Курс лекций для студентов специальности I 51. 01. 01 «Геология и разведка месторождений полезных ископаемых»



жүктеу 1.6 Mb.
бет19/19
Дата14.03.2019
өлшемі1.6 Mb.
түріКурс лекций
1   ...   11   12   13   14   15   16   17   18   19

Гипотезы происхождения пород ультраосновного и основного состава


Современные взгляды на генезис ультраосновных и основных пород исходят из следующих трех точек зрения.

1. Первичной магмой является базальтовая, и все разнообразие пород возникает в результате ее дифференциации, кристаллизационной и магматической. Дифференциация магмы – это совокупность всех физических и химических процессов, в результате которых происходит расщепление материнской, первичной, магмы на вторичные.

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).


Кристаллизационная дифференциация базальтовой магмы


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:


  1. ликвация;

  2. миграция вещества по принципу Соре;

  3. газовый перенос.

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);

в) происхождения игнимбритов.

Дифференциация вещества по принципу Соре была названа так по имени ученого, заметившего, что вблизи стенок охлаждающегося сосуда накапливаются более высокотемпературные минералы (обычно темноцветные), которые кристаллизуются в первую очередь. В природных условиях этот принцип соблюдается при кристаллизации гранитоидных интрузий, в эндоконтактах которых бывает накопление цветных силикатов – роговой обманки и/или биотита.

Газовый перенос. Многие ученые предполагают, что летучие компоненты, среди которых H2O и CO2 играют ведущую роль, накапливаются в верхней части магматической камеры и увлекают за собой молекулы легкоподвижных щелочных металлов Na и K и некоторых редких компонентов. Этот процесс также подтвержден экспериментальными данными. Принцип газового переноса применяется при объяснении происхождения щелочных пород.

Самостоятельная перидотитовая магма и протрузии


Гипотезу о существовании самостоятельной перидотитовой магмы поддерживают некоторые ученые, в том числе и Ю. А. Кузнецов. Считается, что подтверждением существования такой магмы являются следующие факты: 1) внедрение гипербазитов22 вдоль структурно ослабленных зон (разломов глубинного заложения); 2) холодные контакты (нет термального воздействия на вмещающие породы); 3) серпентинизация гипербазитов на конечных стадиях их образования.

Все эти факты свидетельствуют о том, что температура интрузий гипербазитов была относительно низкой (не > 500 ºС). Опыты О. Ф. Таттла и Н. Л. Боуэна показали, что смесь оливина, энстатита23 и паров воды (в межзерновых промежутках), т. е. система MgO – SiO2 – H2O, образуется (т. е. происходит кристаллизация этих минералов) только при температуре не менее 1000 ºС. Далее происходит охлаждение без изменений до 400 ºС, а затем серпентин и брусит24 замещают оливин и энстатит. При замещении оливина и энстатита серпентином и бруситом объем пород увеличивается, т. к. у них разный объем кристаллических решеток (у оливина и энстатита более компактные). Это и является движущей силой, «выдавливающей» гипербазитовые интрузии в верхние горизонты земной коры. Дополнительное количество H2O, необходимое для образования брусита и серпентина, ультраосновные расплавы берут из вмещающих пород. Движение ультраосновных масс можно сопоставить с соляным диапиризмом. Следует сказать, что не все ученые разделяют данную точку зрения, но многие считают реальным зарождение перидотитовой магмы в симатической оболочке Земли и поступление ее по глубинным разломам на ранних стадиях развития геосинклинальных зон.

В настоящее время некоторые исследователи считают, что альпинотипные гипербазиты офиолитовых поясов имеют неинтрузивное происхождение. Это так называемые протрузии, т. е. блоки мантийного вещества, тектонически перемещенные в верхние горизонты земной коры.

Гипотезы происхождения пород кислого состава


Все многочисленные гипотезы генезиса гранитоидов могут быть объединены в три группы, отражающие следующие исходные точки зрения.

  1. Магматическое происхождение гранитов. Они образовались:

  • из ювенильной гранитной магмы (Ф. Ю. Левинсон-Лессинг, П. Ниггли);

  • из гранитной магмы, возникшей в результате дифференциации базальтовой магмы (Н. Л. Боуэн).

  1. Палингенное происхождение гранитов (Ю. А. Кузнецов, В. С. Коптев-Дворников, Т. Барт и др.).

  2. Метасоматическое происхождение гранитов – учение трансформизма (Н. Г. Судовиков, Г. Рид, Г. Баклунд, Д. Рейнольдс, Е. Рубо, Г. М. Саранчина и др.).

Магматическое происхождение гранитов


Основоположником данной гипотезы о ювенильной гранитной магме является Ф. Ю. Левинсон-Лессинг, который признавал наличие первичной гранитной магмы и рассматривал все многообразие гранитоидов как результат ликвационного процесса. Большую роль он отводил при этом явлениям ассимиляции.

Некоторые положения, высказанные Ф. Ю. Левинсоном-Лессингом, до сих пор имеют актуальное значение. В частности, на поставленный им вопрос, как можно объяснить образование метаморфических пород за счет осадочных пород, если отрицать ювенильную гранитную магму, до сих пор нет удовлетворительного ответа. Ведь большинство осадочных пород произошло за счет разрушения магматических пород кислого состава, следовательно, граниты должны были существовать ранее, чем образовались первые осадки земной коры.

Но все же некоторые данные: появление гранитоидной магмы на конечных стадиях развития геосинклинальных зон, когда мощность сиалической оболочки земной коры достигает максимальной величины, и отсутствие гранитоидных массивов среди докембрийских образований – скорее свидетельствуют о том, что ювенильная гранитная магма не существует.

Палингенная гранитная магма


Большинство исследователей на современном этапе развития науки считают, что гранитная магма имеет вторичное происхождение.

Из них одна группа ученых (Ю. А. Кузнецов, В. К. Монич, Э. П. Изох и др.) полагает, что исходной магмой является базальтовая; все разнообразие пород эти исследователи объясняют ассимиляцией пород осадочно-метаморфической оболочки земной коры.

Вторая группа ученых (Д. С. Коржинский и др.) признает наличие палингенной гранитной магмы, но причиной переплавления сиалической оболочки считает различные процессы, происходящие в земной коре: складкообразование, радиоактивный распад, поднятие магматических масс основного состава, которые являются как источником тепла, так и источником магматических растворов.

По мнению Д. С. Коржинского, образование гранитной магмы происходит под воздействием сквозьмагматических растворов, которые поднимаются из глубин под влиянием гравитационной дифференциации земного вещества и вызывают плавление в земной коре.

Возможность возникновения палингенной магмы при частичном выборочном плавлении осадочно-метаморфической оболочки земной коры доказана экспериментальным путем Н. Л. Боуэном и О. Ф. Тат-тлом. Ими установлено, что эвтектоидные гранитные расплавы кристаллизуются при температурах 640–650 ºС.

Метасоматические теории образования гранитов


Учение трансформизма, широко развитое за рубежом, у нас распространено меньше, хотя в последнее время используется все чаще и чаще, под названием гранитизация. Под гранитизацией понимают процесс, в результате которого твердые породы превращаются в породы гранитного состава без прохождения магматической стадии. Считают, что гранит может образоваться за счет различных исходных пород при метасоматических процессах. Различают два способа гранитизации: 1) путем диффузии вещества через жидкие межгранулярные пленки и 2) путем диффузии в твердой среде.

В зону гранитизации привносятся щелочи и кремнезем, а выносятся магний и железо. Таким образом, в земной коре должны существовать зоны, которые будут характеризоваться привносом магния и железа. Отсюда следует гипотеза Д. Рейнольдс о существовании опережающего фронта базификации, который должен опережать фронт гранитизации. Как доказательство она рассматривала фации эндоконтактов гранитных интрузивов, обогащенных железо-магнезиальными компонентами. Однако при всех примерах таких явлений зоны базификации оказываются намного меньше, чем объем гранитизированного вещества. Поэтому вопрос, куда выносятся и где накапливаются компоненты, удаленные из зоны гранитизации, до сих пор никем из ученых успешно не разрешен. Большинство исследователей на современном этапе развития наших знаний о гранитоидах признают возможность образования пород гранитного состава двумя путями: путем кристаллизации из гранитной магмы и метасоматическим путем. Иными словами, гранит является по своему генезису гетерогенным образованием.



В настоящее время одна группа исследователей полагает, что гранитизация связана с гранитной магмой, другие же ученые считают, что гранитизация происходит под влиянием сквозьмагматических растворов и постепенно перерастает в магмообразование. При этом не обязательно должны возникать породы только гранитного состава. Состав образующихся пород зависит от двух причин: от режима кислотности – щелочности циркулирующих растворов и от состава пород, на которые они воздействуют.

Контрольные вопросы


1. Что такое магматические формации и какой смысл в их выделении? 2. Назовите гипотезы образования ультраосновных и основных пород. 3. Что такое кристаллизационная дифференциация базальтовых магм и как она происходит? 4. Какие явления в петрологии объясняют с привлечением механизма: а) ликвации; б) газового переноса; в) дифференциации вещества по принципу Соре? 5. Какие вы знаете гипотезы происхождения пород кислого состава? 6. Зачем, по вашему мнению, необходимо знать происхождение тех или иных горных пород? 7. Каково происхождение диоритов и почему они, по вашему мнению, бедны полезными ископаемыми?

Заключение


Итак, позади трудный курс петрографии магматических пород, долгая работа с поляризационным микроскопом и с рабочими коллекциями образцов, тяжелые контрольные работы и тесты, посещение музеев и заучивание непривычных названий и минеральных ассоциаций. Между тем описанию шлифов и горных пород посвящена одна треть объема данного курса лекций. Дело в том, что умение диагностировать минералы и горные породы – это лишь одно из профессиональных качеств геолога, а предмет петрографии дан хотя и в сокращенном виде, но в объеме учебного курса (за исключением нескольких разделов25). Материал по возможности упрощался и сокращался, хотя, надо признать, петрография изобилует специальными терминами, затрудняющими ее изучение. Поэтому для усвоения даже теоретической части курса необходимы такие качества, как упорство и самоорганизованность. Мне хотелось бы надеяться, что знания, полученные на занятиях по петрографии, помогут Вам в изучении других разделов науки и в будущей профессиональной деятельности.

литература


Основная
Батти Х., Принг А. Минералогия для студентов / Пер. с англ. М., 2001. 429 с.

Вильямс Х, Тернер Ф., Гилберт Ч. М. Петрография. Т. 1. М., 1985. 325 с.

Даминова А. М. Породообразующие минералы. М.: Высш. шк., 1963. 135 с.

Даминова Е. А. Петрография магматических горных пород. М., 1967. 276 с.

Емельяненко П. Ф., Яковлева Е. Б. Петрография магматических и метаморфических пород. М., 1985. 247 с.

Заридзе Г. М. Петрография магматических и метаморфических пород. М., 1980. 297 с.

Кузнецов Е. А. Краткий курс петрографии магматических и метаморфических пород. М., 1970. 325 с.

Лодочников В. Н. Главнейшие породообразующие минералы. М.-Л., 1947, 1952.

Маракушев А. А., Бобров А. В., Перцев Н. Н., Феногенов А. Н. Петрология. I. Основы кристаллооптики и породообразующие минералы. М., 2000. 316 с.

Петрографический кодекс. Магматические и метаморфические образования / Под ред. Н. П. Михайлова и др. СПб., 1995. 128 с.



Половинкина Ю. Ир. Структуры и текстуры изверженных и метаморфических горных пород. М., 1966. 340 с.

Рыка В., Малишевская А. Петрографический словарь. М., 1989. 590 с.

Саранчина Г. М., Шинкарев Н. Ф. Петрология магматических и метаморфических пород. Л., 1973. 390 с.

Саранчина Г. М. Породообразующие минералы (методика определения кристаллооптических констант, характеристика минералов): Учеб. пособие. СПб., 1997. 156 с.

Сиротин К. М. Определитель минералов. М., 1970.

Соболев Р. Н. Методы оптического исследования минералов. М., 1990. 283 с.

Татарский В. Б. Кристаллооптика и иммерсионный метод исследования минералов. М., 1965. 306 с.

Трегер В. Е. Таблицы для оптического определения породообразующих минералов. М., 1967. 275 с.

Трусова И. Ф., Чернов В. И. Петрография магматических и метаморфических горных пород. М., 1982. 272 с.

Штефан Л. В. Основы кристаллооптики: Учеб. пособие. Мн., 2003. 98 с.
Дополнительная
Булах А. Г. Общая минералогия: Учебник. СПб., 1999. 354 с.

Геология, петрография и металлогения кристаллического фундамента Белоруссии. Мн., 1983.

Геология Беларуси. Мн., 2001. 814 с.

Гумилевский С. А., Киршон В. М., Луговской Г. П. Кристаллография и минералогия. М., 1972. 280 с.

Доусон Дж. Кимберлиты и ксенолиты в них. М., 1983. 300 с.

Заварицкий А. Н. Изверженные горные породы. М., 1961. 479 с.

Илупин И. П., Ваганов В. И., Прокопчук Б. И. Кимберлиты: Справочник. М., 1990. 248 с.

Классификация магматических (изверженных) пород и словарь терминов. Рекомендации Подкомиссии по систематике изверженных пород Международного союза геологических наук. Пер. с англ. М.: Недра, 1997.248 с.



Кузнецов Ю. А. Главные типы магматических формаций. М.: Недра, 1964. 435 с.

Магматические горные породы. Т. 6 Эволюция магматизма в истории Земли. М. 1987. 438 с.



Маракушев А. А. Петрогенезис. М., 1991. 310 с.

Херлбат К. С., Клейн К. Минералогия по системе Дэна / Пер. с англ. М.: Недра, 1982. 729 с.

Штрюбель Г., Циммер З. Х. Минералогический словарь: М.: Недра, 1987. 494 с.

СОДЕРЖАНИЕ



Предисловие 4

Лекция 1 5

Предмет и задачи петрографии 5

Общие сведения о магматических породах 7

Лекция 2 15

Магма и кристаллизация магматических расплавов 15

лекция 3 22

Формы залегания магматических горных пород 22

Текстуры и структуры магматических пород 25

лекция 4 44

Классификация и номенклатура магматических пород 44

Классификация жильных (гипабиссальных) пород 48

Методические рекомендации для самостоятельной работы с горными породами 50

Классификация вулканогенно-обломочных пород 52

лекция 5 53

Ультрамафитовые породы 53

Классификация ультрамафитовых пород нормальной щелочности 56

Вулканические породы ультраосновного состава 60

Щелочные ультраосновные породы 63

лекция 6 67

Породы основного состава 67

лекция 7 79

Субщелочные породы основного состава 79

Щелочные породы основного состава 81

лекция 8 83

Породы среднего состава 83

Средние породы нормальной щелочности (группа диорита – андезита) 84

лекция 9 91

Средние породы повышенной щелочности (субщелочные) 91

Щелочные породы среднего состава 95

лекция 10 98

Породы кислого состава 98

лекция 11 105

Вулканические породы кислого состава 105

Жильные породы кислого состава 112

лекция 12 114

Понятие о магматических формациях 115

Гипотезы происхождения пород ультраосновного и основного состава 116

Гипотезы происхождения пород кислого состава 119

Заключение 122



литература 123




1 Коэффициент железистости – Kf = FeO/ (FeO+MgO)* 100%.

2 Коэффициент магнезиальности – Kmg = MgO/ (MgO+FeO)*100%.

3 Коэффициент агпаитности – Ka = (K2O+Na2O)/Al2O3 *100%.

4 Коэффициент щелочности – Кna = N2O/K2O.

5 Образовано от начальных букв латинского названия железа (Fe) и магния (Mg).

6 Образовано от начальных букв латинского названия кремния (Si) и алюминия (Al).

7 Более детально познакомиться со структурами можно в книге Ю. Ир. Половинкиной «Структуры и текстуры изверженных и метаморфических горных пород» (М., 1966).

8 Петрографический кодекс. Магматические и метаморфические образования / Под ред. Н. П. Михайлова и др. СПб., 1995.

9 Во всех разновидностях перидотитов содержание оливина не опускается ниже 40 %, в противном случае породы называются оливиновыми пироксенитами.

10 Петрографический кодекс. Магматические и метаморфические образования / Под ред. Н. П. Михайлова и др. СПб., 1995.

11 Фельдшпатоиды: нефелин – Na (AlSiO4), лейцит – K (AlSi2O6).

12 Щелочные полевые шпаты: микроклин – K (AlSi3O8), альбит – Na (AlSi3O8).

13 Эпидот – Ca2 (Al, Fe) Al2O (SiO4) (Si2O7) (OH).

14 Лейкоксен – измененный Ti-содержащий рудный минерал (например, ильменит).

15 Петрургия – камнелитейное дело.

16 Эксплозивная – вулканическая деятельность взрывного характера с интенсивным выбросом пирокластического материала.

17 Петрографический кодекс. Магматические и метаморфические образования / Под ред. Н. П. Михайлова и др. СПб., 1995.

18 Эндоконтакты интрузий – их контактовая часть, обращенная вовнутрь интрузии.

19 Андалузит – Al2 [SiO4] O используется как ювелирный, так и сырье для глазури фарфора; алунит – KAl3 [(OH)6 / (SO4)2] – материал для получения квасцов.

20 Петрографический кодекс. Магматические и метаморфические образования / Под ред. Н. П. Михайлова и др. СПб., 1995.

21 В зарубежной литературе чаще употребляется синоним плагиогранита «трондьемит». Название произошло от места близ г. Тронхейм (Норвегия).

22 Гипербазиты, ультрабазиты, ультраосновные породы – это синонимы, используемые в отечественной литературе. В зарубежной литературе используют термин ультрамафиты, либо породы, недосыщенные (SiO2).

23 Оливин – Mg2 SiO4; энстатит – Mg2 Si2O6.

24 Серпентин – Mg3 Si2O5 (OH)4; брусит – Mg (OH)2 .

25 Петрологическая минералогия, космическая петрология и вулканология в данном курсе лекций не рассматриваются за недостатком места.



Достарыңызбен бөлісу:
1   ...   11   12   13   14   15   16   17   18   19


©kzref.org 2017
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет