ЛЕКЦИЯ 4. Магматизм и  магматические горные породы

Магма - это вещество Земли в расплавленном жидком состоянии. Она образуется в Земной коре и верхней мантии в интервалах глубин 30-400 км.

По составу - это силикатный расплав + атомы растворенных металлов и растворенные газы.

Из магматического очага магма движется к поверхности  Земли. При этом ее внутреннее давление и температура понижаются, начинается процесс кристаллизации и переход  из жидкого в твердое состояние. Образуются магматические горные породы. Это общая схема магматического процесса. В свою очередь в нем выделяют два типа (или две ветви).

I. Интрузивный  магматизм - процесс внедрения  магмы в вышележащие толщи  и ее кристаллизация в земной  коре не достигая поверхности  на разных глубинах. Для этого процесса характерно медленное снижение температуры и давления, кристаллизация в замкнутом пространстве. Магматические породы состоят из полностью раскристаллизованных зернистых агрегатов породообразующих минералов. Такие магматические породы называются интрузивными .

II. Эффузивный  магматизм или вулканизм - процесс  проникновения магмы в земную  кору и выход ее в жидком  расплавленном состоянии на поверхность  Земли. При этом , происходит резкое  снижение t и P в расплаве и от  него отделяются растворенные  газы. И уже такой расплав называют лавой. При резком снижении t и Р происходит быстрое остывание лавы и переход ее в твердое состояние. При этом кристаллизоваться успевают немногие минералы и образуются породы неполнокристаллически е- эффузивные .

Химический состав магматических пород принято записывать в оксидной форме. Если общее количество минерального вещества в горной породе принять за 100%, то 99% в них представлены силикатами, состав которых определяют 12 оксидов- SiO2 ; TiO2 ; Al2O3 ; Fe3O4 ; Fe2O3 ; MnO , CaO , MgO , Na2O; K2O; H2O; P2O5 . Эти оксиды называют петрогенными, и их количество в составе магматических горных пород достигает 99,5%. Количественное соотношение между оксидами может изменяться, а это в свою очередь отражается на видовом составе породообразующих минералов, а значит на разнообразии разновидностей магматических пород. В тоже время было отмечено, что в каждой из разновидностей магматических пород количественное соотношение петрогенных оксидов является стабильным в определенных интервалах. Поэтому в основу их классификации положен химический состав, а ведущим признаком в ней является содержание SiO2 . Все породы по содержанию кремнезема делятся на : ультраосновные, основные, средние и кислые. Содержание SiO2 возрастает от ультраосновных пород к кислым (демонстрация табл.) и определяет не только разный минералогический состав и химические свойства, но и физические свойств а- такие как плотность, температура кристаллизации, вязкость расплава. Последнее свойство определяет способность расплава к текучести, а следовательно с разной скоростью перемещаться и удаляться от очага, т.е. подвижностью . Наиболее подвижными являются магмы ультраосновного состава, соответственно кислые - более вязкие и менее подвижные.

Разделение магмы  на составные части по химическому составу или дифференциация магмы происходит различными путями.

I. Считается  возможным разделение магмы разного  состава - у льтраосновной, основной  и кислой.

II. Кристаллизационная  дифференциация - обусловлена различием  в температуре кристаллизации породообразующих минералов. Это явление обосновано английским ученым Н. Боуэном, который сгруппировал породообразующие минералы в две серии. В первой (прерывной) помещены темноцветные минералы оливин, пироксены (ромбический и моноклинный), роговая обманка и биотит; а во второй (непрерывной) сери и- полевые шпаты: плагиоклазы (от основных к кислым) и калиевый полевой шпат. В каждой серии последовательность кристаллизации минералов связана с понижением температуры магматического расплава, которая убывает от оливина к биотиту. Из схемы реакционной серии Боуэна (плакат) видно как последовательная совместная кристаллизация влияет на разделение магматических пород по химическому и минеральному составу, а также позволяет судить об основных минеральных ассоциациях породообразующих минералов.

III. Дифференциация  расплава по плотности называется  ликвация . Этот процесс приводит  к расслоению единого расплава  на части отличающиеся по плотности:  в нижней части как более  плотные (или тяжелые) формируются  породы ультраосновного и основного состава. Часто они сопровождаются ликвацией сульфидно-оксидной массы от силикатной. Так образуются ликвационные месторождения Cu-Ni руд. Выше этой части формируются породы среднего состава, а в верхней части - кислого. Яркий пример такого формирования - Бушвельдский интрузивный массив в ЮАР.

IV. При движении  магмы от магматического очага  к месту кристаллизации часто  происходит захват и переплавление  магмой встречаемых ею пород.  Это явление называется ассимиляцией , и оно тоже может стать причиной дифференциации магмы.

При снижении температуры  и кристаллизации магмы от нее  отделяются растворенные в расплаве минерализованные газы (флюиды) и растворы, которые определяют постмагматические  процессы, среди которых кратко рассмотрим:

1. Пегматитовый - отделение остаточного расплава  и газов-минерализаторов. Их кристаллизация  происходит после остывания и  кристаллизации основной части  магмы на периферии интрузивного  тела или даже за его пределами.  В результате образуется своеобразная  горная порода, в которой породообразующие минералы достигают больших размеров, часто образуют хорошо ограненные кристаллы и друзы кристаллов.

2. Пневматолитовый  процесс-воздействие отделившихся  от магмы газов (пневма) на окружающие  породы. В результате этого воздействия происходит образование новых минералов, в том числе рудных. Так образуются месторождения вольфрамита и касситерита в породах при воздействии на них термальных газов гранитной интрузии.

3. Гидротермальный  процесс- отделение минерализованных  газов и растворов от остывающего интрузивного тела и перемещение их по трещинам в окружающие породы. При этом происходит снижение давления и температуры гидротермальных растворов и отложение из них минералов по трещинам с образованием жил. Гидротермальные жилы могут формироваться на разном удалении от интрузивного тела, как вблизи контакта, так и на несколько км от него. Минеральный состав жил очень разнообразен и при достаточной концентрации в них полезных компонентов они рассматриваются как месторождения полезных ископаемых на золото, серебро, ртуть, олово и др.

Образующиеся  при остывании магмы интрузивные  тела разделяются по глубинам образования  и по форме (см. фото).

Батолиты - глубинные, наиболее крупные тела (размеры достигают сотен км ).

Шток - отличается от батолита меньшими размерами и  часто образуется как ответвление  от батолита или на некотором удалении от него.

Интрузивные тела меньших размеров разделяются по условиям залегания во вмещающих породах на согласные и секущие. Согласные тела формируются между пластами пород - это силлы, лакколиты и лополиты.

Если магма  застывает в трещинах пересекающих напластование пород, то образуются секущие тела - это жилы и дайки. Для них характерна небольшая мощность (несколько м) и значительная длина (до нескольких км ). Пример - Материнская дайка в Южной Африке.

Эффузивный магматизм  тоже можно рассматривать как  несколько последовательных процессов.

1. Излияние лавы  и сопутствующих продуктов и  образование вулканических пород. Скорость движения или подвижность лавы зависит от ее химического состава. Лавы основного состава с t~1200 о наиболее подвижны. Они образуют лавовые потоки и покровы, удаляясь от центров извержения на несколько км . Лавы кислого состава вязкие и малоподвижные.

Характер отделения  газов от магмы зависит от степени  ее насыщенности ими. Как правило, отделение  газов имеет взрывной характер. При  этом увлекаются не застывшие частицы  лавы, которые, застывая в воздухе, дают твердые продукты извержения- бомбы, лаппили и пепел. Твердые продукты извержения в зависимости от размеров могут вместе с газами уноситься на различные расстояния. Бомбы - крупные куски застывшей лавы перемещаются недалеко от кратера вулкана. А вот пеплы - мельчайшие частицы лавы, размером до 1 мм, могут образовать пепловые тучи (наподобие пылевых) и уноситься газами на несколько км. Смешиваясь с парами воды, они оседают вместе с ливнями и иногда это приводит к катастрофическим последствиям.

2. Выделение  газов предшествует и сопровождает извержение лав и может продолжаться после прекращения извержения. Часто вулканическая деятельность не сопровождается излиянием лав, а представляет только выбросы газа и пепла. В зависимости от состава вулканические газы подразделяются на :

• фумаролы- HCl ,HF,SO4 ;CO,CO2 ; B и т.д.
• сольфатары -SO2 ;H2S;CO,CO2 ;H2O, N, CH4
• мофетты - преобладает в составе углекислый газ.

Вулканические газы, остывая, превращаются в твердое  вещество и могут представлять месторождения  серы, борной кислоты, карбонатов и др.

3. Поствулканические  процессы - это процессы, связанные  с затуханием активного вулканизма. Продуктами выделения являются  пар и горячая вода. Вылетая  из недр, периодически и под  большим напором они образуют  гейзеры. При отсутствии напора  пар а- образуются термальные источники .

Типы вулканизма, географию, причины вулканизма - самостоятельно(см. фото).

Характеристике  магматических пород.

1. Минеральный  состав - минералы подразделяют на  породообразующие (главные и второстепенные) и акцессорные.

Породообразующие  минералы - составляют>90% объема породы и представлены главным образом  силикатами:

• полевые шпаты, кварц, нефелин - светлоокрашенные,
• пироксен, оливин, амфиболы, слюды - темноцветные.

В разных по химическому  составу породах один и тот же минерал может быть главным или второстепенным.

Акцессорные минералы составляют, в среднем ~1% объема породы, и представляют: апатит, магнетит, циркон, рутил, хромит, золото, платину и  др.

2.СТРОЕНИЕ МАГМАТИЧЕСКИХ ПОРОД - включает понятия структура и текстура.

Структура горных пород (от лат. structura-взаиморасположение, соотношение, связь) - это обобщенный показатель внутреннего строения и  взаимоотношения зерен минералов  в горной породе (плакат). Чтобы определить структуру нужно знать размеры  и форму зерен минералов, взаимное их расположение, степень кристалличности.

Текстура - способ заполнения пространства и рассматривается  как внешний облик пород. Например, при кристаллизации основных пород  может происходить обособление  в пространстве темноцветных и светлоокрашенных минералов. И тогда порода может выглядеть пятнистой или полосчатой, т.е. это и будет текстура. Типы структур и текстур представлены в витрине в коридоре - ознакомиться.

Классификация магматических пород 

В основу классификации  положены признаки - химический состав и генезис. По химическому составу и в частности по содержанию кремнезема SiO 2 все породы делятся на :

• ультраосновные SiO2 >45%
• основные SiO2 до 45-52%
• средние SiO2 до 52-65%
• кислые SiO2 до 65-75%

В свою очередь  среди этих групп каждая подразделяется по генезису на интрузивные и эффузивные.

Поэтому в литературе в каждой из групп пород по химическому  составу можно встретить двойное  название пород - по интрузивному представителю  этой группы и его эффузивному  аналогу. Например, породы кислого состава - это группа гранита-липарита, основного - группа габбро- базальта и т.д.

Интрузивные породы могут подразделяться по глубине  формирования, а эффузивные -по времени  на палеотипные (палео - древние) и кайнотипные (kainos-новый, т.е. продукты современного вулканизма.

От ультраосновных к кислым породам меняется соотношение  в них между минералами темноокрашенными и светлоокрашенными. Это отражается на общем цвете пород-от темных и  темно-зеленых через серые (диорит) до светлых и яркоокрашенных гранитов.  
 

_ _ _ _ _ _

_ _ _ _ _ _ 

Предваряя вопросы. Бо'льшая часть текста, представленного ниже, взята мною из доступных учебников (Лодочников, 1956, Фролов, 1992-1995, Емельяненко, 1986 и др.), моя здесь только компиляция и небольшая часть текста: увязка фрагментов друг с другом. Я постарался частично изменить формулировки на уровень чуть выше, чем необходимо для студентов первого курса геологического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова.

Термины "зернистость" и "зерно" универсальны, ими можно обозначать почти любую структурную единицу породы, будь то кристалл, обломок, оолит и т.д. Мне это не нравится. Я — за сужение смысла этого термина до обозначения только обломочных структурных единиц: песчинок, гравийных зерен и т.д. Поэтому в приведенном ниже тексте я постараюсь, где это возможно, придерживаться именно такой идеологии, даже если в первоисточнике это не так...