Глава I

1.1 Базальт

Базальт — основная эффузивная горная порода нормального ряда, самая распространённая из всех кайнотипных пород. Палеотипными аналогами базальта являются диабаз и базальтовый порфирит. Интрузивными аналогами базальта являются габбро, габбро-нориты, нориты, троктолиты [1].

Залегает базальт в виде даек, силлов (межпластовых тел) и особенно часто в виде лавовых потоков, образовавшихся при извержениях как центрального (через вулканическое жерло), так и трещинного типов.

Базальты в химическом и минералогическом отношении являются эффузивными аналогами габбро. Цвет их черный или почти черный, строение от тонкозернистого до стекловатого. Объемная плотность 2,75–3,1.

Верхние части лавовых потоков могут быть пузыристыми, так как в ходе затвердевания магмы (лавы) их поверхность вспенивалась из-за выделения из расплава паров воды и других газов. Впоследствии в этих пузырях или порах могут отлагаться такие минералы, как кальцит, пренит, цеолиты и самородная медь; так возникают миндалекаменные базальты. Многие базальты целиком сложены столь мелкими минеральными зернами, что их можно диагностировать только под микроскопом. Однако некоторые базальты имеют порфировую структуру, т.е. в них видны явные кристаллы, погруженные в тонкозернистую или стекловатую основную массу; эти кристаллы (фенокристы, или порфировые вкрапленники) представлены плагиоклазом, оливином или авгитом. Базальты состоят из кальциевого полевого шпата (основного плагиоклаза, обычно лабрадорита) и авгита или другого пироксена [6].

Обычно различают базальты, содержащие оливин, и базальты без оливина (толеитовые базальты). В толеитовых базальтах нередко присутствует кварц [1].

Оливиносодержащие базальты широко распространены на океанических островах (например, в Тихом океане), в то время как толеитовые базальты образуют характерные трапповые формации континентов. Базальты залегают в виде покровов, потоков и куполов, мощность которых на платформах составляет более километра, а площади распространения – сотни тысяч квадратных километров. Такие базальты называются платобазальтами, или тропами; некоторым из них свойственна пластовая отдельность. Очень характерна для базальтов столбчатая отдельность – порода разбивается на правильные шестигранные столбы.

По структурным и другим петрографическим признакам базальты подразделяются на четыре типа от более прочных к менее прочным.

Тип 1:

Мелкокристаллические (наиболее прочные) базальты без содержания стекла или с незначительным его содержанием. Основная масса – беспорядочно расположенные игольчатые микролиты плагиоклаза шириной 0,01–0,02 мм и длиной 0,1–0,2 мм образуют решетчатую структуру, заполненную железомагнезиальными минералами.

Тип 2:

Среднекристаллические базальты с малым содержанием стекла. Плагиоклаз шириной 0,01–0,03мм и длиной 0,1–0,3 мм. Содержание стекла – до 10%.

Тип З:

Крупнокристаллический базальт (долериты, долеритовые базальты без стекла). Размеры кристаллов – более 0,3 мм. Промежутки между кристаллами заполнены цветными минералами неравнозернистые базальты со значительным содержанием стекла (10 – 50%).

Тип 4:

Скрытокристаллический базальт с порфировидными включениями (мелано-базальт). Структура настолько тонкозерниста, что минералы неразличимы. По сравнительно низкой прочности к этому типу относятся стекловато-порфировые базальты (гиалобазальты).

Породы группы базальтов характеризуются различной степенью пористости. Внешне плотные разновидности обладают мельчайшей (невидимой) пористостью до 10%. Разновидности с видимой пористостью можно разделить на мелкопористые и крупнопористые андезиты и андезито-базальты более пористые, чем базальты.

Наибольший интерес для изучаемого вопроса представляют истинные базальты, имеющие широкое распространение, легкую обрабатываемость, малую себестоимость изделий и хорошие эксплуатационные характеристики [21].

Месторождение базальтов

В самых больших объемах базальты залегают в виде мощных и обширных лавовых потоков на плато Декан в Западной Индии и на Колумбийском плато в Кордильерах (штаты Вашингтон, Орегон и Айдахо). Извержения вулканов в Колорадо, Нью-Мексико и Аризоне также сопровождались излиянием базальтовых лав.

Гавайские острова представляют собой базальтовые вулканические конусы (рис.2),возвышающиеся на несколько километров над дном Тихого океана. Базальтовыми вулканами являются Этна на острове Сицилия и Везувий в материковой части Италии (базальты Везувия содержат лейцит вместо части полевого шпата), а также некоторые действующие вулканы Камчатки и Курильских островов (где среди лав преобладают андезиты). Базальтовые потоки третичного возраста распространены в некоторых районах Европы; в Шотландии и Ирландии базальты имеют каменноугольный возраст. Чрезвычайно широко развиты молодые базальты в Исландии и Гренландии. В ряде областей развиты докембрийские базальты.

Базальты распространены на Украине, в Армении, на Алтае. Траппы широко развиты на Сибирской платформе между Леной и Енисеем. Область распространения сибирских траппов более 150000 квадратных километров. С траппами в Восточной Сибири связаны Ангаро-Илимские месторождения магнетита (Коршуновское, Рудногорское и др.).

Запасы месторождений базальтов в Узбекистане, найденные на отрогах Кураминского, Чаткальского, Гиссарского и Северо-Нуратинского хребтов, по предварительной оценке превышают 32 млн.м3.

Наиболее значительные запасы гавасайских базальтов Кураминского хребта в Наманганской области характеризуются неравномерным химико-минералогическим составом, в основном представлены порфировой структурой с различным содержанием вулканического стекла, обширными участками полнокристаллических долеритовых базальтов и диабазов. Залегающие в долинах р. Асмансай и Лакчисай Северо-Нуратинского хребта базальты основного состава чередуются с черными ультраосновными базальтами-пикритами, содержащими не более 42% кремнезема и без плагиоклазов [16].

Структура и текстура

Обычно базальты — это тёмно-серые, чёрные или зеленовато-чёрные породы, обладающие стекловатой, скрытокристаллической афировой или порфировой структурой. В порфировых разностях на фоне общей скрытокристаллической массы хорошо заметны мелкие вкрапленники зеленовато-жёлтых изометричных кристаллов оливина, светлого плагиоклаза или чёрных призм пироксенов. Размер вкрапленников может достигать несколько сантиметров в длину и составлять до 20-25 % от массы породы. При застывании магмы базальтового состава возникает характерная для базальтовых массивов столбчатая или (реже) подушечная отдельность.

Текстура базальтов может быть: плотной массивной, пористой, миндалекаменной. Миндалины обычно заполняются кварцем, халцедоном, кальцитом, хлоритом и прочими вторичными минералами — такие базальты называются мандельштейнами [15].

Состав

Минеральный состав. Основная масса сложена микролитами плагиоклазов, клинопироксена, магнетита или титаномагнетита, а также вулканическим стеклом. Вкрапленники, как уже было сказано, обычно представлены оливином, клинопироксеном, плагиоклазом, редко ортопироксеном или роговой обманкой. Наиболее распространенным акцессорным минералом является апатит.

Химический состав. Содержание кремнезёма (SiO2) колеблется от 45 до 52-53 %, сумма щелочных оксидов Na2O+K2O до 5 %,в щелочных базальтах до 7 % [15].

Распространённость

Базальты — самые распространённые магматические породы на поверхности Земли и на других планетах. Основная масса базальтов образуется в срединно-океанических хребтах и формирует океаническую кору. Кроме того базальты типичны для обстановок активных континентальных окраин, рифтогенеза и внутриплитногомагматизма.

При кристаллизации по мере подъёма на поверхность Земли базальтовой магмы на глубине иногда образуются сильно дифференцированные по составу, расслоённые интрузии, в частности габбро-норитов (такие как Норильские, Садбери в Канаде и некоторые другие). В таких массивах встречаются месторождения медноникелевых руд и платиноидов.

Основные магматические горные породы в СНГ очень распространены. Они занимают, с учетом Сибирских траппов, 44,5 % площади территории СНГ и представляют большой интерес как сырьё. Известно более 200 месторождений базальтовых пород, из них более 50 месторождений эксплуатируются. В настоящее время базальты применяются не только в строи­тельстве (щебень, штучный камень, облицовка зданий и др.) но и для производства каменного литья, петроситаллов, базальтовых волокон, сырья для получения портландцементного клинкера [15].

Происхождение

Базальты образуются при застывании излившегося на поверхность Земли, подразумевая под этим и дно океана, силикатного магматического расплава основного (базальтового) состава. Формы залегания — потоки и покровы, разделенные отложениями пирокластического (туфового) или осадочного материала. Мощность единичных потоков базальтовых лав, обладающих в расплавленном состоянии малой вязкостью, обычно невелика. Происхождение базальтовой магмы по одной из гипотез состоит в частичном плавлении типичных мантийных горных пород, гарцбургитов, верлитов и др. Состав выплавки определяется химическим и минеральным составом протолита (исходной породы), физико-химическими условиями плавления, степенью плавления и механизмом ухода расплава.

По геодинамической природе выделяются следующие типы базальтов:

• базальты срединно-океанических хребтов

• базальты активных континентальных окраин

• внутриплитные базальты, которые можно подразделить на континентальные и океанические базальты.

Извержение базальтов срединно-океанических хребтов — важнейший в массовом отношении процесс в верхней части Земли [21].

Изменения

Базальты очень легко изменяются гидротермальными процессами. При этом плагиоклаз замещается серицитом, оливин — серпентином, основная масса хлоритизируется и в результате порода приобретает зеленоватый или синеватый цвет. Особенно интенсивно изменяются базальты, изливающиеся на дне морей. Они активно взаимодействуют с водой, при этом из них выносятся и оседают многие компоненты. Этот процесс имеет большое значение для геохимического баланса некоторых элементов. Так большая часть марганца поступает в океан именно таким способом. Взаимодействие с водой кардинальным образом меняет состав морских базальтов. Это влияние можно оценить и использовать для реконструкций условий древних океанов по базальтам. При метаморфизме базальты, в зависимости от условий, превращаются: при низких температурах (330—550 градусов) и средних давлениях в зелёные сланцы, амфиболиты, при низких температурах и значительных давлениях в глаукофановые сланцы с разновидностью голубые сланцы, получившими свое название по голубому цвету входящих в их состав щелочных амфиболов, а при высоких температурах и давлениях в эклогиты, состоящие из пиропового граната и натриевого клинопироксена — омфацита [15].

Применение

Базальт используют как сырье для щебня, так и для производства базальтового волокна (для производства теплозвукоизоляционных материалов) и кислотоупорного порошка, а также в качестве наполнителя для бетона. Базальт весьма устойчив к атмосферному воздействию и потому часто используется для наружной отделки зданий и для изготовления скульптур, устанавливаемых на открытом воздухе [1].