Тема 2. Хімічний та мінеральний склад гірських порід та умови залягання магматичних гірських порід.

Петрогенні хімічні елементи. Елементи-домішки та їх роль у складі магматичних пород. Породоутворюючі, другорядні (акцесорни), повторні мінерали та їх визначення у складі гірської породи. Парагенетичні асоціації мінералів магматичних порід. Ефузивні і інтрузивні гірські породи. Плутонічні та субвулканічні породи. Форми залягання ефузивних та інтрузивних порід.

Химический и минеральный состав горных пород

Химический состав горных пород определяется так называемыми петрогенными элементами, содержания которых превышает 1%. Химический состав является одним из существенных признаков магм и имеет важное значение при определении эффузивных пород, которые обладают неполнокристаллической или стекловатой структурами, вследствие чего затруднена их диагностика по минеральному составу при изучении шлифов под микроскопом.

Раздел петрографии, изучающий особенности химического состава отдельных пород и их естественных рядов называется петрохимией. Все химические элементы по отношению к магматическим породам подразделяются на главные (петрогенные), второстепенные (входят в состав акцессорных минералов), микроэлементы (определяют геохимическую и металлогеническую специализацию).

Основное значение имеет SiO₂, благодаря чему магматические породы являются силикатными. Содержание SiO₂ в них варьирует от 35 до 75 весовых %.

Наиболее распространенными на материках являются два типа пород: базальты – 47-53% SiO₂ и граниты – 73-78% SiO₂. В породах среднего состава содержание SiO₂ варьирует от 53 до 64%.

Резкое преобладание среди эффузивных пород базальтов и малая распространенность риолитов (70% SiO₂) объясняется вязкостью расплавов, богатых SiO₂, которая препятствует излиянию на поверхность, а также спецификой кислого магматизма в целом.

Большое значение для формирования магматических горных пород, особенно кислого состава, имеют летучие компоненты: H₂O; CO₂; HF; HCl; H₂S; SO₂; B₂O₃; CH₄ и др.

Минеральный состав магматических пород определяется химическим составом магмы, а форма проявления минералов (размеры, морфология, идиоморфизм) определяется условиями кристаллизации магматического расплава. Медленное охлаждение с сохранением летучих компонентов способствует образованию полнокристаллических пород. Быстрое охлаждение ведет к образованию неравномерно-зернистых, скрытокристаллических или стекловатых пород.

По роли в составе магматических пород выделяют главные (или существенные), второстепенные (или несущественные) и вторичные (или эпигенетические).

Главные минералы определяют структурно-вещественные параметры породы. По ним идентифицируют горную породу. Например, в граните главными минералами являются полевые шпаты, кварц и биотит. Исчезновение или резкое уменьшение количества одного из них отражается на наименовании породы.

По химическому составу и окраске выделяются две группы главных минералов:

1. Салические минералы, называемые по главным элементам кремнию (силицию) и алюминию, входящим в их состав. Это главным образом алюмосиликаты натрия, кальция и калия – полевые шпаты, фельдшпатоиды и кварц. Они обычно светлоокрашены, в шлифах всегда бесцветны, поэтому их называют лейкократовыми (от греч. лейкос – бесцветный).

2. Фемические (мафические) минералы имеют высокое содержание магния и железа. Получили название от начальных букв слов феррум и магний. Сюда относятся оливин, пироксены, амфиболы, биотит. Их называют цветными, темноокрашенными или меланократовыми.

Среди главных минералов в магматических породах преобладают полевые шпаты, они входят в состав большинства магматических пород. Среди полевошпатовых разновидностей выделяются граниты, диориты, габбро, сиениты и др.

Деление магматических пород на семейства проводится главным образом по количеству и составу полевых шпатов. Кварц и фельдшпатоиды указывают на пересыщенность или недосыщенность пород SiO₂. Основные или ультраосновные типы пород выделяют по составу темноцветных минералов.

Второстепенные минералы присутствуют в незначительных количествах – менее 1% и не влияют на состав и название пород. Зачастую они проявляются в виде акцессорной рассеянной вкрапленности. Это такие минералы как циркон, монацит, апатит, рутил, сфен, ильменит, магнетит, хромит и другие. Проявление акцессорной минерализации типоморфно (свойственно) для определенного типа пород. Хромит для перидотитов, циркон и монацит для гранитов. Акцессорная минерализация определяет геохимическую и металлогеническую специализацию магматических пород.

Вторичные (эпигенетические) минералы проявлены достаточно широко во всех типах магматических пород, особенно в породах кислого состава. Это связано с эволюцией постмагматических флюидов, образующихся при дегазации кислой магмы (отделения летучих компонентов) в процессе ее остывания.

К ним относятся: мусковит, кварц, альбит, калишпат, актинолит, цоизит, скаполит, пренит, пумпеллиит, гранат, диопсид, турмалин, флюорит и другие. Магматические породы претерпевают пневматолитово-гидротермальные изменения в различной степени. Полно проявленные гидротермалиты контролируют разнообразные полезные ископаемые.

Формы залегания магматических горных пород

Образование магматических пород в различных геолого-структурных обстановках отражается на форме магматических тел и их взаимоотношениях с вмещающими породами.

Интрузивные тела

Форма и размер любого интрузивного тела зависят от целого ряда факторов: состава и физических свойств магмы; геолого-структурных условий формирования; от способа или механизма внедрения магмы; количества одновременно поступающей магмы.

Очень большое значение имеют взаимоотношения интрузивного тела со слоями вмещающих осадочных пород. При этом различают согласные тела, образовавшиеся в результате внедрения магмы по плоскостям напластования осадочных пород и секущие или несогласные тела, прорывающие слои осадочных пород.

Согласные тела развиты в областях с горизонтально лежащими слоями осадочных пород. В складчатых областях преобладают секущие слоистость тела. Согласные интрузивные тела представлены силлами, лакколитами, лополитами и факолитами.

Силлы представляют пластообразные тела, залегающие согласно между горизонтально лежащими слоями осадочных пород при этом мощность залежи значительно уступает площадному распространению. Силлы характерны для залегания пород основного состава. Жидкая подвижная основная магма могла относительно свободно распространяться между слоями, не нарушая их горизонтального залегания. Относительно небольшие субгоризонтальные тела располагаются на разных уровнях. Группы тел занимают значительные площади в десятки тыс. кв. км. (траппы Сибирской платформы).

Лакколит – каравае образное тело с плоским основанием и куполообразной кровлей. Форма лакколита в плане, как правило, округлая, от сотен метров до нескольких км в диаметре, сложены породами как основного, так и кислого состава.

Лополит – чашеобразное тело обычно очень крупных размеров, чаще всего сложены породами основного и ультраосновного состава.

Факолит – линзовидное тело, залегающие в ядре складки и образующееся одновременно со складчатостью. Характерны небольшие размеры, встречаются редко и только в складчатых областях.

Среди несогласных тел наиболее распространены: дайки, жилы, инъекционные тела неправильной формы, штоки и батолиты.

Дайка – плитообразное вертикальное или крутопадающее тело, имеющее относительно небольшую мощность при большой протяженности по простиранию и падению. Размеры даек колеблются в широких пределах. Самая крупная – «Большая дайка» в Родезии имеет мощность от 5 до 10 км и протяженность до 500 км. Сложена породами основного состава. Как правило дайки встречаются группами, образуя серии субпараллельных, кольцевых или радиальных тел.

Жила – отличается от дайки извилистой формой, наклонным или горизонтальным залеганием и, как правило, меньшими размерами.

Инъекционные тела неправильной формы – очень разнообразны и имеют большое число названий. Выделяют цилиндрические, воронкообразные, линзовидные, серповидные тела. Тела совершенно неправильной формы называют хонолитами.

Шток – интрузивное тело, приближающееся к цилиндрической форме, с крутопадающими контактами. Площадь выхода на земную поверхность не превышает 100 км². Штоки широко распространены и сложены различными по составу породами.

Батолит – огромное тело с куполообразной кровлей, осложненной углублениями и выступами. Батолиты сложены породами гранитного состава и приурочены обычно к осевым частям антиклинориев. Площадь выходов на земную поверхность составляет десятки и сотни тысяч км².

Форма залегания эффузивных горных пород

Форма тел эффузивных пород зависит от характера вулканического извержения, от степени вязкости лавы и от рельефа земной поверхности, в пределах которой происходило излияние.

Выделяют две группы эффузивных тел:

1. Тела, связанные с излиянием по трещинам – покровы. Подводящие каналы проявлены в виде даек. Покров – плоское тело, имеющее большое более 1000 км² площадное распространение, и сравнительно небольшую менее 100 м мощность. Покровы характерны для подвижных текучих лав основного состава, способных заливать огромные площади. При многократных излияниях образуются многочисленные наслоения покровов, занимающих большие площади, получившие названия базальтовых плато. Известны в Индии, Сибири, Африке и Южной Америке.

2. Тела, возникающие в результате деятельности вулканов центрального типа, имеют небольшие размеры и представлены потоками, куполами, иглами, конусами, некками и диатремами.

Поток – узкое, длинное тело, образованное застывшей лавой. Потоки образуются по склонам вулканов. Состав лавы определяет форму и размеры потока. Кислые вязкие лавы образуют короткие мощные потоки. Основные подвижные лавы формируют потоки меньшей мощности и большей протяженности.

Купол – караваеобразное, конусовидное тело, образованное лавой кислого, щелочного или среднего составов.

Игла (пик) – тело, вытянутое по вертикали, с небольшой площадью сечения и крутопадающими боковыми поверхностями. Такие тела возникают при извержении вязких лав. Пик Мон-Пеле (остров Мартиника Малые Антильские острова) высотой 375 м, диаметром 100 м.

Конус – образуется вокруг кратера вулкана в результате неоднократного излияния вязкой лавы, переслаивающейся с рыхлыми продуктами вулканической деятельности (пирокластами, пеплом, туфолавами, туфами и др. вулканогенно-осадочными породами). Высота конуса вулкана Ключевская сопка на Камчатке – 4750 м.

Некк – формируется в результате заполнения подводящего канала – жерла вулкана лавой.

Диатрема – морфологически аналогична некку, но сложена не только лавой, но и пирокластическим материалом, включающим обломки окружающих пород. Они возникают в результате взрывов вулканических газов при большом давлении и высокой температуре.