Изучение магматических горных пород

Горными породами называются естественные ассоциации минералов, возникшие в земной коре в результате затвердевания природных силикатных расплавов, накопления осадков и преобразования, ранее существовавших горных пород в процессах метаморфизма.

Каждая горная порода образует в земной коре объемное тело (слой, пласт, линзу, массив, поток, покров и т. д.), имеет определенный вещественный состав и обладает специфическим внутренним строением.

Вещественный состав горных пород характеризуется валовым химическим составом и минеральным составом. Валовый химический состав горных пород выражается в процентах содержанием главных окислов: Al₂О₃, SiО₂, Fе₂О₃, FеО, СаО, MgО, Nа₂О, К₂О, Н₂О.

Если горные породы состоят преимущественно из одного минерала (дунит, кварцит, известняк, каменная соль), они называются мономинеральными, если же из нескольких (гранит, гнейс, обычная глина) – полиминеральными. В обоих случаях различают главные породообразующие минералы, каждый из которых составляет более 5% объема породы и второстепенные, слагающие менее 5% горной породы.

Акцессорные минералы находятся в очень небольших количествах, но для однотипных пород являются характерными.

Породообразующие минералы делятся на салические (светлоцветные) и фемические (темноцветные), а также на первичные (возникшие в процессе образования горной породы) и вторичные (в процессе последующих ее изменений).

Внутреннее строение горной породы характеризуется структурой и текстурой. Под структурой понимают особенность внутреннего строения горной породы, связанную со степенью ее кристалличности, абсолютными и относительными размерами минеральных зерен или обломков, слагающих породу, их формой и взаимоотношениями; текстура породы – это особенность внешнего ее строения, определяемая характером размещения минеральных зерен, их ориентировкой и окраской.

По условиям и способу образования все горные породы делятся на магматические (изверженные), осадочные и метаморфические.

Магматические горные породы возникают путем кристаллизации природных силикатных расплавов. Эти расплавы зарождаются как в верхней части мантии Земли, так и в земной коре. Поднимаясь вверх, они затвердевают внутри земной коры (интрузивные) или на ее поверхности (эффузивные).

По химическому составу, который определяется содержанием кремнезема SiО₂, все магматические горные породы делятся на кислые (SiО₂ более 75-67%), средние (SiО₂ 67-52%), основные (SiО₂ 52-40%), ультраосновные (SiО₂ менее 40%).

Отношение К₂О+Nа₂О/Аl₂О₃ определяет щелочность породы: если оно меньше единицы, то порода относится к нормальному ряду, а если больше, то к щелочному. Чем больше в породе кварца, тем она кислее; с увеличением количества темноцветных минералов (биотит, амфиболы, пироксены и оливины) порода становится более основной, в ней увеличивается количество железа, магния и кальция и уменьшается количество кремнезема. Для пород щелочного ряда характерен в большом количестве калиевый полевой шпат, нефелин (нефелин никогда не встречается вместе с кварцем). Надежным показателем кислотности породы являются плагиоклазы (макроскопически установить наличие плагиоклаза очень трудно).

По степени вторичных изменений минералов эффузивные породы делятся на кайнотипные – неизмененные и палеотипные – перекристаллизованные под влиянием времени. Вторичные изменения претерпевают калиевые полевые шпаты, которые замещаются каолинитом, биотит и амфиболы – хлоритом, амфиболы – биотитом, пироксены – амфиболами и эпидотом, оливины – серпентином, пироксенами и амфиболами.

Пирокластические горные породы

При извержениях вулканов в атмосферу выбрасывается огромное количество раскаленных обломков вулканического стекла, кристаллов различных минералов, твердеющей лавы. Наиболее распространенными рыхлыми породами этой группы являются вулканический пепел, состоящий из обломков размером до 1 мм, вулканический песок (1 – 2 мм), вулканический гравий (2 – 10 мм), лапилли (веретенообразные обломки застывшей в полете лавы 10 – 30 мм в длину) и вулканические бомбы (обломки и куски застывшей, часто в полете, лавы до нескольких метров в поперечнике). Нередко такие рыхлые отложения претерпевают диагенез и становятся плотными породами магматического генезиса, но в сущности, остаются осадочными образованиями. К ним относятся туфы (чаще всего пепловые), туфопесчаники, туфоконгломераты, туфобрекчии, туффиты (твердые продукты с примесью осадочного материала), лавобрекчии (обломки сцементированные лавой).

Таблица 2

Порядок изучения и описания отличительных признаков
Эффузивных и сходных с ними жильных пород	Интрузивных пород
1.Цвет. 2.Текстура: массивная, полосчатая, слоистая, пятнистая, пузыристая (или миндалекаменная, когда пустоты, напоминающие зерна миндаля, заполнены опалом, халцедоном и др.). Когда вытянутые минералы находятся как бы в окаменевших потоках и струйках жидкой лавы в некоторых интрузивных породах, текстура называется флюидальной (а будучи проявленной в щелочных лавах – трахитовой). Флюидальность отличается крайней невыдержанностью, отдельные «слои» здесь на небольшом расстоянии резко меняются по толщине, прерываются, изгибаются в различные складки. 3.Структура. Наиболее распространена порфировая структура, когда в очень мелкозернистой или скрытокристаллической (афанитовой) основной массе располагаются отдельные крупные кристаллы – вкрапленники, и афировая, когда порода сложена только основной массой без вкрапленников. 4.Минеральный состав вкрапленников, если они есть в породе. 5.Характер распределения и количественные соотношения вкрапленников друг с другом и с основной массой. Описание минералов-вкрапленников: размеры, форма зерен и диагностические признаки минералов. Форма зерен вкрапленников может быть идиоморфной, с хорошей кристаллической огранкой, ксеноморфной, когда минералы утратили собственные кристаллические очертания, и скелетной, если границы зерен оказываются как бы изъеденными основной массой. При макроскопическом описании обычно обращают внимание на цвет основной массы – зеленые оттенки могут указывать на интенсивные вторичные изменения и принадлежность породы к палеотипным (древним) разновидностям. Наличие стекла в основной массе, наоборот, свидетельствует о кайнотипном (молодом) облике породы. Если нельзя уверенно отнести породу к палеотипной или кайнотипной, ее следует определить как кайнотипную. 6.Цветное число – количество темноцветных минералов в объемных процентах. Следует помнить, что кислые породы лейкократовые, с большим количеством кварца; у средних пород преобладает серая окраска (среднее цветное число 20), кварца мало или нет совсем; основные и ультраосновные породы, как правило, не содержат кварца. Цветное число основных пород достаточно велико, и для них свойственна окраска с преобладанием темно-серых тонов (лабрадор, полевой шпат основных пород окрашен в темно-серый цвет), а ультраосновные породы обычно окрашены в цвета, близкие к черным или темно-зеленым, и практически не содержат светлоокрашенных минералов.	1.Цвет. Если некоторые минералы в породе образуют изолированные скопления (шлиры) или полосы, то окраска будет пятнистой, полосчатой и др. Породы, окрашенные в светлые тона, называются лейкократовыми, а в темные – меланократовыми. 2.Текстура: массивная, полосчатая, пятнистая и др. 3.Структура: афанитовая, когда отдельные зерна породы неразличимы; мелкозернистая с размерами кристаллических зерен меньше 0,5 мм в поперечнике; среднезернистая с размерами зерен от 0,5 до 1,0 мм; крупнозернистая – от 1,0 до 5,0 мм и гигантозернистая – более 5,0 мм. Структуры могут быть равномернозернистыми и неравномернозернистыми, когда одни зерна по размерам резко отличаются от других (например, порфировидная структура, образованная крупными кристаллическими зернами в мелкозернистом кристаллическом агрегате; также – пегматитовая структура, напоминающая клиновидные древнеевропейские письмена). 4.Минеральный состав (визуально). Акцессорными минералами часто бывают циркон, сфен, магнетит, апатит и др. 5.Цветное число. 6.Описание главных минералов.

Задание №1: Изучить выданные образцы магматических горных пород, определить тип образцов (эффузивный или интрузивный магматизм), руководствуясь таблицей 2. Произвести описание отличительных признаков магматических горных пород по примеру (смотри ниже).

Например, образец №1 серой породы, с крупными светлыми коричневато-желтыми пятнами. В породе ясно различимы кристаллические зерна, в среднем до 3 мм в поперечнике, и более крупные, до 1,5 см в длину. Из этих данных следует, что структура породы полнокристаллическая, среднезернистая, порфировидная, текстура массивная, и порода является интрузивной (если бы кристаллических зерен не было видно, а структура определялась порфировой или афировой, тогда породу следовало бы отнести к эффузивной или жильной). Серый цвет обусловлен развитием серых зерен плагиоклаза и кварца, составляющих примерно до 30% объема породы. Крупные светлые коричневато-желтые зерна, количество которых также достаточно велико (около 30%), представлены калиевым полевым шпатом. В породе присутствует немного мелких чешуйчатых зерен черного биотита и грубо изометричных очень мелких зерен магнетита; их количество определяет цветное число породы около 5. Наличие кварца дает возможность отнести породу к кислой, или в крайнем случае средней по содержанию кремнезема. Так как количество кварца велико и в породе содержится калиевый полевой шпат, она попадает в группу кислых и однозначно определяется как биотитовый гранит.

Образец №2: темно-серая с зеленым оттенком однородная без видимой общей зернистости порода, с отдельными вкраплениями крупных темно-серых и черных кристаллических зерен. Структура ее определяется как порфировая, текстура – массивная; на этом основании порода может быть отнесена к эффузивной (или жильной). Отсутствие кварца и калиевого полевого шпата во вкрапленниках исключает кислый состав породы. Она может быть средней (не щелочной, так как не содержит калиевого полевого шпата). Большое цветное число (во вкрапленниках пироксен составляет около 20% объема породы, и, кроме того, он, несомненно, содержится в темноокрашенной основной массе) и темно-серый, видимо, основной плагиоклаз вкрапленников определяют породу как основную. Таким образом, учитывая зеленый оттенок основной массы (признак образования вторичных минералов), породу следует назвать базальтовым порфиритом.

Формы залегания магматических горных пород

Интрузивные горные породы формируются в недрах земли и обнажаются на дневной поверхности только на участках глубокого эрозионного среза (рис.6).

Задание №2: Зарисовать схематично формы залегания магматических горных пород (рис.5 и рис.6)? Продолжи их по примеру рис.4.

На рис.6 найди и дорисуй не достающие формы

Рис.4 Некоторые формы залегания: 1- батолит, 2 – лакколит, 3 – покров (покров), 4 – купол.

Рис.5 Формы залегания эффузивных пород (в возрастной последовательности): покровы (а), потоки (б), некки (в), сомма (г) и конусы (д) на поверхности и в разрезах; жирная линия – разлом в складках.

Рис.6 Формы залегания интрузивных горных пород: I – батолит (а); купол (б); шток (в); ксенолиты (г) на эродированной поверхности и в разрезе; II – гарполит (а) и дайки (б) на эродированной поверхности и в разрезе; III – лакколиты (а), лополит (б), штоки (в), дайки (г) и магматический диапир (д) на эродированной поверхности и в разрезе.

Лабораторная работа №4