Автор работы: Пользователь скрыл имя, 22 Декабря 2013 в 21:34, курс лекций
Петрография изучает горные породы, которые являются природными ассоциациями минералов, слагающих земную кору и мантию Земли и планет ее группы. Горные породы слагают конкретные геологические тела и разнообразные сообщества пород (геологические формации), связанные сходством генезиса, палеогеографических и тектонических условий, а также образованием в них полезных ископаемых. Петрография носит в какой-то степени описательный характер, однако неотъемлемой ее частью является генетический аспект породообразования, дающий основные представления об эволюции магматического вещества в мантии и земной коре и механизме преобразования расплавов в горные породы. Петрография тесно связана с минералогией, кристаллографией, физической химией, различными разделами физики и с другими науками о Земле.
Объемы игнимбритов
Внутреннее строение потоков обычно неоднородно, но выявляются некоторые закономерности: в основании его залегают породы пепловидного строения (вплоть до рыхлых пород), которые вверх по разрезу сменяются породами с флюидальной текстурой, а затем вновь появляются более рыхлые разновидности с пепловидной основной массой. Сторонники теории формирования игнимбритов из пирокластического материала объясняют такие особенности строения спеканием пирокластических частичек; сторонники лавового происхождения – различным соотношением и режимом отделений магмофобных и магмофильных флюидов в разных порциях расплава. Наряду с покровами установлены и субвулканические тела (силлы большой протяженности, дайки), сопровождающиеся апофизами (ответвлениями), что свидетельствует о большой подвижности магм.
Игнимбриты широко распространены на Дальнем Востоке, где они участвуют в строении Чукотско-Охотского вулканического пояса и имеют меловой возраст. Игнимбриты девонского и каменноугольного возраста встречаются в Центральном Казахстане и Средней Азии. Известны они в Америке, Новой Зеландии и других регионах.
Туфы риолитового состава, обсидианы и пемзы используются в силикатной и строительной промышленности. Они употребляются как гидравлические добавки к цементу. Пемзы являются также прекрасным абразивным материалом.
Кислые лавы и их пирокластические образования риолитовой формации в ряде регионов подвергаются процессу окварцевания и превращаются во вторичные кварциты, с которыми связаны месторождения алунита, андалузита, пирофиллита, диаспора и корунда, а также месторождения золота, серебра, меди и полиметаллов.
Диасхистовые горные породы кислого состава представлены лейкократовыми разностями – гранитными аплитами и пегматитами. Меланократовые асхистовые разности, сопровождающие гранитоидные интрузивы, не содержат кварца, поэтому рассматриваются как породы группы диорита – андезита или сиенита – трахита.
Аплиты – тонкозернистые, сахаровидные породы, состоящие из кварца и полевых шпатов. В аплитах, сопровождающих граниты, в ничтожном количестве встречается биотит, а в щелочных аплитах – щелочной пироксен и амфибол. Обычные акцессорные минералы – апатит, магнетит, циркон. Часто в виде примеси находится мусковит, изредка гранат и турмалин. В некоторых аплитах присутствуют ортит, ксенотим, топаз и другие редкие минералы, более свойственные пегматитам. Структура аплитов паналлотриоморфнозернистая – аплитовая и гранулитовая. Они всегда являются более мелкозернистыми породами, чем граниты, в которых они залегают в виде жил и даек (рис. 18).
Рис. 18. Схема пластовых форм аплитовых жил
в гранитах: а – граниты; б – аплиты;
с – вмещающие породы (по Е. А. Кузнецову, 1970).
Пегматиты отличаются крупно- и гигантозернистой структурой. Очень типично для них присутствие графических прорастаний калиевого полевого шпата кварцем, а также развитие миароловых пустот с крупными кристаллами. В соответствии с составом различают пегматиты простого и сложного типов.
Простые пегматиты состоят из кварца, полевого шпата, слюды (немного) и небольшого количества акцессорных минералов. Таким образом, по минеральному составу такие пегматиты имеют сходство с аплитами. Они образуют протяженные пегматитовые поля внутри гранитных батолитов, в контактовых зонах или на некотором удалении от гранитов.
Сложные пегматиты содержат кроме кварца, полевого шпата и слюды, много разнообразных минералов, таких, как апатит, берилл, касситерит, ксенотим, монацит, танталит, колумбит, лепидолит, уранинит, циркон и др. Эти минералы отчасти являются акцессорными, кристаллизовавшимися из расплава, а отчасти вторичными, пневматолитовыми образованиями. Тела сложных пегматитов имеют зональное строение. Краевые части менее крупнозернистые, чем центральные. Редкие минералы встречаются преимущественно в центральных частях тел. Пегматиты залегают в виде даек, жил, линзовидных тел, шлиров. Они приурочены к гранитным массивам как в геосинклинально-складчатых областях (Урал, Казахстан), так и к платформенным массивам, например, Коростенский массив (Украина), массивы Балтийского щита, Забайкалья и других областей. С пегматитами связаны месторождения редких металлов, драгоценных камней (Урал, Украина), флюорита (Казахстан), слюды (Витимское нагорье, Урал, Казахстан).
Образование аплитов и
Среди множества гипотез, объясняющих образование пегматитов, существуют три основные группы.
1. А. Н. Заварицкий (1955) предположил, что сложные пегматиты образуются за счет преобразования простых пегматитов, аплитов или гранитов при дальнейших пневматолитовых и гидротермальных процессах замещения. Газовые и гидротермальные растворы возникают в последние стадии застывания магмы. Из газовых и гидротермальных растворов кристаллизуются различные акцессорные минералы, которыми так богаты сложные пегматиты.
2. Предполагается, что сложные пегматиты возникают из остаточной магмы в закрытых системах в результате последовательной кристаллизации минералов из фракций все более и более обогащенных летучими компонентами. Такое представление о происхождении пегматитов разделяют многие исследователи, в том числе и А. Е. Ферсман.
3. Образование простых
1. Какие породы кислого состава произошли из жидких, а какие из вязких магм? Как можно это доказать? 2. Какие внешние признаки укажут на то, что риолит претерпел вторичные изменения? 3. Какие вулканические стекла кислого состава вы знаете и чем они друг от друга отличаются? 4. Каково строение игнимбритовых потоков и гипотезы их образования? 5. Какие существуют гипотезы образования пегматитов и аплитов?
Понятие о магматических формациях. Гипотезы происхождения пород ультраосновного и основного состава. Кристаллизационная дифференциация базальтовой магмы (ликвация, миграция вещества по принципу Соре, газовый перенос). Самостоятельная перидотитовая магма и протрузии. Гипотезы происхождения пород кислого состава (магматическое происхождение гранитов, палингенная гранитная магма, метасоматические теории образования гранитов).
Существенную часть петрологии составляют гипотезы, которые могут значительно меняться в связи с развитием не только геологических, но и других родственных дисциплин. В геологии активно развивается направление, главная задача которого – установление закономерностей развития магматизма в крупных структурных элементах земной коры. Для решения этой задачи необходимо выяснение приуроченности разных типов горных пород и их естественных ассоциаций к определенным геологическим условиям. В настоящее время уже многое сделано для установления последовательности развития магматизма в процессе развития подвижных поясов и платформ и приуроченности отдельных магматических образований к определенным зонам, этапам или стадиям формирования этих структур, но еще многие вопросы требуют разрешения. Основная закономерность развития магматических процессов, а именно повторяемость процессов определила потребность выделения групп родственных пород, занимающих определенное место в процессе формирования складчатой зоны. В связи с этими проблемами в геологии было введено понятие «формация».
Формация – это совокупность естественных сообществ горных пород (плутонических, вулканических, метаморфических, осадочных), характеризующихся близкими петрографическими и металлогеническими чертами, сходным положением в крупных структурах земной коры и возникающих на определенных стадиях последних. Формации устанавливаются эмпирически на основании «постоянной повторяемости в самые различные геологические периоды одних и тех же или близких ассоциаций горных пород, закономерно связанных с одними же или близкими условиями нахождения» (Ю. А. Кузнецов, 1964), иначе говоря, «формация – это комплекс горных пород, парагенетически связанных между собой, возникающих в определенной структурно-фациальной зоне» (Н. С. Шатский).
Наиболее крупными магматическими формациями геосинклинальных зон являются: 1) спилит-кератофировая, гипербазитовая и габбро-пироксенит-дунитовая, отвечающие стадии заложения геосинклинальных прогибов, и 2) базальт-андезит-риолитовая и гранитоидная, характеризующие второй этап развития геосинклиналей – стадию их замыкания (Магматические горные…, 1987).
Изучение магматических формаци
Современные взгляды на генезис ультраосновных и основных пород исходят из следующих трех точек зрения.
1. Первичной магмой является
базальтовая, и все
2. Кроме базальтовой существует самостоятельная перидотитовая магма, которая поступает из более глубоких частей земной коры; возникновение ее связано с заложением глубинных разломов в симатической оболочке.
3. Ультраосновные породы имеют не магматическое происхождение (путем протрузии).
Наиболее ранней теорией была хорошо обоснованная экспериментальными данными теория кристаллизационной дифференциации американского исследователя Н. Л. Боуэна (1928). Согласно этой теории первичной магмой является магма базальтового состава, а все многообразие магматических пород (в том числе и гранитоидов) объясняется кристаллизационной дифференциацией. Боуэн показал, что между выпавшими кристаллами и жидкостью существуют реакционные взаимоотношения. Он выделил ряд непрерывных реакций в твердых растворах плагиоклазов и ряд прерывающейся реакционной серии. Второй ряд управляет процессом кристаллизации цветных силикатов. Между этими рядами Н. Л. Боуэн допускал наличие эвтектических соотношений. Реакционные ряды Н. Л. Боуэна по горизонтали формируют все главные типы магматических горных пород. Существование реакционных серий позволило прийти к заключению о строго определенном порядке кристаллизации всех минералов. В случае реакционной пары и непрерывного реакционного ряда всегда раньше выделяется более высокий член ряда (см. рис. 1). Минералы, находящиеся в различных горизонтальных рядах, не встречаются совместно. Минералы нижней части ряда не могут растворять минералы верхней его части. Эта теория была широко признана в 30–40-х гг. XX века.
Однако еще в момент ее возникновения Ф. Ю. Левинсон-Лессинг и В. Н. Лодочников выступили против универсальности этого принципа в петрогенезисе. Основной аргумент их заключался в том, что естественные соотношения горных пород основного и кислого состава не отвечают реакционному принципу – в земной коре гранитоиды резко преобладают над габброидами, тогда как при процессах дифференциации базальтовой магмы должно было быть наоборот. При дифференциации последней должно было получиться только от 30 до 10 % гранитной магмы. Вторым аргументом явилось то, что Н. Л. Боуэн, считая, что минералы нижней части ряда не могут растворять минералы верхней его части, по сути, отрицает факт растворения гранитной магмой основных пород, тогда как примеры этого широко известны в природе. Все сомнения, высказанные учеными, позволили правильно установить порядок выделения акцессорных минералов, которые из-за содержания редких и летучих компонентов обладают большой кристаллизационной силой и кристаллизуются на заключительных этапах, обладая тем не менее идиоморфизмом. Кроме того, правило реакционных соотношений минералов применимо только для пород нормальной щелочности, тогда как для щелочных пород действуют свои закономерности кристаллизации.
Магматическая дифференциация происходит в расплаве еще до того, как он начал кристаллизоваться. Возможными факторами магматической дифференциации являются следующие:
Ликвация – это процесс расщепления одного расплава на два при понижении температуры. В результате ликвации магмы перестают обладать свойствами идеальных растворов, из-за чего в них развивается жидкостная несмесимость. Ликвация экспериментальным путем была доказана для силикатных и сульфидных расплавов (при определенных условиях расплав распадается на силикатную и сульфидную составляющие, которые не могут смешиваться). Впервые этот принцип для объяснения происхождения магматических пород применил Ф. Ю. Левинсон-Лессинг. Он установил, что толчком к ликвации могут служить два процесса: 1) захват расплавом чужеродных пород, т. е. ассимиляцию, которая приводит к изменению состава магм; 2) удаление из расплава летучих компонентов, т. е. дистилляцию и опять же изменение состава и соотношения летучих компонентов.
В настоящее время ликвационный принцип считается наиболее вероятным и применяется для объяснения механизма образования (Маракушев, 1991):
а) месторождений хрома, платины, сульфидов никеля и меди в ультраосновных и основных породах;
б) происхождения расслоенности массивов основного – ультраосновного состава (например, Бушвельдский);