Магматичні гірські породи та їх визначення

Мета і завдання роботи

Метою роботи є вивчення студентами магматичних порід та їх класифікації.

З Н А Т И структурні, текстурні, фізико-хімічні та інші особливості магматичних гірських порід і їх розповсюдження в земній корі.

В М І Т И визначати магматичні гірські породи, їх структуру, текстуру і мінеральний склад.

Основні теоретичні положення

Магматичні гірські породи утворюються в процесі розкристалізації або затвердіння природних силікатних розплавів, які виникли в глибинних зонах земної кори або вилились на її поверхню в результаті пониження температури. Перш за все необхідно засвоїти, що в залежності від умов, в яких проходить перетворення магматичного розплаву в тверде тіло, розрізняють інтрузивні породи, коли розплав-магма розкристалізовується в глибинах земної кори не піднімаючись на поверхню, і ефузивні породи, які утворились в результаті застигання розплаву-лави на поверхні Землі. В цьому зв’язку також необхідно чітко представляти собі різницю понять про магму і лаву та особливості їх складу.

Магма – це вогняно-рідинна рухома маса, яка складається із суміші твердої та газоподібної фаз, які розкристалізовуючись утворюють інтрузивну групу порід.

Лава – це вогняно-рідинна рухома маса, яка вилилась або витиснулась на поверхню Землі, в результаті чого втратила значну частину газоподібних компонентів, з якої і сформувалась група ефузивних порід.

При застиганні магми в процесі її еволюції відбувається кристалізаційна диференціація, суть якої полягає в наступному: першими розкристалізовуються найбільш тугоплавкі компоненти, що утворюють рудні мінерали; в подальшому при застиганні магми виділяються мінерали багаті Fe, Mg, Ca, Ti та ін., в подальшому виділяються мінерали, які містять у своєму складі K, Na, Al, Si та інші менш тугоплавкі компоненти. Закінчується процес розкристалізації магми виділенням вільної кремнекислоти у вигляді кварцу (SiO₂), а також мусковіту і цеолітів.

Процес застигання лави більш складний – він починається на деяких глибинах як в жерлах вулканів, так і в міжпластовому просторі і закінчується на поверхні Землі в результаті виливу лави або викиду різноманітних газів, застиглих лавових уламків (бомби, лапілі, пісок, попіл) в атмосферу. Отже, для ефузивних порід характерним є наявність реліктів типово магматичних структур (кімберліти), а також типових скловидних та інших структур властивих типово ефузивним породам.

Класифікація магматичних гірських порід базується на їх хімічному і мінеральному складі. За хімічним складом, який в значній мірі обумовлений вмістом кремнезему (SiO₂) всі магматичні породи поділяються на: ультраоснові, основні, середні і кислі. Лужна група порід виділяється за вмістом суми лугів (Na₂O + K₂O + H₂O).

Для віднесення породи до однієї з цих груп не обов’язково знати хімічний склад породи, так як хімічний склад порід відтворюється в їх мінеральному складі. Чим більше в породі кварцу, тим вона кисліша. При збільшенні кількості темнокольорових мінералів (піроксени, амфіболи), порода стає більш основною. В ній збільшується вміст заліза, магнію і кальцію з одночасним зменшенням кремнезему. За такими же ознаками визначаються інші групи порід.

До основних відмінних ознак магматичних гірських порід відносяться також мінеральний склад і кількісне співвідношення головних мінералів, забарвлення. Методика визначення цих основних показників наводиться нижче одночасно як для інтрузивних, так і ефузивних магматичних гірських порід.

Колір. В інтрузивних та ефузивних породах найрізноманітніший, так як складові породи-мінерали забарвлені у різні кольори. Якщо деякі мінерали в породі утворюють ізольовані скупчення (шліри або смуги), то забарвлення є плямистим, смугастим та ін. Породи, забарвлені у світлі відтінки, називають лейкократовими, а темні – меланократовими. Чим більша меланократова порода, тим більше в ній темнозабарвлених мінералів і більше кольорове число.

Текстура. Для інтрузивних порід найбільш характерними є масивна, смугаста, плямиста та інші типи текстури, які дуже добре розпізнаються при макроскопічному дослідженні або під бінокулярною лупою.

Найбільш розповсюджені текстури ефузивних порід – масивна, смугаста, шарувата, плямиста, пухирцева, міндалекам’яна, флюїдальна, трахітова.

Структура. В інтрузивних породах при макроскопічному спостереженні добре розрізняють тільки наступні структури: 1) дрібнозерниста (розмір зерен менший 0.5 мм); 2) середньозерниста (розмір зерен від 0.5 мм) і 3) гігантозерниста (розмір зерен більший 5 мм). Структури бувають рівномірнозернистими і нерівномірнозернистими, коли одні зерна за розмірами різко відрізняються від інших. Найбільш типовими для ефузивних порід є порфірові структури, для яких характерна наявність в дуже дрібнозернистій або скритокристалічній масі окремих великих кристалів-вкраплеників, і афітова, властива породам, в яких відсутні вкрапленики.

Мінеральний склад. До складу магматичних гірських порід входить дві основні групи мінералів – головні породоутворюючі, які присутні в кількості від декількох до десятків процентів і визначають тип породи, і другорядні, які присутні в одиницях і долях процентів. Особлива роль належить так званим акцесорним мінералам, які присутні в гірській породі в незначній кількості (соті долі процентів), однак в багатьох випадках є типоморфними для окремих типів порід (циркон – для гранітів; апатит – для діоритів та ін.). Часто в магматичних породах присутні окремі мінерали, які утворюються за рахунок первинних в результаті наступних вторинних процесів. Це хлорит, епідот, ціозит, серпентин та ін.

В ефузивних породах основну увагу звертається на вивчення вкраплень. В описі повинні бути відмічені розміри вкраплеників, форма зерен і діагностичні ознаки мінералів.

Кількісне співвідношення головних мінералів. Воно виражається в процентах до всього об’єму породи.

В ефузивних породах визначається характер розподілу і кількісне співвідношення (в %) вкраплеників один з одним та з основною масою.

Забарвлення (кольорове число). Під кольоровим числом або кольоровим індексом розуміють кількість об’єму в % темноколірних мінералів у певному зразку гірської породи. Кольорове число визначається макроскопічно або під бінокулярною лупою за наявністю в породі темнозабарвлених мінералів – біотиту, піроксенів, амфіболів та ін.

Магматичні гірські породи, як вказувалось вище, за вмістом SiO₂ поділяються на ультраосновні, основні, середні, кислі і лужні (таблиця 3.1).

Короткий опис окремих магматичних порід

Ультраосновні породи

Залежно від вмісту олівіну серед ультраосновних порід виділяють групу перидотитів, до складу яких входять інтрузивні перидотити, дуніти і піроксеніти. Ефузивні аналоги в цій групі надзвичайно рідкісні і представлені пікритами і кімберлітами.

Перидотити – породи майже чорного з зеленим відтінком кольору середньозернистої структури і масивної текстури. Мінеральний склад - олівін (30 – 70%) і піроксени (70 – 30%).

Дуніти – породи темно-зеленого забарвлення. Структура рівномірнозерниста, дрібно- і середньозерниста. Текстура масивна. Головний породоутворюючий мінерал олівін, вміст якого в породі 85 – 100%. Іноді містять магнетит і піроксени.

Таблиця 3.1 - Класифікація магматичних гірських порід

№ п/п	Типи порід	Породи
		інтрузивні	ефузивні
1	ультра-основні SiO2 < 45%	перидотити, дуніти, піро- ксеніти	пікрити, кім- берліти
2	Основні SiO2 45 – 52%	габро, лабрадорити	базальти
3	Середні SiO2 52 – 65%	діорити, квар- цеві діорити	андезити, анде- зитові порфіри
4	Кислі SiO2 > 65%	граніти, гранодіорити	ріоліти, дацити
5	Лужні Na2O + K2O + Li2O 9 – 12%	нормальні сіє- ніти, лужні сієніти, ніфелінові сієніти	трахіти, трахі- тові порфіри, фоноліти

Піроксеніти – породи чорного кольору, у змінених відмінах – з зеленуватим відтінком. Структура порід середньо- і крупнозерниста. Текстура масивна. Головними породоутворюючими мінералами є піроксени. Іноді вміщує магнетит.

Як видно, ультраосновні породи мають темно-зелене до чорного забарвлення, їх густина коливається в межах 3,20 – 3,50 г/см³, збагачені деякими рудними мінералами (магнетит, хроміт та ін.), мають підвищену магнітність.

Ефузивними аналогами ультраосновних порід є пікрити і кімберліти.

Кімберліти – брекчієвидні породи зеленувато-сірого або блакитно-сірого кольорів із включеннями уламків перидотитів, дунітів і піроксенітів. Головними породоутворюючими мінералами є олівін, піроксени, піроп та ін. Як рудний мінерал в кімберліті присутній алмаз.

Корисні копалини. З групою ультраосновних порід генетично пов’язані чисельні корисні копалини, серед яких основними є родовища хрому і платини, тальку, азбесту і алмазів.

Основні породи

До групи основних порід належать габро, лабрадорит і їх ефузивний аналог – базальт. Головними породоутворюючими мінералами порід цієї групи є піроксени і основні плагіоклази.

Габро – порода у свіжому стані темно-сірого або майже чорного кольору. Структура рівномірнозерниста, середньо- і крупнозерниста. Текстура масивна часто смугаста, з чергуванням темних і ясних смужок, що пояснюється різним вмістом фемічних мінералів. Складене габро плагіоклазом (50%) і піроксеном (50%). Серед другорядних мінералів присутні олівін, рогова обманка, біотит, апатит, а також такі рудні мінерали, як магнетит, який часто утворює промислові родовища.

Лабрадорит – темно-сіра порода, складена в основному із основного плагіоклазу – анортиту. Із акцесорних мінералів присутній магнетит. Структура крупно- до гігантозернистої, текстура масивна, а іноді з субпаралельним розміщенням таблитчастих кристалів.

Базальт – порода чорного кольору, дуже щільна, скритокристалічна або тонкозерниста. Текстура масивна, часто скловидна і пориста. Вкрапленики представлені піроксенами, плагіоклазами, а іноді і олівіном. Основна маса базальтів складена вулканічним склом з мікролітами плагіоклазу і піроксену та домішками магнетиту.

Корисні копалини. З даною групою порід пов’язані сульфідно-мідно-нікелеві родовища і родовища оптичного ісландського шпату. В останні роки такі породи як базальти використовуються для виробництва кам’яного литва, а також виготовлення мінеральної вати.

Середні породи

До середніх порід належать діорити і їх ефузивні аналоги андезити і андезитові порфірити.

Діорити – породи сірого кольору. Складені плагіоклазами (65 – 70%) і роговою обманкою (до 30%). Іноді присутні піроксен і біотит (до 5%). Структура рівномірнозерниста, середньо- або дрібнозерниста. Текстура масивна, іноді з темно-сірими ділянками – плямами, збагаченими фемічними мінералами. Для діоритів характерним є підвищений вміст акцесорних мінералів: апатиту, магнетиту та інших, який може становити 5%.

Кварцеві діорити – породи сірого забарвлення. Складені плагіоклазами (50 – 60%) і роговою обманкою (до 20 – 25%). На відміну від діориту можуть вміщувати від 5 до 20% кварцу і меншу кількість кольорових мінералів. По суті це перехідна різновидність до гранітів. Структура в більшості рівномірнозерниста з вкраплениками ідіоморфних кристалів плагіоклазів і ксеноморфним виділенням зерен кварцу.

Діорити і гранодіорити щільні, міцні породи. З ними часто генетично пов’язані родовища залізних і мідних руд, які утворилися на контакті з вапняками.

Андезити – породи сірого і темно-сірого, іноді жовтувато-сірого кольорів, вкрапленики в яких представлені плагіоклазами, роговою обманкою, біотитом та іншими мінералами. Основна маса андезитів складена мікролітами плагіоклазів і яснозабарвленого вулканічного скла. Крім цього, в основній масі постійно присутні дрібні зерна магнетиту і голчасті кристали апатиту. Структури скловидні з вкраплениками кристалів плагіоклазів. Текстура масивна або пориста.

Андезитові порфіри – відрізняються від андезитів наявністю великої кількості продуктів вторинних змін плагіоклазів, в результаті чого вони стають білими, а також вулканічного скла, яке заміщується тонкими лусками зеленуватого хлориту.

Корисні копалини. З цією групою порід пов’язані родовища залізних і мідних руд, сульфідів свинцю і цинку, іноді золота. Деякі із цих порід самі є корисними копалинами. Так андезити використовуються як цінний будівельний і кислотостійкий матеріал.

Кислі породи

Кислі породи відносяться до найбільш поширених. Вони становлять біля 60% площ розвитку магнітних порід. При цьому інтрузивні породи складають біля 50%, а ефузивні – лише 10%, що різко їх виділяє серед інших типів магматичних порід, в яких переважають ефузивні аналоги.

Характерною особливістю цієї групи порід є постійна присутність в них кварцу, високий вміст калій-натрієвих польових шпатів і низький вміст фемічних мінералів.

Серед кислих порід цієї групи найбільш поширеними є граніти і гранодіорити і їх ефузивні аналоги ріоліти і дацити.

Граніти. Під терміном ”граніти” об’єднують породи , які в своєму складі містять різні за хімічним складом польові шпати (плагіоклази, мікроклін, ортоклаз), кварц та слюди (мусковіт, біотит). Їх вміст в гранітах може коливатися в значних межах, що дозволяє виділяти відповідні різновидності – плагіограніти, мікроклінові ганіти та ін.

До складу гранітів входять наступні мінерали: кварц – 25 – 30%, мікроклін і ортоклаз – 35 – 40%, плагіоклаз – 20 – 25%, а також біотит, мусковіт, рогова обманка та ін. Із акцесорних мінералів присутні апатит, циркон, магнетит, турмалін, флюорит та ін.

Структури гранітів – від дрібно- до гігантозернистих, іноді з порфіровидними вкраплениками польових шпатів. Текстура рівномірнозерниста, іноді з шаруватими ділянками (особливо в приконтактній ендозоні).

Гранодіорити. Від гранітів відрізняються меншим вмістом кварцу (20 – 25%) і підвищеним вмістом фемічних мінералів, в складі яких рогова обманка переважає над біотитом, плагіоклазів над мікрокліном і підвищеним вмістом акцесорних мінералів – апатиту, магнетиту, сфену. Структури гранодіоритів в основному дрібно- і середньозернисті, текстури щільні масивні.

З кислими магматичними інтрузивними породами генетично пов’язана ціла гамма жильних порід: жильних гранітів, аплітів і, особливо, гранітних пегматитів.

Пегматити. Найбільш цікаві утворення серед жильних магматичних порід. Вони, як правило, мають зональну будову, суть якої – у зміні дрібнозернистих (від периферії жили) до гігантозернистих структур з наявністю цілої гамми рудних і нерудних мінералів Be, Li, Ta, Nb, Zr, U, Th, Tr, а також топазів, мусковіту, моріону (темний кварц), флюориту та ін.

Ріоліти – щільні ефузивні породи білого, жовтого, сірого кольорів складені кварцом, водяно-прозорими польовими шпатами в загальній складній масі, яка забарвлена в чорні, бурі, червонуваті, зеленуваті відтінки. Іноді серед вкраплеників можуть бути присутні луски біотиту. Структури в основному скловидні; текстури в більшості смугасті у вигляді звивистих струменів.

Дацити – відрізняються від ріолітів відсутністю вкраплеників калій-натрієвих польових шпатів. До їх складу належать кварц, зональні плагіоклази, біотит, рогова обманка і піроксени. Основна маса скловидна.

Серед дацитів залежно від вмісту води виділяють наступні їх різновидності: обсидіани – темні, часто чорні скловидні породи, які практично не містять води, перліти – вулканічне скло з характерною шкарлупчатою окремістю, в складі яких вміст води досягає 3 – 4%, і пемзу – легку, ясно-сіру до білої пористу породу, яка утворилася в результаті застигання піноподібної лави.

Породи, які відносяться до дацитів - скловидні, пористі.

Корисні копалини. З кислими магматичними породами генетично пов’язана значна кількість різноманітних корисних копалин. Це родовища олова, вольфраму, молібдену, золота, свинцю, цинку, рідкісних і радіоактивних металів, нерудних корисних копалин – топазів, берилу, моріону (чорний кварц), мусковіту, флюориту, бариту та ін. Необхідно відмітити, що більшість кислих порід і самі є корисними копалинами і використовуються як будівельний, облицювальний і скульптурний матеріал.

Лужні породи

До лужних магматичних гірських порід належать породи групи сієнітів-трахітів і ніфелінових сієнітів-фонолітів.

До складу лужних порід групи сієнітів-трахітів входять дві інтрузивні відміни: нормальні сієніти і лужні сієніти і їх ефузивні аналоги трахіти і трахітові порфіри.

Нормальні сієніти – породи яскраві, забарвлені в рожеві і сіруваті відтінки, що вказує на значний вміст польових шпатів. Вони складені мікрокліном або ортоклазом (50 – 70%), плагіоклазом (10 – 30%), роговою обманкою, біотитом і піроксеном (до 10 – 20%). Іноді присутній кварц – до 15% (кварцевий сієніт).

Лужні сієніти відрізняються від нормальних сієнітів присутністю в них альбіту і появою кольорових мінералів з групи піроксенів.

Структури інтрузивних лужних порід в основному середньо- і крупнозернисті з ідіоморфними вкраплениками кристалів плагіоклазів і кольорових мінералів. Текстури переважно одноріднозернисті, масивні.

Трахіти – порфировидні, яскравозабарвлені в рожеві відтінки породи, які складені, головним чином, тонкокристалічною основною масою з вкраплениками кристалів водянопрозорих польових шпатів і невеликої кількості біотиту, рогової обманки, піроксенів. Для трахітів характерна мікроструктура – в основній тонкозернистій масі наявні видовжені в одному напрямку мікроліти польових шпатів, які утворюють струменеподібні текстури. В трахітах вулканічне скло в основному відсутнє. Основна маса породи – це хаотично розміщені мікроліти. Текстура масивна або пориста.

Ніфелінові сієніти – породи сірого або ясно-сірого кольору, часто з зеленуватим і рожевим відтінками, середньої і крупнозернистої структури і масивної текстури. Ніфеліновий сієніт складений лужними польовими шпатами (65 – 70%), ніфеліном (до 20%) і кольоровими мінералами (10 – 15%). Із акцесорних мінералів присутні сфен, апатит, циркон, а іноді і магматичний кальцит (до 4 – 5%) і титано-цирконієві силікати.

Корисні копалини. З лужними магматичними породами часто пов’язані родовища магнетитових, титано-магнетитових, мідних і апатитових руд, рідкісних і рідкоземельних металів, алюмінієвих руд та ін.

Оформлення звіту

Звіт про виконану роботу виконується на стандартних аркушах паперу. В звіті необхідно коротко викласти мету роботи та основні теоретичні відомості. Навести необхідні схематичні зарисовки та опис зразків.

Запитання для самоконтролю

1 Що таке магматичні породи і в якому середовищі вони утворюються?

2 Які основні відмінності магми від лави?

3 Як поділяються магматичні породи за вмістом SiO₂?

4 Які основні мінерали входять до складу магматичних порід?

5 Чим відрізняються структури інтрузивних порід від ефузивних?

6 На які основні типи поділяються магматичні породи?

7 Які основні критерії покладено в основу діагностики магматичних порід?

8 Які корисні копалини пов’язані з магматичними породами?

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 4