Контрольная работа: Петрография магматических и метаморфических пород

Петрография магматических и метаморфических пород

Контрольная работа по теме:

Петрография магматических и метаморфических пород

СОДЕРЖАНИЕ

1. ПЕТРОГРАФИЯ МАГМАТИЧЕСКИХ ПОРОД

.1 Петрография как наука

.2 Магма и происхождение горных пород

.3 Классификация магматических пород

.4 Текстуры и структуры магматических пород

.5 Ультраосновные породы нормального ряда

.6 Основные породы нормального ряда

.7 Средние породы нормального ряда

.8 Кислые породы нормального ряда

.9 Субщелочные породы

.10 Щелочные среднего состава

.11 Щелочные породы основного состава

. ПЕТРОГРАФИЯ МЕТАМОРФИЧЕСКИХ ПОРОД

.1 Факторы и типы метаморфизма

.2 Минеральный состав, текстуры и структуры метаморфических пород

.3 Классификация и основные типы метаморфических пород

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. ПЕТРОГРАФИЯ МАГМАТИЧЕСКИХ ПОРОД

.1 Петрография как наука

Петрография является наукой геологического цикла, целью которой является всестороннее изучение горных пород, включая их происхождение. Следует отметить, что по своей сути петрография должна заниматься всеми типами горных пород, включая магматические, осадочные и метаморфические. Ранее термин петрография осадочных пород имел достаточно широкое хождение. Однако впоследствии понятие петрографии сузилось и из ее предмета были исключены осадочные породы, которыми стала заниматься литология (в отечественной традиции) или седиментология (в зарубежной традиции). Следует также отметить, что многие из вопросов (классификация и строение массивов, возраст пород и т.д.), которые в российской науке относятся к петрографии, в зарубежных научных традициях отнесены к сферам интереса стратиграфии или тектоники. Более того, сам термин "петрография" имеет неоднозначное толкование. Во многих научных школах предпочтительным считается термин "петрология", которая занимается изучением генезиса магматических и метаморфических пород, тогда как петрография ориентирована на их систематическое описание. Согласно иным представлениям, петрология является составной частью петрографии.

Основными задачами петрографии являются описание магматических и метаморфических пород, проведение их классификации с одновременной разработкой корректной номенклатуры, изучение генезиса пород, условий их залегания, геодинамических условий формирования, установление закономерностей размещения в пространстве и формировании во времени, а также изучение связей между породами и полезными ископаемыми. Объектом петрографии является магматические и метаморфические горные породы, представляющие собой естественные ассоциации минералов (иногда минералов и вулканического стекла), которые сформировались в земной коре в результате кристаллизации силикатных (иногда несиликатных) расплавов и/или преобразования ранее существовавших магматических, осадочных или метаморфических пород. С геохимической точки зрения горной породой считается закономерная ассоциация минералов, содержащая атомы петрогенных элементов.

Основными методами петрографии являются полевые геологические методы, оптические методы (прежде всего, изучение тонких срезов пород в поляризованном проходящем свете), химические методы, точные физические методы, а также инженерно-геологические методы. Следует отметить, что при специальных исследованиях горных пород на предмет их рудоносности применяют также минераграфические (изучение тонких срезов в отраженном свете) и различные лабораторно-технологические методы.

1.2 Магма и происхождение горных пород

Формирование всех магматических пород происходит из магм различного состава. Магма - это расплав чаще всего силикатного состава, который образуется в глубинах Земли. Он в той или иной степени обогащен летучими компонентами, которые при кристаллизации обеспечивают дифференциацию и смешение формирующихся минералов. При наличии в твердой массе порядка 25-26% расплавленного вещества, магма приобретает способность к перемещению. Однако возможно и пассивное движение магм - например, при их выдавливании тектоническими усилиями.

Формирование магмы происходит в очагах на различной глубине. Оно может иметь место как на относительно малых глубинах - 1-5 км, так и на значительно больших глубинах. Иными словами, зарождение магмы возможно как в земной коре, так и в верхней мантии. Отдельным феноменом, активно изучаемым в последние два десятилетия, являются мантийные плюмы. Хотя некоторые специалисты отстаивают возможность их образования на сравнительно небольших глубинах, большинство геологов сходятся во мнение, что плюмы образуются на границе ядра и мантии. В силу тех или иных причин, которые до сих пор остаются недостаточно изученными, начинается движение больших по объему расплавов к поверхности Земли, где формируется т.н. "горячая точка", с которой могут быть связаны массивные излияния лав на поверхность (Рис. 1). Крупнейшие излияния, связанные с мантийными плюмами, имели место на Сибирской платформе около 250 млн лет назад, Однако еще большее по размеру магматическое плато сформировалось на дне Тихого океана порядка 100 млн лет назад.

Рисунок 1 - Модель мантийного плюма Исландии

Формирование очагов магмы происходит чаще в тектонически активных зонах. Их появлению способствуют или геодинамическая нестабильность, сопровождающаяся выделением тепла, или избыточное поступление тепла из мантии, или общий разогрев оболочки Земли, что имело место на начальных стадиях эволюции планеты. Тектонические подвижки, наличие в земной коре ослабленных зон, нестабильность в подкоровой области и т.п. приводят к движению мантийных расплавов из очагов, где они образовались, к поверхности Земли. Далеко не вся магма достигает поверхности. При достижении определенных физико-химических условий начинается кристаллизация магмы с образованием магматических горных пород (Рис. 2). В настоящее время установлено, что внедрение магматических расплавов происходит очень быстро с геологической точки зрения, причем остывание и частичная кристаллизация магмы может начаться как с момента ее внедрения, так и с существенным запозданием. Внедрение магмы происходит как по существующим в земной коре "каналам" с механическим расширением пространства, так и путем переплавления пород.

Состав магм может быть различным. Более того, он будет меняться по мере эволюции очага, заключающейся в его дифференциации, последовательной кристаллизации и ассимиляции окружающих горных пород. Первичные магмы имеют или основной и ультраосновной состав, или гранитный состав. Однако в последнем случае речь идет только об образовании магм в пределах земной коры, причем на начальной стадии их состав ближе к среднему.

Собственно средние магмы формируются, как правило, за счет дифференциации магмы основного состава. Щелочные и субщелочные магмы также являются дериватами других магм или же их состав связан с процессами ассимиляции вмещающих пород. Помимо силикатных магм, существуют также сульфидные, окисные и карбонатные, однако их проявления крайне редки.

Рисунок 2 - Факторы консолидации магмы

В химический состав магм входят следующие элементы и компоненты: кремний, титан, алюминий, железо, магний, марганец, кальций, натрий, калия, вода, азот, кислород, бор, CO, углекислый газ, метан, аммиак, водород, соляная кислота, плавиковая кислота, серная кислота, соединения разновалентной серы. Большую роль в составе и эволюции магмы играет присутствие летучих компонентов и, в первую очередь, воды. Ее роль сводится к следующему: понижение температуры плавления, транспортировка тепла, перенос рудного вещества, снижение вязкости, катализатор химических процессов, а также определение типа некоторых пород. В зависимости от содержания воды различают сухие и мокрые магмы. Первые из них отличаются большими температурами плавления и высокой вязкостью.

Фундаментальным понятием является магматическая дифференциация. Это процессы разделения и обособления жидких и кристаллизующихся расплавов, приводящие к образованию разных по минеральному составу пород или пород с различными количественными соотношениями одних и тех же минералов. Эта дифференциация связана как с внутренними особенностями систем (различия в плотности вещества - гравитация, в теплосодержании и температурах плавления, в смесимости, в процессах ассимиляции расплавом ранее образованных пород и т.д.)), так и с внешним воздействием на них. (например, отжимание остаточных или отликвировавшихся расплавов). В результате формируются многофазовые магматические комплексы, а также происходит закономерное развитие этих комплексов в пределах региона, позволяющее определить характер дифференциации глубинных магматических очагов, а также конкретных массивов. Процессы магматической дифференциации имеют важное значение в формировании различных типов магматических пород и связанных с ними месторождений. Они реализуются главным образом во время ее кристаллизации, а разделение магмы в жидком состоянии играет подчиненную роль в определении многообразия магматических пород. В основу представлений о дифференциации положены представления о т.н. реакционном ряде Боуэна, который состоит из непрерывного (оливин-ромбический пироксен-моноклинный пироксен-амфибол-биотит+мускувит+микроклин- кварц) и прерывистого (анортит-альбит-микроклин-кварц) рядом. Эта модель объясняет многообразие минералов, последовательность их кристаллизации, процессы автометаморфизма, а также выпадение первыми Ti-, Fe-, Mg-содержащих минералов. Среди видов магматичексой дифференциации различают кристаллизационную, гравитационную и ликвационную дифференциацию.

Кристаллизационная дифференциация представляет собой разделение твердых фаз магмы в процессе кристаллизации, обусловленное перемещением и пространственным обособлением возникающих минеральных фаз под влиянием различных факторов, что приводит к изменению нормального течения реакции кристаллов с расплавом, т.е. к фракционированию. Это основной механизм разделения магматических расплавов, который широко проявляется при формировании расслоенных интрузий основных и ультраосновных пород, образовавшихся в результате последовательного осаждения продуктов кристаллизации на постепенно поднимающееся дно магматической камеры. Гравитационная дифференциация - это разделение гетерогенного магматического расплава под действием силы тяжести. Обыкновенно под гравитационной дифференциацией понимают кристализационную, при которой выделяющиеся из магмы кристаллы распределяются по плотности. При этом может происходить либо погружение или всплывание, либо растворение этих кристаллов в более глубокой горячей магме. Ликвационная дифференциация представляет собой разделение расплава при понижении температуры на две несмешивающиеся жидкие фазы, возникающие в результате диффузионных или гравитационных эффектов.

После кристаллизации магмы образуется магматическая порода, которая выполняет некоторое геологическое тело. Последнее может иметь разнообразную форму. Однако. в целом, выделяют три фации магматических тел. Интрузивная фация объединяет тела, которые образовались в земной коре без выхода на поверхность. Мелкие тела определяются как штоки или же для них используется термин "массив". Массивы объединяются в более крупные тела, площадь которых может достигать тысяч квадратных километров. Такие тела получили название батолитов. Гипабиссальная (жильная) фация формируется на меньшей глубине. К ней чаще относятся тела, имеющие четко выраженную плоскостную ориентацию, напоминающие жилы. Такие тела называются дайками. Дайки могут объединяться в сложные комплексы и рои. Эффузивная фация объединят тела, сформировавшиеся после выхода магмы на поверхность. Если лава обладает хорошей способностью к течению и быстро распространяется в пространстве, то после ее застыванию образуются покровы, которые занимают большие площади вокруг центра излияния. Однако при большой вязкости распространение лавы просиходит медленно и, чаще всего, в одном направлении, что приводит к образования потоков. Тела всех фаций чаще всего сохраняют связь между собой, образуя сложно построенные магматические комплексы, или даже секут друг друга. Три аналогичные фации устанавливаются и для горных пород, однако четкие соответствия между фацией тела и фацией породы устанавливаются невсегда.

Минеральный состав магматических пород зависит от химического состава магмы и условий ее кристаллизации. Последние определяют появление тех или иных минералов и появление полиморфных разновидностей. Щелочной полевой шпат в эффузивных породах кристаллизуется в форме санидина, а в интрузивных - в форме ортоклаза или микроклина. Роговые обманки кристаллизуются в глубинных условиях, а при застывании магмы на земной поверхности вместо них часто образуются пироксены. Лейцит характерен для эффузивных пород, а в интрузивных фациях присутствует смесь ортоклаза и нефелина. По генетическому признаку породообразующие минералы подразделяются на первичные и вторичные. К первичным относятся пирогенные и гидатогенные минералы, непосредственно кристаллизующиеся из магматического расплава при участии летучих компонентов или без них. Вторичные минералы либо замещают первые, либо возникают как новообразования, являясь главным образом продуктами постмагматических (пневматолитовых и гидротермальных) процессов. Первичные минералы по их роли в составе магматических пород делятся на главные, второстепенные и акцессорные.

Главными минералами магматических пород являются силикаты и алюмосиликаты. По особенностям химического состава и окраски среди них различаются цветные (фемические или мафические), содержащие много железа и магния, и светлоокрашенные (салические или фельзические), содержащие много кремния и алюминия. К фемическим минералам относятся группа оливина, пироксены, амфиболы и слюды, а к салическим - полевые шпаты, фельдшпатоиды и кварц. Второстепенные минералы находятся в горной породе в незначительном (2-5%) количестве и их присутствие не отражается на общем названии породы. Акцессорные минералы представлены единичными зернами и лишь в редких случаях образуют существенные скопления. Вторичные минералы могут образовываться в разное время после кристаллизации магмы и достоверное выяснение их генезиса возможно лишь в том случае, если известны геологические условия нахождения горной породы. К вторичным минералам магматических пород относятся серпентин, тальк, хлориты, тремолит, актинолит, эпидот, цоизит, серицит, каолинит, цеолиты, карбонаты и др. наиболее распространенными минералами горных пород являются щелочные полевые шпаты (31%), плагиоклазы (29%), кварц (12%), пироксены (12%), слюды (5%), оливин (3%), амфиболы (2%).

1.3 Классификация магматических пород

Классификация магматических пород основана на содержании окислов основных элементов, таких как кремний, калий, натрий, а иногда кальций, алюминий и титан (Рис. 3). В то же время названия многих пород даются по их характерным минеральным или текстурно-структурным особенностям. Большое число названий магматических пород имеют четкую локальную привязку и, следовательно, могут быть определены как исторические. Вместе с тем, в настоящее время разработана общепринятая классификация магматических пород по содержания SiO2 и Na2O+K2O, которая обеспечена хорошо разработанной номенклатурой пород. Отдельные породы, имеющие локальные или специфические наименования, могут также рассматриваться по отношению к рядам и группам указанной классификации.

В зависимости от содержания SiO2 магматические породы разделяются на следующие группы:

ультраосновные (SiO2<43%),

основные (SiO2=43-52%),

средние (SiO2=52-65%),

кислые (SiO2>65%).

Рисунок 3 - Химический состав и основные типы магматических пород

Некоторые исследователи подразделяют ультраосновные породы на мафиты и ультрамафиты. У первых цветное число менее 95%, тогда как у вторых оно более 95%. Проблема связана с различным содержанием мафических минералов, которое и определяется указанным числом. Например, пироксениты с цветным числом 95-100% должны относиться к ультраосновным породам, но по подержания кременезема порядка 45% их следует относить к породам основного состава.

Значительное количество пород содержит щелочи (Na2O+K2O) в относительно небольшом количестве, которое не превышает 1-5%. Ультраосновные, основные, средние и кислые породы такого состава относят к нормальному ряду, который также именуется известково-щелочным. Здесь важно отметить, что в ультраосновных породах содержание щелочей, как правило, не превышает 1-2%, тогда как в кислых породах оно зачастую оказывается выше 3-5% и может достигать 7-8%. Это означает, что ультраосновные и основные породы являются типичными представителями нормального ряда, тогда как кислые породы, скорее, должны соотноситься с породами более высоких рядов и обладать сходными с ним свойствами. При содержании щелочей от 3-5 до 12-15% породы относятся к субщелочному ряду, тогда как при более высоком содержании щелочей они относятся к щелочному ряду.