и гибридизация.

Дифференциация магмы

Дифференциация магмы — это процесс разделения (фракцио­нирования) однородного первичного расплава на различные по химическому составу обособления, из которых образуются горные породы разного минерального состава. Дифференциация может происходить в магматическую стадию до появления первых кри­сталлов в расплаве — магматическая дифференциация и в про­цессе выделения кристаллов из расплава — кристаллизационная дифференциация.

В условиях магматической дифференциации предполагается существование в разделенном состоянии двух жидких, несмеши-вающихся фаз, подобно разделению (ликвации) на два слоя тя­желых и легких жидкостей, например: масла и воды или силикат­ного и рудного расплавов в металлургическом процессе. Однако экспериментальные и петрографические данные"" не подтверждают сколько-нибудь существенную роль процессов ликвации в форми­ровании значительных масс горных пород.

Главной причиной разнообразия магматических пород, по мне­нию большинства петрографов, является кристаллизационная дифференциация, реальность которой надежно доказывается как экспериментальными данными, так и петрографическими наблю­дениями. Отделение кристаллов от расплава происходит под влиянием различных причин: 1) неравномерного охлаждения магматического расплава, вызывающего диффузию вещества; 2) отжимания расплава от кристаллов под влиянием тектони­ческих сил; 3) отделения расплава от кристаллов путем филь­трации расплава во вмещающие породы; 4) отделения кри­сталлов под действием силы тяжести (гравитационное фракцио­нирование).

Процесс гравитационного фракционирования является глав­ным. При нормальном течении этого процесса происходит после­довательное обогащение различных горизонтов магматического очага минералами, соответствующими порядку реакционных се­рий Н. Боуэна. Так, если магма была основного состава, то пер­выми начнут выделяться кристаллы оливина, которые благодаря высокой плотности будут погружаться на дно магматического бас­сейна. Вслед за оливином выделяются пироксены или основные плагиоклазы, или те и другие одновременно, что зависит от коли­чественных соотношений в рдсплаве пироксеновой и плагиокла-зовой составляющих. Вслед за слоем оливиновых пород будут формироваться оливин-пироксеновые, пироксеновые и пироксен-полевошпатовые породы или даже, мономинеральные полевошпа­товые породы — анортозиты. В процессе кристаллизации состав

130

расплава будет меняться, все более обедняясь магнием и железом и обогащаясь щелочами и кремнеземом. В конечном счете, в верх­них частях остывающего очага расплав может приобрести состав, из которого начнут выделяться диориты, сиениты или даже гра­ниты.

Процесс Дифференциации может происходить как на глубине в магматическом очаге, так и в более высоких горизонтах земной коры в магматической камере. В результате дифференциации на глубине и последующего внедрения дифференциатов в верхние горизонты коры образуются многие разновидности магматических пород. Процесс дифференциации в камере in situ (на месте) при­водит к формированию весьма специфических расслоенных (псев-достратифицированных) плутонов.

Теория дифференциации была разработана Н. Боуэном (1928) и предусматривала образование всех магматических пород, вклю­чая всю массу гранитов, из одной первичной родоначальной маг­мы основного состава.

С критикой гипотезы «одной магмы» выступил Ф. Ю. Левин-сон-Лессинг, который, не отвергая значения процессов дифферен­циации для образования магматических пород, возражал против возможности формирования всех пород, близких по составу к гра­нитам (гранитоидам), за счет дифференциации основной магмы. Основываясь на расчетах, Ф. Ю. Левинсон-Лессинг показал не­возможность возникновения огромных масс гранитоидов в каче­стве конечного продукта дифференциации базальтовой магмы. Важным фактом, опровергающим идею Н. Боуэна, было также отсутствие каких-либо данных о сопряженности во времени и пространстве образования базальтовых и гранитных пород. На основании указанных наблюдений и обобщений Ф. Ю. Левинсон-Лессинг развил теорию существования двух первичных магм — базальтовой и гранитной, образующих самостоятельные очаги, в пределах которых эти магмы подвергаются дифференциации.

Ассимиляция и гибридизация

Ассимиляция — процесс полной переработки вмещающих по­род, контактирующих с магмой или попадающих в магму в виде обломков (ксенолитов). Обладая запасом тепловой и химической энергии, магма расплавляет, растворяет вмещающие породы и тем самым изменяет свой состав. Наиболее активно этот процесс осуществляется при резко выраженном отсутствии химического равновесия между магмой и посторонней породой. Например, ассимиляция основной магмой кварцево-полевошпатовых пород с образованием плагиогранитов, гранодиоритов, диоритов или кис­лой магмой — карбонатных пород с образованием пород щелоч­ного состава и т. д.

Если переработка ксенолитов происходила не до конца, то такой процесс называется гибридизацией, а возникающие породы —

5* 131

гибридными. Процесс гибридизации приводит к образованию в участках, примыкающих к ксенолитам, «загрязненных» магмати­ческих пород, по составу существенно отличающихся от пород главной части массива.

АССОЦИАЦИИ МАГМАТИЧЕСКИХ ГОРНЫХ ПОРОД

Магматические горные породы, получившие развитие в каком-либо районе, образуют не произвольные скопления, а закономер­ные ассоциации, связанные между собой во времени и простран­стве и обладающие некоторыми общими чертами химического и минерального состава. Это послужило основанием для введения в петрографию понятий о родственных сериях магматических по­род, о петрографических провинциях, магматических комплексах и магматических формациях.

Родственная серия — это совокупность магматических пород, близких по химическому и минеральному составу и генетически или парагенетически связанных между собой.

Петрографическая провинция — область (следовательно, геог­рафическое понятие), в пределах которой распространены породы какой-либо родственной серии.

Магматический комплекс — конкретная, занимающая опреде­ленное место в пространстве и времени ассоциация магматиче­ских пород и сопутствующих им метаморфических и рудных об­разований. Каждый магматический комплекс характеризуется определенным набором магматических пород, отличающихся осо­бенностями состава, формы залегания и приуроченностью к тем или иным геологическим структурам. Названия магматическим комплексам даются по географическим наименованиям тех райо­нов, где эти комплексы впервые были выделены и описаны.

Магматическая формация (или формационный тип)—это обоб­щенное понятие о природных ассоциациях горных пород и их производных, образовавшихся в один этап тектоно-магматиче-ского цикла развития земной коры в пределах подвижных зон — геосинклиналей или относительно устойчивых областей — плат­форм. Названия магматическим формациям даются по характер­ным для них типам пород, например спилито-диабазовая форма­ция, гипербазитовая, гранитоидная и т. д. Конкретные магмати­ческие формации это то же самое, что и магматические ком­плексы.

В отечественной литературе наиболее широкое распростране­ние получили понятия «магматический комплекс» и «магматиче­ская формация».

ОБЩИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ОБРАЗОВАНИЯ МАГМАТИЧЕСКИХ ФОРМАЦИЙ

В Советском Союзе многие ведущие петрографы занимаются изучением закономерностей образования магматических форма-

132

ций и связанных с ними рудных проявлений. В установлении та­ких закономерностей большую роль сыграли работы Ю. А. Били-бина и работы геологов его школы, получившие дальнейшее раз­витие в трудах Ю. А. Кузнецова, Г. Д. Афанасьева, Е. К. Устие-ва и др.

В развитии подвижных зон земной коры выделяют три глав­ных этапа: ранний или собственно геосинклинальный, средний и поздний. Каждый этап отличается своим режимом тектонических движений, особенностями осадконакопления, метаморфизма, маг­матизма и специфической эндогенной минерализацией.

Ранний этап характеризуется общим прогибанием геосинкли­нали, накоплением мощных толщ морских осадков, обильными подводными излияниями основных лав и накоплением сопряжен­ных с ними во времени и пространстве пирокластических пород того же основного состава. Ассоциация этих пород получила на­звание спилито-диабазовой формации.

Несколько позднее, но еще в собственно геосинклинальный этап развития, по глубоким разломам в толщу осадочных и эф­фузивных пород проникают интрузии ультраосновного и основ­ного состава, тяготеющие пространственно к областям развития спилито-диабазовой формации. Эти ассоциации пород представ­ляют собой соответственно гипербазитовую и габбро-пироксенит-дунитовую формации.

В средний этап развития геосинклинали прогибание сменяется поднятием, в процессе которого происходит излияние лав сред­него состава при постепенном увеличении роли кислых вулкани­ческих пород. Образующиеся комплексы пород составляют ба-зальт-андезит-липаритовый (риолитовый) ряд формаций. В даль­нейшем все больше начинает увеличиваться интенсивность склад­чатых процессов, которые сопровождаются общим поднятием суши и формированием крупных массивов (батолитов) гранодиорито-вого и гранитного состава, образующих ряд батолитовых грани-тоидных формаций, занимающих огромные площади во многих складчатых структурах земного шара.

Поздний этап развития геосинклинали характеризуется про­должающимся поднятием суши с увеличением роли разрывных нарушений. Магматическая деятельность этого этапа проявляется в виде излияния лав среднего и особенно кислого состава и со­провождается образованием мощных толщ вулканогенно-обломоч-ных пород. В это же время происходит формирование небольших трещинных интрузивов кислого, основного и иногда щелочного состава.

На территории Советского Союза имели место несколько тектоно-магматических циклов в докембрии, палеозое и мезо-кай-нозое и хотя каждый из них отличался специфическими особен­ностями, но общая направленность процесса развития в пределах Цикла сохранялась. Подвижность геосинклинальной области по­степенно уменьшалась, поднятия все более начинали преобладать

133

над погружениями, а основной и ультраосновной магматизм сме­нялся кислым.

Платформенные условия развития земной коры характеризу­ются существенно иными чертами. Тектонические процессы здесь проявляются в виде пологих поднятий и погружений, сопровож­дающихся образованием многочисленных разрывных нарушений. Для таких участков характерны мощные наземные излияния ба­зальтовых лав, сопровождавшиеся внедрением магмы в толщу осадочных и вулканических пород и формированием пластовых интрузивных залежей — силлов. Образующаяся эффузивно-интру-зивная ассоциация пород основного состава, так называемая трапповая формация (швед, trappar — ступени лестницы; наблю­даются в обнажениях и обусловлены характером отдельности этих пород), получила весьма широкое развитие в пределах большин­ства платформ земного шара.

К типично платформенным образованиям относятся неболь­шие интрузии ультраосновных и щелочных пород, а также трубки взрыва, выполненные кимберлитами.

Изложенная выше схема, как всякая схема, лишь в общих чертах отражает сложные природные процессы, однако общая на­правленность и необратимость процесса развития земной коры и, следовательно, Земли в целом очевидна.

Изучение закономерностей образования магматических форма­ций необходимо для решения основных проблем петрогенезиса и рудогенезиса, и в настоящее время является наиболее прогрес­сивным направлением в развитии петрографии.