Минералы и горные породы. Учебное пособие

Глава 2. ГОРНЫЕ ПОРОДЫ

знаку выделяется ряд низкощелочных пород, или нормальный ряд, и ряды пород с относительно повышенным их содержанием – умерен- но-щелочной и щелочной ряды. В пределах каждого ряда выделяются породы разной кислотности. Породы нормального ряда преобладают в составе магматических пород. Породы щелочных рядов встречаются реже и в настоящем пособии не рассматриваются.

Макроскопическое определение группы кислотности магматических пород возможно на основе изучения минерального состава, ко-

торый достаточно точно отражает их химический состав.

Минеральный состав магматических пород. Характеризуется прежде всего содержанием главных породообразующих минералов, слагающих основную массу породы и определяющих ее название. Ведущая роль SiO2 и Al2O3 определяет минеральный состав магматиче-

ских пород, сложенных в основном силикатами и алюмосиликатами. Главными из этих минералов являются полевые шпаты, слюды, ам-

фиболы, пироксены, оливин, а также свободный кремнезем – кварц.

Минералы, присутствующие в породе в незначительном количестве, называются второстепенными (1–5 %). В качестве второстепенных

могут выступать любые минералы из состава главных. Наличие этих минералов в количестве более 5 % отражается в названии породы. Ми-

нералы, которые содержатся в породе в очень малом количестве, обычно менее 1 %, получили название акцессорных (от лат. accessorius – до-

бавочный).

Среди породообразующих минералов по химическому составу различают светлые, или сиалические, минералы (полевые шпаты,

кварц), главными химическими элементами которых являются Si и Al, а также темноцветные, или мафические, минералы (пироксены, ам-

фиболы, оливин, слюды), содержащие значительное количество Fe и Mg. Соответственно, породы, сложенные преимущественно светлыми минералами и окрашенные в светлые тона, называют лейкократовыми (от греч. λευκως – белый), т. е. светлыми, а состоящие почти исключительно из темноокрашенных (цветных) минералов – меланократовыми (от греч. μέλας – темный, черный), т. е. темными.

Соотношение светлых и цветных минералов определяет преимущественную окраску магматических пород и является важным при-

72

2.3. Описание наиболее распространенных горных пород

знаком диагностики их групп кислотности. Так, в кислых породах главную роль играют светлые минералы (кварц, полевые шпаты); в средних светлые минералы (полевые шпаты) также слагают большую часть породы при определенном участии цветных; в основных цветные минералы (пироксены, амфиболы) составляют несколько более 50 %; а ультраосновные породы целиком состоят из цветных минералов (оливин, пироксены). Поэтому кислые магматические породы обычно имеют светлую окраску, средние – серую, основные – темно-серую или черную, а ультраосновные – черную, иногда с зеленоватым оттенком.

По условиям образования, т. е. в зависимости от условий, в ко-

торых происходила кристаллизация магмы, магматические породы делятся на две группы: глубинные, или интрузивные (от лат. intrusus –

внедрение), образовавшиеся при застывании магмы на глубине, и породы излившиеся, или эффузивные (от лат. effusion – излияние), свя-

занные с застыванием магмы, излившейся на поверхность, т. е. лавы. Среди интрузивных пород выделяется ряд разновидностей по глубине застывания магмы, в том числе жильные породы, которые образуются при застывании магмы в трещинах горных пород на сравнительно небольшой глубине. К эффузивным породам относятся также вулканические (вулканические стекла) и пирокластические (от греч. πῦρ – огонь) породы, представляющие собой скопления обломков минералов, горных пород и застывшей в воздухе лавы, выброшенных при

вулканических извержениях.

Строение магматических пород. Практически каждая магматическая порода интрузивного происхождения, т. е. застывшая на глубине, имеет свой эффузивный, излившийся на поверхность аналог, тождественный ей по химическому и часто минеральному составу. Однако по строению эти породы резко различаются. Эти различия связаны с условиями формирования пород и наиболее отчетливо выражаются в их структуре.

На глубине для застывания магмы складываются наиболее благоприятные физико-химические условия (медленное застывание, постепенное снижение температуры и давления, присутствие летучих компонентов-катализаторов и др.), что способствует кристаллизации всех минералов, входящих в состав магмы. В результате образуется

73

Глава 2. ГОРНЫЕ ПОРОДЫ

полнокристаллическая структура, характерная для интрузивных (глубинных) магматических пород.

При излиянии лавы на поверхность в силу быстрого падения температуры, давления и удаления из нее летучих компонентов она не успевает закристаллизоваться и застывает в виде аморфной (стекловатой) или скрытокристаллической массы. Поэтому для эффузивных

(излившихся) магматических пород характерны следующие структуры: стекловатая и скрытокристаллическая, или афанитовая. Весьма типичной только для эффузивных пород является порфировая струк-

тура. Образование этой структуры объясняется тем, что кристаллизация эффузивных пород начинается еще до излияния магмы на поверхность. Минералы, образующиеся на первой стадии кристаллизации магмы и находящиеся среди основной нераскристаллизованной массы, при излиянии и быстром охлаждении образуют вкрапленники – порфировые выделения. Эти вкрапленники рассеяны среди скрытокристаллической или стекловатой основной массы, не успевшей закристаллизоваться.

Основными текстурами, отражающими общий облик магматических пород и хорошо распознающимися при макроскопических исследованиях, являются: плотная, пористая, массивная, флюидальная и др.

Плотная текстура характеризуется тесным прилеганием минеральных зерен друг к другу в породе. Плотной текстурой обладают и

вулканические стекла с бесструктурным строением вещества. Пористая текстура отличается наличием мелких пор и пустот,

образовавшихся за счет выделения газов при застывании лавы. Если

пустоты в пористой породе заполнены вторичными минералами, то текстуру породы называют миндалекаменной.

Массивная текстура характеризуется отсутствием ориентировки

минеральных зерен в породе.

Флюидальная текстура отражает следы движения магмы или течения лавового потока в процессе застывания.

Для интрузивных пород типична массивная текстура, для эффу-

зивных – пористая и часто флюидальная.

Формы залегания интрузивных магматических пород. В земной коре магматические породы образуют геологические тела разнообраз-

74

2.3. Описание наиболее распространенных горных пород

ной формы и размеров. Среди интрузивных пород различают по отношению к вмещающим породам согласные и несогласные тела. Несо-

гласные интрузивные тела пересекают, прорывают пласты вмещающих пород. Согласные интрузивные тела залегают согласно залеганию тех пород, в которые они внедрились.

К наиболее распространенным несогласным телам относятся ба-

толиты, штоки, дайки, интрузивные жилы.

Батолиты (от греч. βάθος – глубина) – крупные, неправильной формы интрузивные тела, главным образом кислых пород, площадью свыше 100 км2.

Штоки (от нем. stock – палка, ствол) – столбообразные тела изометричной формы, площадью менее 100 км2. Внутри крупных интру-

зивных тел часто обнаруживаются обломки вмещающих пород – ксенолиты (от греч. ξενος – чужой).

Дайки (от англ. dike, dyke – стена из камня, преграда) – вертикальные или слегка наклонные большой протяженности стенообразные тела, образованные при заполнении магмой полости трещин горных

пород. Известны дайки длиной до нескольких сотен километров. Интрузивные жилы – образуются, так же как и дайки, в результа-

те проникновения магмы в трещины пород, но имеют неправильную, ветвистую форму и гораздо меньшие размеры.

Среди согласных интрузивных тел обычно выделяют силлы, лакколиты и лополиты.

Силлы – пластовые тела, залегающие среди слоев вмещающих пород параллельно их напластованию. Силлы иногда образуют несколько этажей интрузивных тел, соединенных тонкими подводящими каналами. При этом слои вмещающих пород не деформируются, а лишь

перемещаются по вертикали.

Лакколиты (от греч. λάκκος – углубление, полость) – тела грибообразной формы. Они образуются магмой, которая, распространяясь

по слоистости, приподнимает вышележащие породы.

Лополиты (от греч. λοπάς – чаша) – в отличие от лакколитов име-

ют вогнутую чашеобразную форму.

Формы залегания эффузивных пород. Зависят от типа излияния магмы и ее вязкости. Легкоподвижная магма при выходе ее на поверх-

75

Глава 2. ГОРНЫЕ ПОРОДЫ

ность образует лавовые покровы и потоки. Покровы возникают в результате трещинных излияний на сравнительно ровную поверхность. Площади, занимаемые покровами, исключительно велики. Потоки имеют, как правило, удлиненную форму, нередко форму языков, размеры их относительно невелики.

Вязкая и малоподвижная магма при выходе на поверхность не растекается, а образует вулканические конусы и купола. Они имеют раз-

личные размеры и образуются при извержениях центрального типа.

Описание магматических пород. В табл. 1 приведена классификация наиболее распространенных магматических пород и их диагностические признаки: минеральный состав и строение. Для более полной характеристики указаны формы залегания, характерные для интрузивных и эффузивных пород.

Ниже приводится краткое описание магматических пород в составе выделенных групп кислотности. В каждой группе вначале дается

характеристика интрузивных, а затем эффузивных пород. Ультраосновные породы (или ультрабазиты, или гипербазиты)

характеризуются незначительным распространением в земной коре. Представлены в основном глубинными породами, эффузивные аналоги крайне редки. Главными породообразующими минералами являются железо-магнезиальные силикаты – оливин и пироксены, которые определяют темную окраску и высокую плотность пород.

К глубинным ультраосновным породам относятся дуниты, пери-

дотиты и пироксениты.

Дуниты (названы по горе Дун в Новой Зеландии) – породы тем- но-зеленого, почти черного цвета. Состоят почти исключительно из одного оливина. В небольшом количестве могут присутствовать пироксены, магнетит, хромит. Структура пород равномернозернистая, обычно мелкоили среднезернистая. Текстура массивная. В результате вторичных изменений оливин частично замещается серпентином, в этих случаях зернистая структура породы почти невидима. На выветрелой поверхности образуется типичная бурая железистая

корка.

Перидотиты (от франц. peridot – оливин) – наиболее распространенные среди ультраосновных пород. Структура кристаллическая,

76

2.3. Описание наиболее распространенных горных пород

обычно среднезернистая. Текстура массивная. Состоят из оливина и пироксенов при преобладании оливина. Темно-зеленый или почти черный цвет породы обусловлен оливином и развивающимся по нему серпентином. При выветривании становятся бурыми. Часто содержат магнетит, хромит. Макроскопически перидотиты отличаются от дунитов по наличию сильного стеклянного блеска на плоскостях спайности у зерен пироксенов, тогда как дуниты сложены в основном оливином,

не имеющим спайности.

Пироксениты (от названия главного породообразующего минерала – пироксена) – породы черные, иногда с зеленоватым оттенком, в которых пироксены резко преобладают над оливином. Структура полнокристаллическая, средне- и крупнозернистая. Текстура массивная.

Ультраосновные породы слагают массивы и пояса разных размеров, образуя пластовые и линзообразные тела. С этими породами связаны многочисленные полезные ископаемые, среди которых важ-

нейшими являются хром, платина, асбест, тальк.

Основные породы, или базиты, широко распространены в земной коре. Эффузивные породы этой группы – базальты – являются самыми распространенными среди всех магматических горных пород. Интрузивные породы основного состава, среди которых важнейшие – габбро, – редки. Главными породообразующими минералами основных пород являются пироксены и основные плагиоклазы примерно в равных соотношениях; в незначительных количествах присутствуют оливин, роговая обманка и биотит. Большое количество цветных минералов обусловливает темную окраску породы, на фоне которой вы-

деляются светлые вкрапленники плагиоклазов.

Габбро (по названию местности в Италии) – темно-серые или почти черные породы, обычно с яснокристаллической, среднеили крупнозернистой структурой. Главные породообразующие минералы – светлые, часто серые основные плагиоклазы и темные пироксены, представленные примерно в равных количествах. В качестве второстепенных минералов могут присутствовать оливин, роговая обманка, биотит. Постоянными компонентами габбро являются рудные минералы – магнетит, титаномагнетит, ильменит, апатит и др. Текстура массивная или пятнистая.

77

Глава 2. ГОРНЫЕ ПОРОДЫ

Разновидность габбро, состоящая в основном из одного минерала – лабрадора, – называется лабрадоритом. Это крупнозернистая по-

рода темно-серого или черного цвета с характерной иризацией – отливами синего или зеленовато-синего тонов на плоскостях спайности кристаллов, – хорошо заметной при определенных поворотах к свету.

Обычной формой залегания интрузивных пород основного состава являются крупные массивы, лополиты, лакколиты, реже встречаются дайки. С интрузиями габбро связаны месторождения титаномагнетитовых и медных руд. Мелкозернистое габбро используется для строительных целей. Лабрадорит – прочный и высококачественный

облицовочный и поделочный материал.

Базальты (вероятно, от эфиоп. basal – кипящий или железосодержащий камень) – очень плотные породы черного или зеленоваточерного цвета, обладающие скрытокристаллической, стекловатой или порфировой структурой. Порфировые вкрапленники, обычно представленные светлым плагиоклазом или зеленым оливином, четко выделяются на черном фоне основной массы. Текстура массивная, плотная, часто пористая, иногда миндалекаменная.

Базальты образуют потоки и покровы, нередко огромные по площади и значительные по мощности как на континентах, так и на дне океанов. Излившиеся под водой базальты обладают шаровой отдельностью. В обнажениях для базальтов характерна столбчатая отдельность – порода разбивается на правильные шестигранные столбы. Базальты используются как строительный материал для изготовления брусчатки, а также в качестве сырья для производства каменного литья.

Средние породы. Главными породообразующими минералами являются плагиоклазы (около 70 %) и амфиболы, представленные преимущественно роговой обманкой (20 %), реже присутствуют пироксены. Такое соотношение минералов определяет общую светлую окраску породы, на фоне которой выделяются цветные минералы. В этой группе излившиеся породы также преобладают над глубинными. Глубин-

ные породы представлены диоритами, излившиеся – андезитами. Диориты (от греч. διορίζω – различаю) – породы серого цвета,

обычно более светлоокрашенные, чем габбро. Структура равномернозернистая, текстура массивная. Диориты обычно образуют мелкие

78

2.3. Описание наиболее распространенных горных пород

тела (штоки, дайки и др.), чаще участвуют в строении крупных гранитных и гранодиоритовых массивов. С диоритами связаны месторождения железных и медных руд. Кроме того, они широко используются в

качестве строительного и поделочного материала.

Андезиты (названы по горной цепи Анд в Южной Америке) – широко распространенные эффузивные породы серого, темно-серого или желтовато-серого цвета. Структура обычно порфировая. В порфировых вкрапленниках присутствуют в основном светло-серые плагиоклазы и зеленовато-черная роговая обманка, хорошо заметные на общем фоне скрытокристаллической или стекловатой основной массы. Текстура массивная или пористая.

Андезиты обычно образуют лавовые потоки и покровы. С андезитами связаны месторождения свинца, цинка, меди, золота. Сами андезиты используются в строительном деле и как кислотоупорный материал.

Кислые породы характеризуются обязательным наличием кварца, присутствием в значительных количествах полевых шпатов – калиевых и кислых плагиоклазов, незначительным содержанием темных минералов и общей светлой окраской. В этой группе наиболее широко развиты интрузивные породы граниты и близкие к ним гранодиориты, часто объединяемые под общим названием гранитоиды. Излившимся анало-

гом гранитов являются липариты (риолиты), гранодиоритов – дациты. Граниты (от лат. granum – зерно) – глубинные породы светло-

серого, розовато-серого и красного цвета. Структура полнокристаллическая, от мелкодо крупнозернистой. Текстура массивная. Породообразующие минералы: кварц (25–40 %), калиевые полевые шпаты (35–40 %) и кислые плагиоклазы (20–25 %). Цветные минералы (биотит, реже мусковит, роговая обманка) – 3–10 %.

Граниты – самая распространенная интрузивная магматическая порода. Они слагают батолиты, штоки, лакколиты и дайки различных размеров. С гранитами связаны месторождения вольфрама, молибдена, золота, свинца, цинка и других полезных ископаемых. Граниты

применяются как строительный и облицовочный материал. Гранодиориты от гранитов отличаются меньшим содержанием

кварца (15–25 %), повышенным количеством цветных минералов (10–

79

Глава 2. ГОРНЫЕ ПОРОДЫ

20 %) и преобладанием плагиоклазов над калиевым полевым шпатом.

Строение пород аналогично.

Липариты (по названию острова Липари, Италия) – эффузивные породы светло-серого цвета, реже с желтоватым или розоватым оттенком. Они имеют тот же минеральный состав, что и граниты. Структура порфировая. Порфировые вкрапленники представлены мелкими зернами преимущественно калиевых полевых шпатов и кварца, выделяющимися на светлом фоне скрытокристаллической или стекловатой основной массы. Вкрапленники цветных минералов играют второстепенную роль и обычно представлены биотитом. Текстура массивная,

пористая, часто флюидальная со следами течения; с этим связано второе название породы – риолиты (от греч. ρεω – течение, поток).

Риолиты образуют лавовые потоки, купола, лакколиты. Применяются в строительстве и стекольной промышленности.

Дациты – эффузивные породы, имеющие основную массу, сходную с основной массой липаритов. Однако во вкрапленниках преобладают кислые плагиоклазы и темноцветные минералы (биотит и ро-

говая обманка).

Жильные породы, как отмечалось, связаны с застыванием магмы на сравнительно небольшой глубине. По условиям залегания и структуре они являются переходными от собственно глубинных (интрузивных) пород к излившимся (эффузивным).

Жильные породы выполняют трещины как в интрузивных, так и во вмещающих породах. Они образуются из остаточного магматического расплава после кристаллизации основного объема магмы в виде интрузивных пород. Об этом свидетельствует их пространственная локализация: жильные породы пересекают интрузивные массивы (материнские интрузии), с которыми генетически связаны.

Химический и минеральный состав жильных и интрузивных пород нередко сходен. Однако по структуре эти породы различаются. Жильные породы, в отличие от интрузивных, являются результатом сравнительно быстрого застывания магмы, что препятствует образо-

ванию крупных кристаллов. Поэтому жильные породы обычно имеют мелкокристаллическую структуру или порфировидную. Последняя,

как указывалось, характеризуется мелкокристаллической основной

80