Тема 3. Текстури і структури магматичних порід та принципи класифікації магматичних порід

Поняття текстури і структури. Особливісті макро- і мікроструктур. Структурні ознаки: ступень кристалічності, абсолютна та відносна величина мінеральних зерен. Їх форма та взаємовідношення. Найголовніші структури і текстури магматичних порід. Значення геологічних умов залягання, хімічного та мінералогічного складу порід для їх класифікації. Принципи структурно-речовиної класифікації та номенклатура магматичних порід.

Внутреннее строение горных пород определяют через понятия текстуры и структуры. Для разных генетических типов пород они отличаются, так как зависят от условий образования. Знание этих взаимозависимостей позволяет исследователю по структурно-текстурным особенностям судить об условиях образования пород, определять генетический тип породы, а также последовательность выделения минералов и их ассоциаций.

Для магматических и метаморфических горных пород структура определяется степенью кристалличности, размером и формой зерен, их взаимоотношениями в минеральных агрегатах. Структура устанавливается на макро и на микро уровне. Текстура определяется пространственным взаиморасположением минеральных агрегатов, отличающихся друг от друга по цвету, форме, размерам, минеральному составу и структуре. Текстура может проявляться в крупном и мелком плане.

Для магматических горных пород на макроскопическом уровне исследования выделяют следующие структуры по степени кристалличности:

- полнокристаллические, когда значительная часть минералов отчетливо раскристаллизована;

- неполнокристаллические, когда отдельные зерна минералов заключены в скрытокристаллическую основную массу;

- скрытокристаллические (афанитовые), когда минеральный состав без микроскопа не устанавливается;

- стекловатые, преимущественно состоящие из вулканического стекла.

В зависимости от размера зерен среди полнокристаллических вылеляют:

• крупнозернистые со средним размером зерен > 5 мм;

• среднезернистые с размером зерен от 1 до 5 мм;

• мелкозернистые от 0,5 до 1 мм.

По относительным размерам зерен различают равномерно зернистые и неравномерно-зернистые структуры. Равномерно зернистые структуры характеризуются более или менее одинаковым размером зерен основных породообразующих минералов. Среди неравномерно-зернистых структур выделяют порфировидные и порфировые структуры. Порфировидные структуры обусловлены наличием относительно крупных кристаллов на фоне полнокристаллической основной массы.

Порфировые структуры относятся к неполнокристаллическим и характеризуются наличием хорошо образованных кристаллов – порфировых вкрапленников или фенокристаллов, погруженных в плотную афанитовую основную массу породы.

Иногда макроскопически можно определить форму минеральных зерен или кристаллографический габитус, кубический, призматический, таблитчатый, шестоватый, игольчатый, чешуйчатый. Более детально структуры разработаны при изучении пород под микроскопом, так называемые микроструктуры.

Среди текстур выделяют два главных типа: однородная и неоднородная.

Однородная или массивная отмечается при одинаковом строении и составе породы в любом участке.

Среди неоднородных текстур выделяются:

- такситовая или шлировая, когда отдельные участки пород отличаются по цвету, минеральному составу и структуре;

- полосчатая, когда наблюдаются чередования полос различных по цвету, минеральному составу и структуре;

- директивная, когда минеральные агрегаты, отличающиеся по цвету и структуре ориентированы субпараллельно;

- флюидальная, когда отчетливо видны следы течения лавы;

- брекчиевидная, когда остроугольные обломки пород заключены в отличающуюся по цвету, структуре и составу основную массу;

- пористая, когда наблюдается наличие округлых или неправильных пустот, возникших вследствие выделения газов при кристаллизации эффузивных пород;

- миндалекаменная, когда пустоты эффузивных пород заполнены вторичными минералами: опалом, халцедоном, хлоритом, карбонатами, кварцем и др.

В процессе определения структуры и текстуры пород тщательно изучается минеральный состав. Методы макроскопической диагностики изучаются в курсе минералогия. При петрографическом описании определяется цвет, формы выделения, размеры минеральных зерен и их относительное количество к общей массе породы.

Итогом изучения и описания образца, обнажения является определение типа породы ее идентификация.

Основные микроструктуры магматических горных пород

В отличие от макроструктур микроструктуры определяются под микроскопом и отражают взаимоотношения между минералами. При этом определяющее значение имеют формы выделения минералов, их идиоморфизм, абсолютные и относительные размеры, степень кристалличности.

Форма минеральных зерен и их взаимоотношения зависят от кристаллографического габитуса и степени идиоморфизма минералов. Габитус создает общий структурный облик породы и может быть призматическим, таблитчатым, игольчатым, шестоватым, чешуйчатым, зернистым и др. Идиоморфизмом называется степень совершенства кристаллографических форм минералов, зависящая от порядка их выделения и их кристаллизационной силы. По степени идиоморфизма выделяют минералы:

- идиоморфные, имеющие хорошо развитые грани;

- гипидиоморфные, имеющие частично проявленные собственные грани;

- ксеноморфные, не имеющие собственных граней, их контуры полностью подчинены формам других минералов. Степень идиоморфизма позволяет судить о последовательности выделения минералов.

Явнокристаллические микроструктуры

Панидиоморфнозернистая структура выделяется по достаточно совершенному идиоморфизму всех минеральных зерен, слагающих породу.

Гипидиоморфнозернистые структуры определяются различной степенью идиоморфизма минералов. Выделяют несколько разновидностей:

1. Офитовая (диабазовая) структура выделяется по резкому идиоморфизму плагиоклаза по отношению к фемическим минералам. Плагиоклаз образует узкие вытянутые кристаллы – лейсты.

2. Гранитовая структура, когда цветные минералы и плагиоклаз гипидиоморфны, а калишпат и кварц ксеноморфны.

3. Агпаитовая, когда нефелин и кали- натриевый шпат гипидиоморфны, а цветные минералы ксеноморфны.

4. Габбровая определяется одинаковой степенью идиоморфизма зерен плагиоклаза и цветных минералов.

5. Пойкилитовая, когда наблюдаются многочисленные включения зерен одного или нескольких минералов в значительно более крупных зернах другого минерала. Включенные минералы более идиоморфны, так как образовались раньше.

6. Сидеронитовая, когда относительно идиоморфные зерна оливина, пироксена и плагиоклаза заключены в ксеноморфнозернистую массу рудного минерала.

7. Пегматитовая структура образована своеобразным прорастанием калиевого полевого шпата кварцем. Калишпат образует крупные кристаллы. Прорастания кварца могут быть моно- и полиминеральными, что устанавливается по характеру угасания одинаково ориентированных индивидов кварца.

8. Пертитовая структура выделяется закономерным прорастание калиевых полевых шпатов альбитом. По форме вростков различают шнуровидные, прожилковые, пятнистые и др. пертиты.

Аллотриоморфнозернистые структуры слагаются ксеноморфными зернами минералов. Среди них наиболее типична аплитовая структура, образованная ксеноморфными изометричными зернами полевых шпатов и кварца.

Скрытокристаллические и стекловатые микроструктуры

Структуры данной группы характеризуют основную массу плотных афанитовых пород, которая может быть сложена целиком микролитами – мелкими кристалликами размером <0,05 мм, микролитами и стеклом или только стеклом.

Разделение структур этой группы производится по форме микролитов, их расположению в пространстве и их количественному соотношению со стеклом, если оно присутствует. Выделяют:

1. Стекловатую (витрофировую) структуру, типичную для пород, состоящих в основном из вулканического стекла. Возможно присутствие редких микролитов.

2. Гиалопилитовую (андезитовую) структуру, когда беспорядочно расположенные игольчатые микролиты плагиоклаза пропитаны вулканическим стеклом, преобладающим над микролитами.

3. Интерсертальную (базальтовую) структуру, когда беспорядочно расположенные микролиты плагиоклаза образуют своеобразный сетчатый каркас, пропитанный вулканическим стеклом, которое выполняет межзерновое пространство.

4. Фельзитовую структуру, представленную тонкокристаллическим агрегатом кварца и полевых шпатов. Нередко среди тонкокристаллической массы встречаются радиально-лучистые срастания кварца и калишпата в виде сферических образований – сферолитов. В последнем случае ее определяют, как сферолитовую структуру.

5. Трахитовую структуру, когда основная масса целиком сложена из мелких табличек (до 0,2 мм) калиевого полевого шпата. Отмечается субпараллельное расположение калиевых полевых шпатов, ориентированных по направлению потока лавы. Между зернами полевых шпатов располагаются мелкие зерна темноцветов.

6. Пилотакситовую структуру, которая характеризуется субпараллельным расположением микролитов плагиоклаза, между ними может быть стекло или зернышки пироксена. Типична для андезитов и базальтов.

Классификация магматических горных пород

Единой общепризнанной классификации магматических пород нет. Это объясняется разнообразием условий формирования пород, что способствует образованию широкого спектра магматитов, который характеризуется постепенными переходами между их основными типами по химическому и минеральному составам. В этой связи существует более тысячи наименований горных пород, хотя даже специалисту нужна лишь сотня из них.

Поэтому было предложено большое число классификационных схем, основанных на различных признаках. Можно выделить три наиболее широко признанных подхода:

1. Геолого-генетическая классификация, исходя из условий образования, залегания и структурно-тектонической обстановки формирования пород.

2. Классификация по химическому составу.

3. Классификация по количественному и структурному соотношениям основных породообразующих минералов (по В. А. Заварицкому).

Геолого-генетическая классификация

В ее основе лежит понятие о фации (М.А. Усов). Она отражает основные геологические особенности среды, в которой происходит формирование магматических пород.

Основными факторами, определяющими фацию, являются: глубина образования пород; объемы и формы остывающих магматических масс, контролируемых определенными тектоническими структурами. В зависимости от условий образования выделяют фации интрузивные и эффузивные. Среди интрузивных в зависимости от глубины формирования выделяют глубинные (абиссальные или плутонические) и полуглубинные (гипабиссальные или субвулканические). При одинаковом химическом составе фациальные разновидности пород выделяются по структурам и минеральному составу.

Классификация по химическому составу основана на количественном содержании в составе пород кремнезема. По этому принципу выделяют:

• ультраосновные, менее 45% кремнезема;

• основные, 45-52% кремнезема;

• средние, 52-65% кремнезема;

• кислые, более 65% кремнезема.

Кроме этого по соотношению других петрогенных компонентов – глинозема, оксидов кальция, натрия и калия, выделяют ряды:

• Известково-щелочной или нормальный, где CaO+Na₂O+K₂O>Al₂O₃>Na₂O+K₂O;

• Пересыщенный щелочами, где Na₂O+K₂O>Al₂O₃

• Пересыщенный глиноземом, где Al₂O₃>CaO+Na₂O+K₂O

Особенности химического состава отражаются на их минеральном составе. Породы, пересыщенные кремнеземом, содержат кварц. Породы, пересыщенные щелочами, имеют повышенное содержание щелочных полевых шпатов. Для них типичны щелочные темноокрашенные минералы эгирина, арфведсонита, возможно появление фельдшпатоидов – нефелина и др.

Знание химического состава породы не достаточно для ее идентификации. Необходимо определение минерального состава и структуры.

Структурно-вещественная классификация или классификация по минеральному составу (В. А. Заварицкий) основана на количественном соотношении главных породообразующих минералов, их структурных взаимоотношениях с учетом химического состава и геолого-структурных условий образования.

Породы классифицируются по содержанию типоморфных минералов и их ассоциаций. При этом определяющими признаками являются: содержания полевых шпатов, количественное соотношение плагиоклазов и калиевых полевых шпатов; содержание кварца; количество и состав железо-магниевых силикатов; наличие фельдшпатоидов и ассоциируемых с ними минералов.

По содержанию главных породообразующих минералов В.А. Зпаврицкий разделил все магматические породы на 7 групп, в каждую из которых входят близкие по минеральному и химическому составу породы интрузивной, эффузивной и субвулканической фаций. Название каждой группы составлено из названий наиболее распространенных интрузивных пород и их эффузивных аналогов:

1. Группа перидотитов-пикритов (ультраосновных пород).

2. Группа габбро-базальтов (основных пород).

3. Группа диоритов-андезитов (средних пород).

4. Группа гранитов-риолитов и гранодиоритов-дацитов (кислых пород).

5. Группа сиенитов-трахитов (средних субщелочных пород).

6. Группа нефелиновых сиенитов-фонолитов (ультращелочных пород).

7. Группа щелочных габброидов-базальтоидов (основных щелочных пород).

Особенностью интрузивных пород является их полнокристаллическая структура, позволяющая с высокой точностью определять количественные соотношения слагающих ее минералов.

Особенности класификации эффузивных пород

Процесс формирования эффузивных пород сопровождается быстрым остыванием магмы и ее дегазацией, накладывает отпечаток на минеральный состав и структурный облик породы. Для них характерны скрытокристаллические и неравномерно-зернистые порфировые структуры.

Для систематики эффузивных пород важное значение имеет степень их измененности, зависящая от возраста. Выделяют кайнотипные или свежие неизмененные и палеотипные или измененные.

Для кайнотипных пород характерно:

1) наличие вулканического стекла в виде изотропной массы; 2) калишпат представлен санидином; 3) типична базальтическая роговая обманка в шлифе бурая; 4) цвет породы в штуфе белый, светло-серый для кислых, темно-серый и черный для средних и основных пород; 5) текстура пород массивная, отсутствуют прожилково-вкрапленные агрегаты; 6) вторичная минерализация отсутствует.

Для палеотипных аналогов характерно: 1) замещение вулканического стекла вторичными минералами; 2) калишпат представлен ортоклазом или микроклином; 3) по плагиоклазу развиваются альбит, серицит, землистые агрегаты эпидота, кальцит; 4) базальтическая роговая обманка не встречается; 5) оливин серпентинизирован; 6) широкий спектр вторичных изменений, представленный актинолит-эпидотовыми, хлорит-эпидотовыми ассоциациями для основных и средних пород и хлорит-серицит карбонатными ассоциациями для кислых; 7) вследствие широко проявленных вторичных изменений кислые породы приобретают буроватый оттенок, основные – зеленоватый.

По составу полевых шпатов, присутствующих в порфировых вкрапленниках и в основной массе, выделяют:

1. Порфириты, не содержащие натрий калиевых полевых шпатов;

2. Порфиры, имеющие в составе натрий калиевые полевые шпаты.

К порфиритам относятся эффузивные разности пород основного и среднего составов, к порфирам – кислого и щелочного составов.

Особенности классификации пород субвулканической жильной фации

Жильные породы разделяются на две подгруппы: асхистовые (нерасчлененные) и диасхистовые (расчлененные).

Асхистовые породы по минеральному составу соответствуют глубинным породам, аналогами которых они являются, отличаясь от них только по структуре. Названия пород этой фации образуется добавлением приставки микро, слов порфир или порфирит к названию соответствующей по минеральному составу породы. Приставка микро обозначает, что породы имеют микрокристаллическую структуру. Порфир или порфирит определяется также как для эффузивных пород.

Диасхистовые породы не имеют интрузивных аналогов и разделяются на лейкократовые (светлые) – аплиты, пегматиты и меланократовые – лампрофиры.

Аплиты – мелкозернистые светлоокрашенные породы, состоящие из полевых шпатов и кварца.

Пегматиты отличаются от аплитов крупной зернистостью, нередко имеют гигантозернистую структуру. Основу минерального состава определяют кварц и калишпат, имеют зональное строение и большое число разнообразных минералов: мусковит, лепидолит, турмалин, топаз, берилл и др.

Лампрофиры бедны кремнеземом, отличаются повышенной концентрацией щелочей железа и магния, что определяет высокое содержание темноцветных минералов. Окраска темно-серая, черная у свежих, бурая или темно-зеленая у измененных. Во вкрапленниках всегда только темноцветные минералы.