geokniga-krasnoshchekovaosnovypetrografii2010
.pdf
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Л.А. Краснощёкова
ОСНОВЫ ПРАКТИЧЕСКОЙ ПЕТРОГРАФИИ МАГМАТИЧЕСКИХ И МЕТАМОРФИЧЕСКИХ ПОРОД
Допущено УМО вузов РФ по образованию в области прикладной геологии
в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению
130100 «Геология и разведка полезных ископаемых»
2-е издание
Издательство Томского политехнического университета
2010
УДК 552.3+552.4(075.8) ББК 26.31я73
К78
Краснощёкова Л.А.
К78 Основы практической петрографии магматических и метаморфических пород: учебное пособие / Л.А. Краснощёкова; Национальный исследовательский Томский политехнический университет. – 2-е изд. Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2010. − 92 с.
ISBN 978-5-98298-530-9
В пособии приведена общая схема определения кристаллооптических констант породообразующих минералов; рассмотрены методы изучения минералов без анализатора, с анализатором и в сходящемся свете; даны представления о магмах и причинах разнообразия магматических пород; приведена современная классификация плутонических и вулканических образований согласно Петрографическому кодексу 2008 года; изложены сведения о типах метаморфизма и метаморфических породах, их фациях и минеральной зональности. В каждой части предлагаются вопросы и задания для самостоятельной работы.
Предназначено для студентов-геологов, осваивающих петрографию, а также может быть использовано инженерами-практиками геологических организаций.
УДК 552.3+552.4(075.8) ББК 26.31я73
Рецензенты
Доктор геолого-минералогических наук, профессор ТГУ
В.П. Парначёв
Кандидат геолого-минералогических наук директор геологоразведочной компании «ООО “Геосфера”»
Е.В. Черняев
ISBN 978-5-98298-530-9 |
© ГОУ ВПО «Национальный исследова- |
|
тельский Томский политехнический |
|
университет», 2009 |
|
© Краснощёкова Л.А., 2009 |
|
© Оформление. Издательство Томского |
|
политехнического университета, 2010 |
ПРЕДИСЛОВИЕ
Актуальность подготовки специального учебного пособия по петрографии и петрологии магматических и метаморфических пород обусловлена, во-первых, изменениями в классификации и номенклатуре пород и, во-вторых, недостаточным количеством учебников и учебных пособий по петрографии, выпущенных ранее и ставших уже достаточно редкими изданиями.
Настоящее учебное пособие состоит из трех частей. В первой части излагается материал по кристаллооптике в объеме, необходимом для применения кристаллооптического метода при изучении минералов и горных пород с помощью поляризационного микроскопа. Рассматриваются методы и приемы исследования минералов в параллельных и скрещенных николях, в сходящемся свете. Предлагается примерный порядок изучения минералов в шлифе.
Во второй части рассмотрены вещественный состав и условия образования магматических пород. Особое внимание уделено принципам классификации магматических образований согласно принятому Петрографическому кодексу в 2008 году. В пособии освещаются некоторые теоретические вопросы, связанные со специфическими особенностями генетических типов пород. Рассматриваются закономерности кристаллизации минералов из магмы, условия образования первичных магм, причины разнообразия магматических пород и их ассоциации.
Третья часть посвящена вопросам формирования метаморфических толщ.
Вданном разделе указаны факторы и типы метаморфизма, дана классификация метаморфических пород в соответствии с рекомендациями Петрографического кодекса, рассмотрены фации и минеральная зональность метаморфитов. Изложены методы и приемы построения треугольных диаграмм ACF и AFM, позволяющие изображать состав и минеральные ассоциации пород, что является одним из важных практических приложений правила фаз к изучению метаморфических пород. Именно на этом правиле основаны современные петрогенетические схемы и с ним связана концепция метаморфических фаций. Необходимо отметить, что приемы построения треугольных диаграмм практически не рассматриваются в отечественной учебной литературе и поэтому в учебном пособии достаточно подробно с иллюстративным материалом приведены примеры расчета и построения треугольных диаграмм состава минеральной ассоциации метаморфических пород. При написании учебного пособия учтены данные и результаты новейших исследований.
Взаключении каждой части предлагаются упражнения и задачи для самостоятельной работы, проверки и закрепления изложенного теоретического материала.
Впособии изложены в краткой форме главные сведения. Для детализации основных положений и материалов рекомендуется обращаться к библиографическим источникам, указанным в конце пособия.
Пособие содержит необходимые сведения по всем вопросам, которые рассматриваются на лабораторных занятиях; позволяет студентам понять логику и последовательность макро- и микроскопического описания минералов и пород. Совместно с лекционным материалом оно даст ответ на многие вопросы программы.
3
ЧАСТЬ 1. КРИСТАЛЛООПТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ МИНЕРАЛОВ
Методическая основа современной петрографии базируется на разнообразных приемах исследований, главную роль из которых играют оптические.
1.1. ИССЛЕДОВАНИЯ МИНЕРАЛОВ ПРИ ОДНОМ НИКОЛЕ
При помощи обычного поляризационного микроскопа в проходящем свете изучают только прозрачные минералы. Непрозрачные (рудные) минералы исследуются в отраженном свете с помощью минераграфического микроскопа. Оптические свойства (константы) минерала определяются по совокупности его свойств в различных сечениях данного минерала, которые наблюдаются в петрографических шлифах.
Определяются следующие свойства:
1.Количество минералов по их собственной окраске.
2.Форма зёрен, линии ограничения.
3.Спайность, определение угла спайности.
4.Рельеф, шагреневая поверхность по относительному показателю преломления (эффект Бекке).
5.Плеохроизм.
6.Псевдоабсорбция.
Форма зёрен – является важным диагностическим признаком минерала, так как позволяет дать объемное представление о кристалле. При формировании кристаллов в природе их форма будет зависеть от наличия свободного пространства.
Взависимости от этого выделяются:
•идиоморфные кристаллы, имеющие хорошие кристаллографические очертания, образуются первыми из расплава и их росту ничто не мешает;
•гипидиоморфные кристаллы, имеющие частично правильные кристаллографические очертания; выделяются позже идиоморфных, которые могут ограничивать их рост;
•ксеноморфные кристаллы, не имеющие правильной формы, образуются в свободных промежутках между уже образованными кристаллами.
Формы минеральных зерен приведены на рис. 1.
Определение формы минералов позволяет судить о последовательности их формирования, скорости роста кристаллов, изменении химического состава распла- вов-растворов, а также геологических условиях образования пород и руд.
Спайность в кристаллах под микроскопом наблюдается в виде тонких, прямых и параллельных линий. При изучении минералов в шлифах определяется характер и количество систем спайности.
В продольных разрядах кристаллов отмечается одна система спайности. Необходимо помнить, что в кристаллах, где плоскости спайности идут по отношению к плоскости шлифа под косым углом (до 30º), спайность отчётливо не наблюдается, трещины спайности трудно заметить. В поперечных разрезах некоторых минералов фиксируются две системы спайности (например, у амфиболов и пироксенов).
4
А |
Б |
Рис. 1. Формы зерен минералов: А – гипидиоморфные формы зерен характерны для мусковита и хлоритоида; ксеноморфные зерна кварца и циркона; Б – идиоморфный авгит, гипидиоморфный плагиоклаз, ксеноморфные выделения оливина и магнетита
Угол между системами трещин и линий спайности определяется следующим образом:
1.Найти зерно с 2-мя системами хорошо наблюдаемых трещин спайности (это поперечный разрез зерна).
2.Поставить одну из систем параллельно вертикальной нити окуляра. Взять отсчёт по любому нониусу лимба столика микроскопа.
3.Повернуть столик микроскопа в любую сторону до совмещения с вертикальной нитью второй системы спайности. Взять отсчёт по этому же нониусу.
4.Разность замеров определяет угол между системами спайности. При значении угла больше 90º необходимо от 180º отнять полученный результат для получения острого угла.
5.Для получения величины угла, при-
ближающегося к истинной, нужно замерить несколько углов в зёрнах одного и того же минерала, взять из всех значений среднее.
У амфиболов углы между системами спайности составляют 56º и 124º; у пирок-
сенов – 87º и 93º.
Сравнение показателя преломления 2 - х минералов или 2 - х различных сред. Показатель преломления канадского бальзама (к. б.) nк. б = 1,537. Все минералы можно сравнивать с этим веществом, применяя некоторые оптические эффекты.
Эффект Бекке ( полоска Бекке) . Наблюдается на границе канадского бальзама с минералом или на границе двух минералов (рис. 2). Полоска представляет скопление световых лучей на границе сред в результате перераспределения световых лучей и обусловлена эффектом полного внутреннего отражения при переходе света из среды с большим показателем преломления n1 в среду с меньшим показателем n2.
5
Для наблюдения полоски Бекке необходимо прикрыть диафрагму под столиком микроскопа при объективе 9х, 10х (в зависимости от марки микроскопа) или по-
ставить объектив 20х.
Необходимо помнить, что при поднятии тубуса микроскопа полоска Бекке движется в сторону среды с большим показателем преломления.
|
|
Рельеф наблюдается у минералов, ко- |
|
торые отличаются по показателю преломле- |
|
|
ния от канадского бальзама (к. б.). |
|
|
|
Различают 3 типа рельефа: |
|
1. |
Положительный, если nминерала > nк. б. |
|
2. |
Нейтральный (не имеют рельефа), если |
|
|
nминерала близок к nк. б. |
|
3. |
Отрицательный, если nминерала < nк. б. |
|
|
В первом случае минералы как бы |
Рис. 2. Световая полоска в шлифе |
приподняты по отношению к канадскому |
|
на границе двух минералов. |
бальзаму в шлифе, в последнем – опущены, |
|
Без анализатора |
вдавлены по сравнению с канадским |
|
|
бальзамом. |
|
Определение показателя преломления минерала производится при объективе 9х (полосу Бекке и эффект Лодочникова определяют при 20х), включаются линза Лазо, линза Бертрана и анализатор.
По рельефу, шагреневой поверхности и поведению полоски Бекке можно определить группу для данного минерала (табл. 1).
Таблица 1
Классификация минералов по показателю преломления
Группа |
n |
Рельеф |
Шагреневая |
Дисперсионный |
|
эффект |
|||||
поверхность |
|||||
|
|
|
Лодочникова |
||
|
|
|
|
||
|
|
Отрица- |
Наблюдается |
Полоска Бекке имеет |
|
I |
1,41– |
тельный, |
|||
при открытой |
розовый цвет, |
||||
1,51 |
хорошо |
||||
|
диафрагме |
идет на к. б. |
|||
|
|
виден |
|||
|
|
|
|
||
|
|
Отрица- |
Отсутствует |
Полоска Бекке имеет |
|
|
1,51– |
розовый цвет |
|||
|
тельный, |
или слабая |
|||
II |
(граница бесцветных |
||||
1,53 |
плохо за- |
(даже при закрытой |
|||
|
минералов и к. б.), |
||||
|
|
метен |
диафрагме) |
идет на к. б. |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
III |
1,53– |
Отсутствует |
Отсутствует |
Полоска Бекке |
|
1,54 |
незаметна |
||||
|
|
|
|
|
Минералы
Флюорит, опал, лейцит, содалит, вулканические стекла риолитов
Плагиоклазы № 0–5 (альбит), к. п. ш., гипс, монтмориллонит, вулканические стекла трахитов, дацитов, андезитов Плагиоклазы № 5–15 (альбит, олигоклаз), халцедон, нефелин, серпентин, вулканическиестекла андезибазальтов
6
|
|
|
|
|
Окончание табл. 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Шагреневая |
Дисперсионный |
|
|
Группа |
n |
Рельеф |
эффект |
Минералы |
||
поверхность |
||||||
|
|
|
Лодочникова |
|
||
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
Плагиоклазы № 15–100 |
|
|
1,54– |
Положи- |
Видна только |
Полоска Бекке имеет |
(олигоклаз–анортит), |
|
IV |
при почти |
зеленоватую окраску, |
кварц, хлориты, |
|||
1,60 |
тельный |
полностью |
мусковит, флюорит, |
|||
|
|
|
закрытойдиафрагме |
идет на минерал |
тальк, вулканические |
|
|
|
|
|
|
стекла базальтов |
|
|
|
|
Положительная, |
Полоска Бекке имеет |
Биотит, роговая |
|
V |
1,60– |
Положи- |
обманка, тремолит, |
|||
1,65 |
тельный |
видна при 1/2 |
зеленоватый цвет, |
актинолит, турмалин, |
||
|
|
|
открытойдиафрагме |
идет на минерал |
топаз, глауконит |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
Положи- |
Положительная |
|
Пироксены, щелочные |
|
VI |
1,65– |
Не улавливается, эффект |
амфиболы, оливин, |
|||
1,75 |
тельный, |
резкая, видна при |
Лодочникова слабый |
силлиманит, ортит, |
||
|
|
резкий |
открытойдиафрагме |
|
гроссуляр |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
Положи- |
|
|
|
|
|
|
тельный, |
Положительная |
|
|
|
|
|
оченьрезкий |
очень резкая |
Дисперсионный эффект |
Эпидот, эгирин, |
|
VII |
> 1,75 |
(зерна как |
(поверхность |
циркон, монацит, сфен, |
||
бы окруже- |
не улавливается |
рутил, анатаз, корунд, |
||||
|
|
ны темно- |
минерала |
|
шеелит, альмандин |
|
|
|
серая) |
|
|||
|
|
серой |
|
|
||
|
|
|
|
|
||
|
|
полосой) |
|
|
|
Шагреневая поверхность – это неровности на поверхности минерала, которые приводят к неравномерному распределению лучей света. Неравномерность освещения позволяет наблюдать неровную поверхность минералов, подобно поверхности кожи (шагреневая кожа имеет очень тонкий рисунок неровностей).
Если разница в показателях преломления минерала и канадского бальзама большая, то все неровности поверхности минерала наблюдаются отчетливо.
Если минерал и канадский бальзам имеют близкие показатели преломления, то шагреневая поверхность практически не видна.
Таким образом, шагреневая поверхность наблюдается тем лучше, чем больше разница в показателях преломления минералов и канадского бальзама.
Псевдоабсорбция – это явление ложного поглощения света (наблюдается только у бесцветных минералов). Некоторые анизотропные минералы имеют большую разницу в показателях преломления по Ng и Nр. Например, у кальцита
Ng = No = 1,658 (группа VI), Nр = Nе = 1,486 (группа I).
При вращении столика микроскопа минерал по показателю преломления будет относиться к разным группам:
•в положении, когда показатель преломления отличается от nк.б, у минерала отмечается резкий рельеф и шагреневая поверхность (в данном случае это nq);
•в положении, когда показатель преломления близок к nк.б, у минерала рельеф и шагреневая поверхность проявляются крайне слабо (в данном положении это
Nр) (рис. 3).
7
Рис. 3. Псевдоабсорбция в кальците (без анализатора). А, Б – наблюдаются изменения в рельефе, шагрени в левой и правой половине зерна кальцита
Плеохроизм – изменение цвета минерала при повороте столика микроскопа (наблюдается только у окрашенных минералов).
Плеохроизм происходит в результате различного поглощения света в кристалле в разных направлениях (рис. 4).
Различают 3 типа плеохроизма:
1.Изменяется интенсивность окраски. Например, у биотита с тёмно-коричневого до светло-коричневого.
2.Изменяется цвет минерала. Например, с коричневого на зелёный.
3.Изменяется и цвет, и интенсивность одновременно. Например, с тёмнозелёного до светло-коричневого.
Рис. 4. Плеохроизм биотита: фотография шлифов без анализатора.
А – в направлении, параллельно колебанию световых волн поляризатора; Б – в направлении, перпендикулярно направлению колебания световых волн поляризатора
8
1.2. ИССЛЕДОВАНИЯ МИНЕРАЛОВ В СКРЕЩЕННЫХ НИКОЛЯХ
Для изучения минералов в скрещенных николях в оптическую систему микроскопа вводится верхний николь (анализатор).
Определяются следующие свойства:
1.Толщина шлифа.
2.Разность хода лучей.
3.Величина двупреломления (Ng – Np).
4.Угол погасания с : Ng
5.Знак зоны (оптический характер удлинения зерна).
6.Схема абсорбции.
7.Двойники.
Величину двупреломления, разность хода лучей и толщину шлифа
определяют, пользуясь формулой
R= d (Ng – Np),
где R – разность хода лучей; d − толщина шлифа; (Ng – Np) – величина двойного лучепреломления.
Для определения величины двупреломления применяется цветная номограмма Мишель-Леви (рис. 13). С нижнего левого угла номограммы веером вверх и вправо расходится пучок прямых линий. Они соединяют точки равных величин силы двупреломления при разных толщинах шлифа и разных значениях R.
Отложив по горизонтали величину разности хода, а по вертикали толщину кристаллической пластинки, получим на номограмме точку. Проведя через эту точку и левый нижний угол прямую, на пересечении с верхней (или правой боковой) границей рамки найдем величину (Ng – Np).
Характер погасания минерала зависит от положения оптической индикатрисы по отношению к кристаллографическим осям. Углы погасания ( с : Ng) определяются на разрезах минералов, параллельных главному сечению индикатрисы NgNp и имеющих наивысшую интерференционную окраску. В кристаллах разных сингоний оптическая индикатриса ориентирована различным образом.
Минерал имеет прямое погасание ( с : Ng = 0 ), если в момент погасания с нитями окуляра совпадает ясно выраженное кристаллографическое направление минерала, обычно это трещины спайности, удлинение или направление граней. Погасание считается косым, если в момент погасания между нитями окуляра и хорошо заметными кристаллографическим направлением образуется некоторый угол – угол погасания ( с : Ng ≠ 0 ) (рис. 5).
Рис. 5. Косое погасание в пироксене
(http://www.gly.bris.ac.uk/www /teach/ opmin/mins.html#pleo)
9
Кристаллы средних сингоний (гексагональной, тетрагональной, тригональной) всегда обладают прямым погасанием относительно удлинения минерала.
Кристаллы ромбической сингонии отличаются на ориентированных разрезах прямым погасанием относительно всех кристаллографических осей.
В моноклинных минералах прямое погасание наблюдается только в одной кристаллографической зоне (зона второго пинакоида), на всех других разрезах погасание всегда косое.
На всех разрезах триклинных минералов наблюдаются косые погасания.
Под характером удлинения минерала или знаком его главной зоны
подразумевают взаимное расположение осей индикатрисы и кристаллографическое направление, в котором вытянут кристалл. Знак удлинения определяется в том случае, если угловое расстояние между осью индикатрисы и осью удлинения меньше 45о.
Для определения схемы абсорбции минерала обычно прибегают к визуальному сопоставлению интенсивности окрасок зерна в основных кристаллооптических направлениях. Последовательно совмещают положение осей индикатрисы с плоскостью световых колебаний поляризованного света.
Порядок определения силы двупреломления
1.Выбрать разрез минерала с наивысшей интерференционной окраской.
2.Поставить выбранное зерно на крест нитей, вращением столика микроскопа привести его в положение погасания.
3.От положения погасания повернуть столик на 45º в любую сторону. Этим добиваются максимального просветления минерала, во-первых, и параллельного прорези в микроскопе направления колебаний в кристалле, во-вторых.
4.В прорезь микроскопа тонким концом вперед ввести кварцевый клин и наблюдать смену интерференционных окрасок на данном зерне:
•зерно становится темно-серым (произошла компенсация); интерференционная окраска клина соответствует интерференционной окраске минерала, но расположение осей индикатрисы в них обратное;
•цвета сменяются последовательно и компенсации не происходит; повер-
нуть столик микроскопа на 90º (или на 45º в противоположную сторону от положения погасания) и снова ввести клин, наблюдая за сменой окрасок до появления тем- но-серого цвета.
5.Определить, к какому порядку относится данная интерференционная окраска, т. е. установить разность хода в исследуемом минерале. Для этого, вынимая клин, по смене интерференционных окрасок на канадском бальзаме определяют порядок того цвета.
6.По таблице Мишель-Леви определить величину двупреломления минерала. По горизонтальной линии, соответствующей толщине шлифа (0,03 мм), находят цвет, который был компенсирован. По проходящей из угла диаграммы линии для этого цвета на верхней части диаграммы смотрят значение двупреломления.
Порядок определения угла погасания и знака зоны
1.Выбрать зерно с наивысшей интерференционной окраской для данного минерала. Поставить зерно на крест нитей.
2.Поворотом столика микроскопа установить параллельно вертикальной нити окуляра какой-либо кристаллографический элемент, заметный в зерне (спайность, удлинение). Включить анализатор и определить характер погасания минерала:
10