Классификация магматических пород

Минеральный состав магматических пород весьма разнообразен, однако главных породообразующих минералов не так уж много. Это кварц, калиевые полевые шпаты, плагиоклазы, лейцит, нефелин, пироксены, амфиболы, слюды, оливин. Выделяют еще акцессорные минералы, присутствующие в небольшом количестве в виде редкой, но характерной примеси, например, циркон, хромит, пирит, пирротин и др., хотя они могут и отсутствовать.

Магматические породы классифицируют по химическому составу. За основу взято содержание кремнезема SiO₂, который в петрографии называют кремнекислотой, и суммарное содержание оксидов Na и K, которые в петрографии называют щелочами. Выделяют четыре группы магматических пород по степени их кислотности (табл. 4.1). В отдельную группу выделяются щелочные породы, характеризующиеся значительным содержанием щелочей (до 20 %) и меньшим по сравнению с кислыми породами количеством кремнезема (около 40 – 55 %).

Кислая гранитная магма вязкая и обычно застывает на глубине. Излившиеся аналоги гранитов на поверхности встречаются нечасто. Только в гранитах в большом количестве встречается кварц, различимый невооруженным глазом. Другая важная особенность кислых магм – небольшое количество Mg и Fe, т.е. элементов, характерных для темноокрашенных минералов. К тому же магний и железо значительно тяжелее Si, Al, K, Na, и в процессе расслоения магматического расплава мафические компоненты опускаются ниже сиалических.

Физико-химические обстановки, в которых идет процесс застывания магмы на глубине и на поверхности, резко различны. По этой причине из магмы одного и того же состава в глубинных и поверхно­стных условиях образуются различные породы. Каждой интрузивной породе соответствует определенная излившаяся порода, которая называется эф­фузивныманалогом этой глубинной породы. Они различаются по структуре и текстуре.

Таблица 4.1

 

 

Структура – это особенности внутреннего строения породы, обусловленные степенью кристалличности ее вещества, размерами и характером срастания минеральных зерен в породе. У магматических пород отмечаются следующие основные типы структур: полнокристаллическая (крупнозернистая, среднезернистая, мелкозернистая), скрытокристаллическая (афанитовая), стекловатая, порфировая, миндалекаменная.

Текстура – это сложение породы, обусловленное взаимным расположением и распределением слагающих породу минералов или обломочных зерен, а также характером заполнения пространства минеральным веществом.

У магматических пород различают массивную, пористую, пузырчатую

текстуры.

Для всех интрузивных пород характерна полнокристаллическая структура, так как остывание магмы происходит очень медленно, и благодаря этому вещество кристаллизуется полностью. Эффузивные породы полнокристаллическую структуру имеют редко. Для эффу­зивных пород характерны скрытокристаллическая, стекловатая, мелкозернистая, порфировая структуры. Это объясняется тем, что застывание лавы происходит быстро, и она не успевает раскристаллизоваться. Если процесс кристаллизации начался, когда магма еще находилась в глубинных условиях, эффузивные породы приоб­ретают порфировую структуру. В результате вторичных процес­сов эффузивные породы могут приобрести и миндалекаменную структуру.

Текстура интрузивных пород всегда массивная. Эффузивные породы часто тоже имеют массивную текстуру, но наряду с этим у них нередко наблюдаются также пористая и пузырчатая текстуры.

Подробное описание магматических пород и методы их диагностики приведены в отдельном методическом пособии по лабораторным работам.

 

ОСАДКИ И ОСАДОЧНЫЕ ПОРОДЫ

 

Частицы пород, перемещаемые реками, ледниками и ветром, в конечном итоге отлагаются в виде слоев над породами, залегающими ниже. Вместе с неорганическим веществом может отлагаться материал органического происхождения. Рыхлые неуплотненные образования называются осадками. Со временем слои осадков, подвергшиеся уплотнению и диагенезу, превращаются в осадочные породы.

Три четверти суши на нашей планете покрыты осадками и осадочными породами, и только одна четверть – магматическими и метаморфическими породами. Дно большинства рек и озер выстлано покровом осадков. Поверхность морского дна заключает огромные площади, на которых, как установлено глубоководным бурением, осадки накапливались в течение многих миллионов лет. На некоторых участках суши осадочные породы имеют мощность до 10 – 15 км; ими создана большая часть континентального рельефа. Во многих местах осадочные породы залегают горизонтально, однако в большинстве районов слои обычно наклонены под разными углами.

     Осадочные горные породы играют первостепенную роль в расшифровке геологической истории Земли. Содержащиеся в них окаменелые остатки животных и растений представляют собой летопись истории жизни на Земле, и по окаменелостям определяют геологический возраст пород. Многие осадочные породы имеют такие текстурные особенности, которые дают ключ к расшифровке условий их образования.

     Около 80 % полезных ископаемых, извлекаемых из недр, представляют собой осадочные породы или залегают среди них. Изучение осадочных пород важно как в научном, так и практическом отношении.

Существует несколько подходов к разделению осадочных пород на группы. Но все исследователи признают, что наиболее объективна генетическая классификация, в которой по происхождению выделяются обломочные, хемогенные и органогенные породы. В таком порядке мы их и рассмотрим.

 

Обломочные осадочные породы

 

По величине обломков твердые продукты выветривания бывают от крупных глыб до мельчайших глинистых частиц. Эти образования, перемещенные в процессе эрозии, называются обломочными породами. Огромные блоки и глыбы передвигаются с трудом, в то время как мельчайшие частицы переносятся на сотни километров за пределы суши и откладываются в море. Крупные обломки в ходе транспортировки отстают в своем движении, подвергаясь при этом повторному выветриванию. В результате обломочный материал обычно сортируется и накапливается в виде осадков, состоящих из частиц примерно одинакового размера. Формируются обломочные, или кластические, породы (табл. 5.1).

 

                                                                                               Таблица 5.1

Обломочные (кластические) горные породы

 

Размер обломков, мм	Рыхлые (осадки)		Сцементированные		Основные структуры
	окатан-ные	неока-танные	окатан-ные	неока-танные
Более 100	валуны	глыбы	конгломерат	брекчия	псефитовые (грубообло-мочные)
10 –100	галеч-ник	щебень
2 – 10	гравий	дресва	гравелит
0,1 – 2	песок		песчаник		псаммитовые (песчаные)
0,01 – 0,1	алеврит		алевролит		алевритовые (иловатые)
Менее 0,01	глина		аргиллит		пелитовые (глинистые)

     Рыхлый осадок в дальнейшем уплотняется и превращается в породу, т.е. проходит стадию литификации. Пространство между обломками заполняется мелкими глинистыми частицами и выпадающими из воды химическими соединениями. Вещество, заполняющее поры, называется цементом. По составу цемент обычно бывает карбонатный, кремнистый, глинистый, железистый.

     Песчаник – сцементированная порода из частиц размером 0,1 – 2 мм. Большинство зерен песка представляет собой обычно кварц, так как он очень твердый, химически устойчивый и поэтому лучше других минералов сохраняется при разрушении. Мономиктовые песчаники состоят из одного типа пород, олигомиктовые из двух, а полимиктовые из трех и более типов пород. Песчаники делят на мелкозернистые (зерна размером 0,1 – 0,25 мм), среднезернистые (0,25 – 0,5 мм) и крупнозернистые (0,5 – 2 мм).

     Зерна алевролита слишком малы, чтобы их можно было различить невооруженным глазом, но алевролит шероховатый на ощупь. Слоистость в алевролитах бывает очень тонкая, и вследствие этого визуально не всегда с уверенностью можно отличить алевролиты от аргиллитов.

     Глинистые породы занимают промежуточное положение между обломочными и химическими. Вещество глинистых пород очень сложно и различно по своему происхождению. Это смесь материала, образовавшегося на суше в корах выветривания и почвах, а затем снесенного в бассейны осадконакопления, и минералов, возникших при раскристаллизации коллоидов и осажденных из истинных растворов. В глинах можно выделить терригенные (обломочные) и аутигенные (образовавшиеся на месте) компоненты. По современным представлениям, в осадках Мирового океана преобладают терригенные глины. Аутигенные глины занимают подчиненное положение.

     По минералогическому составу различают мономинеральные (каолинитовые, гидрослюдистые, монтмориллонитовые, хлоритовые и др.), олиго- и полиминеральные глины и глинистые породы. Литифицированные глины называют аргиллитами.

     Конечно, в природе не бывает чистых песков, алевритов и глин. Обычно они встречаются в виде смеси с преобладанием частиц какого-то размера. Весовое содержание каждой фракции определяют с помощью ситового анализа. Название осадку и породе дают по преобладающей составляющей, например: глина песчаная, алеврит глинистый.

Если в породе от 10 до 30 % глины, а остальная масса приходится на алеврит и песок, ее называют суглинком. Когда содержание глинистой фракции составляет всего 5 – 10 %, порода называется супесью. При определении пластичности осадок замешивают с водой в тесто и раскатывают между пальцами. Настоящие глины раскатываются в очень тонкую нить (тоньше 2 – 3 мм), суглинки в более толстую, диаметром свыше 2 – 3 мм, а супеси не раскатываются. Толщина нити является мерой глинистости и пластичности.

Песчаники и алевролиты являются поровыми (терригенными) коллекторами нефти и газа, углеводороды скапливаются в их поровом пространстве. Аргиллиты – покрышки для залежей нефти и газа.

Хемогенные осадочные породы

 

При достижении достаточно высокой концентрации определенных ионов в растворе может начаться выпадение химического осадка. Вещество, растворенное в процессе выветривания и переносимое в растворенном виде, обычно достигает моря раньше, чем его концентрация станет достаточной для выпадения в осадок. Море служит, следовательно, огромной кладовой для растворенного материала. В итоге часть этого материала осаждается, образуя слои хемогенных осадков. К хемогенным относятся железистые, фосфатные, марганцовистые, кремнистые породы, а также бокситы – сырье на алюминий.

Эвапориты. Морская вода содержит около 3,5 % растворенного твердого вещества. В случае ее испарения в замкнутом бассейне образуются пересыщенные растворы и происходит последовательное выпадение ряда осадков:

 

CaCO₃        CaMg(CO₃)₂   CaSO₄ ^. 2Н₂О       NaCl          KCl

кальцит      доломит                   гипс           каменная соль  калийная соль

известняк                                      ангидрит

 

Калийные соли встречаются редко, потому что для их образования требуются экстремальные условия испарения, а они достигаются нечасто. В истории Земли известны периоды жаркого климата, когда возникали благоприятные условия для образования соленосных толщ мощностью более 500 м на территории несколько сотен кв. км. Это девонский, пермский и неогеновый периоды.

Известняк состоит главным образом из карбоната кальция, преимущественно в форме кальцита. Известняки накапливаются в результате либо химического осаждения неорганического кальцита, либо накопления огромного количества известковых раковин, а также при совмещении этих двух процессов. Чистые известняки накапливаются в относительно спокойной мелкой воде, в акваториях, прилегающих к низменным участкам суши. В холодной воде растворимость карбоната кальция повышается, поэтому карбонатные осадки не образуются в северных морях. В морских акваториях известняки выпадают только на глубинах до 4 км. Дело в том, что раковины отмирающих планктонных организмов с кальцитовым скелетом, достигая глубины около 4 км, попадают в зону холодных вод и растворяются.

     В карстовых пещерах происходит растворение известняка и переотложение его в виде сталактитов (нарастают в виде сосулек на потолках) и сталагмитов (нарастают на полу пещер).      

     Доломит – порода, состоящая из минерала доломита CaMg(CO₃)₂. Для ее образования необходим жаркий тропический или субтропический климат. При последующем размыве обломки доломита могут выноситься в море с оразованием из них обломочной доломитовой породы.

Известняки и доломиты – это две породы, являющиеся хемогенными (трещинными и кавернозными) коллекторами нефти и газа. Покрышками у них служат гипсы и соли.

 

Органогенные породы

 

Органогенные породы образуются в результате жизнедеятель­ности организмов.

Известняки органогенного происхождения состоят из остатков известковых раковин водных животных и водорослей, которые жили в морях и озерах. Ракушечники состоят из раковин различных моллюсков (обычно двустворок и гастропод); мел - из известковых скелетиков мельчайших одноклеточных водорослей и простейших.

Ископаемые угли образуются за счет разложения растительных остатков без доступа воздуха. В зависимости от содержания углерода ископаемые угли подразделяются на бурые, каменные и антрациты.

Горючие сланцы – глинистые, известковистые или кремнистые осадочные породы с содержанием органического вещества (керогена) в количестве 10 - 80 %.

Нефть - продукт преобразования органики в условиях высоких давлений и температур. Поскольку нефть легче воды, она перемещается в вышележащие слои и скапливается в породах-коллекторах. На вид это маслянистая жидкость бурого, темно-коричневого, красновато-коричневого, иногда слегка желтоватого цвета.

Янтарь – затвердевшая смола хвойных деревьев, преимущественно палеогенового возраста (25 – 30 млн. лет). Обычно это смола древних елей, которая хорошо сохраняется в прибрежных песчаных осадках.

Ракушечники – красивый отделочный материал в строительстве. Мел применяется в цементной, стекольной, резиновой, бумажной промышленности. Опоки используют для очи­стки сахара, растительных и минеральных масел, в абразивной, химической и других отраслях промышленности. Диатомит применяется для фильтрования кислот, термоизоляции, полировки металлических изделий, в цементной промышленности. Каустобиолиты (ископаемые угли, торф, горючие сланцы), нефть и газ – топливо и основные источники энергии для человечества. Из нефти получают бензин, керосин, различные смазочные масла; нефть – незаменимое сырье для химической промышленности. Янтарь употребляется в качестве разнообразных поделок в ювелирном деле, а также идет на изготовление янтарной кислоты, лака, некоторых медицинских препаратов и реактивов; в электроприборах употребляется как изолятор.