Магматические горные породы

По условиям образования среди магматических горных пород различают интрузивные, или глубинные, и эффузивные, или излившиеся разновидности. Интрузивные, или глубинные, горные породы образовались в результате остывания магмы в глубоких недрах земной коры. В этих условиях происходит медленное и спокойное затвердевание магматического расплава с образованием полнокристаллических пород. В отличие от этого эффузивные, или излившиеся, горные породы образуются в результате остывания магмы-лавы, вылившейся на поверхность Земли. В данном случае затвердевание лавы происходит в условиях низкого давления и возможности быстрой отдачи тепла и газовых компонентов в атмосферу. Поэтому для большинства эффузивных горных пород характерны аморфное, афонитовое (скрытокристаллическое) или порфировое строения.



В связи с условиями образования интрузивные и эффузивные горные породы имеют различные формы залегания.

Интрузивные массивы по отношению к вмещающим их горным породам могут залегать: 1) согласно, т. е. параллельно напластованию вмещающих пород, и 2) несогласно, когда форма интрузива не параллельна слоистости окружающих толщ. Примерами первых являются лакколиты, лополиты и пластовые залежи, а вторых — батолиты, штоки, дайки и жилы.

Лакколит — это караваеобразной формы с выпуклой поверхностью интрузивное тело, имеющее относительно небольшие размеры, от 100—200 м до нескольких километров в поперечнике. Лакколитовые интрузии известны в Крыму, на Северном Кавказе в окрестностях Пятигорска (горы Бештау, Машук, Железная). Другая форма согласного залегания — лополиты, имеющие вид плоского блюда и чаши. Их образование связано с опусканием подстилающих и покрывающих интрузию слоев осадочных пород. Пластовые залежи представляют собой интрузивные тела большой протяженности, залегающие параллельно напластованию осадочных пород.

Одной из основных форм несогласного залегания являются батолиты, представляющие собой куполообразные интрузивные тела значительных размеров (площадью более 200 км2). Штоки по форме аналогичны батолитам но отличаются меньшими размерами, занимая площади менее 200 км2. Жилы и дайки образуются при заполнении магматическим расплавом трещин и повторяют их форму. Кроме того, жилы могут образоваться при циркуляции по трещинам гидротермальных растворов, содержащих различные минерализаторы.

Характер залегания излившихся, или эффузивных горных пород менее разнообразен. Для них наиболее типичными формами являются потоки, покровы и купола. Расплавленная лава, вытекая из жерл вулканов и трещин в земной коре, движется в виде лавовых потоков, форма которых определяется рельефом местности. Покровы в отличие от потоков образуются при крупных излияниях базальтовых лав и поэтому занимают значительные площади. Так, например, в Индии, на Деканском плоскогорье эффузивные покровы занимают площадь до 800 000 км2. Крупные лавовые потоки развиты и в Восточной Сибири (Средне-Сибирское плоскогорье). Купола возникают при излиянии очень вязких гранитных магм. В данном случае лавы, вытекающие из жерла вулкана, не растекаются, а образуют куполообразные возвышения, приуроченные к месту эффузивного излияния (рис. 7).



В составе магматических пород встречаются почти все известные химические элементы, но их роль далеко неодинакова. Главнейшими элементами, из которых состоят эти породы, являются следующие: О, Si, Al, Fe, Ca, Mg, К, Na, Ti, Н. Они носят название петрогенных элементов.

По результатам химико-аналитических исследований химический состав магматических пород представляется в следующем виде (табл. 5).

Чрезвычайно важным критерием для характеристики магматических пород является содержание в них кремнекислоты. В пересчете на окисел содержание SiO2 колеблется в пределах от 25 до 85%. В зависимости от этого среди магматических пород различают следующие пять основных групп: Ультракислые породы, с содержанием SiO2 более 75% Кислые породы, с содержанием SiO2 от 65 до 75% Средние породы, с содержанием SiO2 от 52 до 65% Основные породы, с содержанием SiO2 от 40 до 52% Ультраосновные породы, с содержанием SiO2 менее 40% Кроме того, в самостоятельную группу выделяются щелочные породы, соответствующие нефелиново-сиенитовой магме. По содержанию SiO2 эта группа соответствует породам среднего состава.

Классификация магматических горных пород по содержанию в них SiO2 имеет большое практическое значение. Так, например, установлено, что по мере уменьшения содержания SiO2 в глубинных породах окраска от светлой становится темной, возрастает удельный вес, понижается температура плавления и увеличивается вязкость.

Минеральный состав магматических пород также является весьма разнообразным. В то же время каждая порода характеризуется вполне определенным минеральным составом. Так, например, граниты состоят из кварца, кислых полевых шпатов, слюд и некоторых других минералов, а такие породы как габбро — из полевых шпатов основного состава, авгита и др.

Среди минералов, слагающих данные породы, различают главные, составляющие основную массу породы, и второстепенные, содержание которых в породе незначительно. Главными породообразующими минералами являются полевые шпаты, кварц, слюды, оливин, пироксены, амфиболы, фельдшпатиды, а второстепенными — апатит, флюорит, рудные минералы и другие. По окраске среди главных минералов условно различают цветные и светлые разности. К первым из них относятся амфиболы, оливин, пироксены и биотит, ко вторым — полевые шпаты, кварц и фельдшпатиды. Следует отметить, что в направлении от кислых к ультраосновным породам наблюдается уменьшение содержания светлых и увеличение количества цветных минералов.



Для точного наименования породы необходимо изучить не только минеральный состав, но и структуру и текстуру породы.

Под структурой понимают строение минерального агрегата, т. е. степень его кристалличности, форму и размеры минеральных зерен, слагающих данную породу. Под текстурой же понимают сложение породы, т. е. взаимное расположение слагающих ее минералов в пространстве.

По степени кристалличности различают: 1) зернистые, или полнокристаллические структуры, являющиеся типичными для интрузивных горных пород; 2) полукристаллические зернистые структуры и 3) стекловатые структуры, характерные для эффузивных пород. В свою очередь среди зернистых структур можно выделить крупно-, средне- и мелкозернистые разновидности с размерами зерен соответственно более 5 мм. от 2 до 5 мм и менее 2 мм. Кроме того, различают еще структуры равномернозернистые и неравномернозернистые. Типичными примерами неравномернозернистых структур являются порфировидная и порфировая. В первой из них на фоне общей равномернозернистой массы рассеяны крупные кристаллические вкрапленники, по размерам в несколько раз превышающие размеры зерен основной массы пород. В отличие от этого порфировые структуры характеризуются тонкозернистой, плотной или стекловатой основной массой, на фоне которой выделяются отдельные крупные кристаллы.

В полнокристаллических породах структуры различают также и по степени совершенства форм минералов. Так выделяют три формы нахождения минералов в породах: 1) идиоморфные — имеющие кристаллы с характерными гранями; 2) гипидиоморфные — обладающие только частично свойственной им формой кристаллов, обычно форма их искажена соседними кристаллами; 3) аллотриоморфные — не обладающие собственной формой кристаллов, которые расположены среди других минералов. По этим признакам выделяют структуры: а) гранитную с идиоморфными по отношению к полевым шпатам цветными минералами; б) офитовую (диабазовую) с резко выраженным идиоморфизмом плагиоклаза и аллотриоморфизмом авгита, размещающегося между кристаллами плагиоклаза; в) габбровую, с зернистой аллотриоморфной формой кристаллов и т) пегматитовую, с включениями мелких кристаллов одного минерала в крупные зерна другого, имеющих одинаковую ориентировку.

Среди стекловатых магматических пород структуры выделяют по количеству и характеру расположения мелких кристаллов так называемых микролитов. Так различают структуры: а) стекловатую, где практически микролиты отсутствуют; б) андезитовую, с примерно равным количеством стекла и микролитов игольчатой формы; в) интерсертальную, с резким преобладанием микролитов над стеклом и г) флюидальную, с микролитами, ориентированными в направлении потока магмы (рис. 8).

Основными типами текстуры магматических пород являются массивная, характерная для интрузивных пород и встречающаяся иногда у эффузивных, и пористая, присущая только излившимся породам, которая обусловлена выделением газов из застывающей лавы. В случае заполнения пустот минеральным веществом текстуру эффузивных пород называют миндалекаменной. Нередко среди эффузивных пород выделяют флюидальную текстуру со следами течения.



В настоящее время наибольшее признание получила классификация магматических горных пород по содержанию в них кремнекислоты. Ниже мы приводим краткую характеристику магматических горных пород в соответствии с такой классификацией (табл. 6).

Ультракислые породы. Содержание SiO2 в породах данной группы превышает 75%, однако в природе они встречаются сравнительно редко. Поэтому эти породы не всегда выделяются в самостоятельную группу. К данной группе относятся пегматиты и породы типа аляскитов.

Пегматиты состоят из крупных зерен кварца, полевого шпата и незначительного количества цветных минералов. Для них характерно взаимное прорастание полевого шпата кварцем с образованием так называемой графической, или пегматитовой структуры.

Пегматиты образуют жилообразной формы тела, иногда массивы и гнезда. На территории бывш. СССР встречаются довольно часто (Урал, Кавказ и т. д.). В процессе их выветривания образуются каолинитовые глины. С пегматитами связаны месторождения слюды, топаза, вольфрама и некоторых других металлов.

Аляскиты — это породы светло-серого цвета и среднезернистого строения. Основными минералами являются кварц к кислый полевой шпат. Аляскиты. как и пегматиты, используются в керамической промышленности, а также как кислотоупорный материал.

Кислые породы. Содержание SiO2 в этих породах достигает 65—75%. Для них характерно присутствие кварца, значительного количества ортоклаза, иногда кислого плагиоклаза, а также незначительного количества цветных минералов (роговая обманка и слюда). Среди кислых пород наибольшим распространением пользуются интрузивные породы, реже встречаются их эффузивные аналоги.

Гранит — это полнокристаллические породы, в состав, которых входят кварц (20—40%), полевые шпаты (ортоклаз, микроклин и плагиоклаз в сумме 40—60%) и цветные минералы (до 10%) — слюды, реже роговая обманка и авгит. Из второстепенных минералов присутствуют апатит, пирит, магнетит и др. В зависимости от содержания цветных минералов граниты подразделяются на биотитовые, мусковитовые, роговообманковые и др.

Структура гранитов кристаллически зернистая, реже порфировидная. По величине зерен различают мелко-, средне- и крупнозернистые разновидности. Текстура массивная. Порфировидная, крупнозернистая разновидность гранитов с отдельными крупными кристаллами ортоклаза называется рапакиви, что означает по-фински — «гнилой камень». Окраска гранитов весьма разнообразна и изменяется от светло-серой до мясо-красной, реже бывает зеленоватая.

Массивы гранитов нередко бывают разбиты системой горизонтальных и вертикальных трещин с образованием параллелепипедоидальной, матрацевидной, реже пластовой и шаровой отдельностей. В процессе выветривания из них образуются различные обломочные и глинистые частицы, служащие хорошим материалом для образования почвенного скелета.

Залегают граниты в форме крупных батолитов, реже штоков, даек, жил и лакколитов. Это чрезвычайно широко распространенные горные породы, выходы которых известны в Карелии, на Кольском полуострове, в Сибири, Забайкалье и в других местах. Благодаря большой распространенности и высоким техническим качествам граниты широко применяются как строительный материал.

Липариты — это эффузивные аналоги гранитов, обладающие афонитовой или порфировой структурой. Порфировые вкрапленники в нем представлены полевым шпатом (часто санидин), реже кварцем и биотитом. Окраска липаритов белая, светло-серая с темноватым, иногда слегка розоватым оттенком.

Порода, соответствующая по составу липариту, но имеющая стекловатую структуру, называется вулканическим стеклом, или обсидианом. Обсидиан — это аморфная масса, обладающая обычно красновато-коричневой, темно-серой до черной окраски, с раковистым изломом. Образование обсидиана часто сопровождается образованием пемзы — пористой стекловатой породы, возникающей при вулканических извержениях кислой магмы, богатой газами. Благодаря большой пористости удельный вес пемзы низкий (менее 1.0 г/см3).

Кварцевые порфиры. По мнению ряда исследователей, они являются полуглубинными аналогами гранитов. По сравнению с липаритами кварцевые порфиры темнее: бурые, Красные, желтые, зеленоватые. В результате выветривания окраска их часто приобретает пятнистый характер. Структура порфировая, текстура плотная. Существенную роль в составе этой породы играет кварц как в основной массе, так н среди порфировых вкрапленников. Последние, кроме кварца, бывают сложены ортоклазом, реже биотитом. При выветривании кварцевые порфиры распадаются на мелкие обломки и переходят в глинистую массу. Залегают же они преимущественно в виде даек и лакколитов.

Липариты и кварцевые порфиры встречаются в небольших куполообразных массивах на Кавказе, Урале, Дальнем Востоке. Средней Азии и в Сибири. Как те, так и другие находят применение в качестве строительного камня, реже используются как облицовочный и дорожный материал. Выветрелые кварцевые порфиры вмещают месторождения каолинита. Обсидиан встречается совместно с липаритами и кварцевыми порфирами в Закавказье. Используется в качестве «гидравлической» добавки, а также идет на изготовление темного стекла.

Пемза больших скоплений не образует и чаще всего встречается в виде отдельных обломков, выброшенных при вулканических извержениях. Она находит применение как абразивный и теплоизоляционный материал, а также как заполнитель легких бетонов.

Средние породы. Они содержат 52—65% кремне кислоты. В состав их входят плагиоклазы (олигоклаз, андезин) и цветные минералы, преимущественно роговая обманка. Кварца обычно мало. Представителями данной группы пород являются диориты, а их излившимися аналогами — андезиты и порфириты.

Диориты состоят главным образом из светлых плагиоклазов, роговой обманки, реже авгита и биотита. Кварц либо отсутствует, либо содержится в незначительном количестве. В случае повышенного содержания кварца порода называется кварцевым диоритом. Среди второстепенных минералов присутствуют пирит, апатит, магнетит и другие. Цветные минералы составляют 25—30%. Окраска изменяется от светло-серой до темно-серой. Структура мелко- и среднезернистая, текстура массивная. При выветривании диориты приобретают зеленовато-бурую окраску.

Залегают в виде жил и штоков или в периферической части гранитных и габбровых массивов. Диориты встречаются на Урале, в Средней Азии, Закавказье и других местах. С ними связаны месторождения меди и полиметаллов.

Андезиты — весьма распространенная эффузивная порода темно-серого или зеленоватого цвета. Структура порфировая. Порфировые включения представлены плагиоклазом или роговой обманкой. Из цветных минералов, кроме роговой обманки, встречаются авгит, реже биотит. Текстура пористая. При выветривании андезиты приобретают серовато-зеленую окраску и распадаются на неправильные угловатые обломки. Образуют обширные лавовые потоки, покровы и купола, пользующиеся широким распространением на Кавказе. в Восточной Сибири, на Украине и в других местах. Находят применение как стеновой, дорожный и поделочный камень.

Порфириты по своему минеральному составу идентичны с диоритами. От андезитов они отличаются сильной выветрелостью; в процессе выветривания часть первичных минералов (плагиоклазы, авгит, роговая обманка) переходят во вторичные с образованием хлорита, серицита и др. Эти новообразования окрашивают породу в темно-серый или темно-зеленым цвет. Структура их порфировая. Применение их такое же, как и андезитоп. Порфириты широко распространены во всех горных районах бывш. СССР.

Щелочные магматические породы. К породам данной подгруппы относятся сиениты и нефелиновые сиениты. Их эффузивными аналогами являются трахиты, ортофиры и фонолиты.

Сиениты — это щелочные интрузивные породы, состоящие главным образом из ортоклаза, роговой обманки, реже авгита и биотита. Окраска светлая, розовая, светло-серая. Структура полнокристаллическая, равномернозернистая, иногда порфировидная. Текстура массивная.

Сиениты залегают в краевых частях гранитных и габбровых массивов, реже встречаются в виде самостоятельных геологических тел (лакколиты, штоки, дайки). Имеют обычно матрацевидную и пластовую отдельности. Интрузии этих пород известны в Восточной Сибири, на Урале, Украине и в других местах, но встречаются реже, чем граниты. С интрузиями сиенитов связаны крупные месторождения магнетита, меди и др. Используются как строительный и дорожный камень.

Нефелиновые сиениты представляют собой глубинные породы с повышенным содержанием щелочей. В их составе основное место занимают калиевые и натриевые полевые шпаты и нефелин. Среди второстепенных минералов содержатся амфиболы, пироксены, реже биотит и апатит. Это средне- или крупнозернистые полнокристаллические породы. Окраска их белая, серая или красновато-бурая. Встречаются на Урале, на Кольском полуострове, на Украине и Кавказе. Имеют большое практическое значение; с интрузиями нефелиновых сиенитов генетически связаны месторождения апатитов, циркона, титана и редких земель.

Трахиты — это слабо измененные, эффузивные аналоги сиенитов. Структура порфировая. Вкрапленники, как и основная тонкозернистая масса породы, сложены полевыми шпатами. Кроме них, в породе присутствуют роговая обманка, биотит и стекло. Текстура массивная, переходящая в пористую при выветривании зерен полевых шпатов. Окраска белая, серая, желтоватая. Легко выветриваются с последующим переходом в глину. Образуют чаще всего плитчатую отдельность.

Трахиты встречаются в виде потоков, покровов, иногда же в форме куполов на Кавказе, Украине, Урале, в Казахстане и на Алтае.

Бескварцевые порфиры — это сильно измененные эффузивные аналоги сиенитов. Отличаются от трахитов степенью измененности. Минеральный и химический состав их одинаковый. Бескварцевые порфиры, также как и трахиты, находят применение как строительный материал в качество стеновых блоков, щебня для бетона и т. д.

Фонолиты — эффузивные аналоги нефелиновых сиенитов зеленовато-серой и буроватой окраски с жирным блеском. Минеральный состав их: нефелин, полевой шпат (санидин) и цветные минералы. Залегают фонолиты в виде потоков» покровов и других форм. Благодаря тонкоплитчатой отдельности они находят применение как кровельный материал.

Основные породы. Содержание кремнекислоты в породах данной группы составляет 40—52%. В составе их преобладают цветные минералы (до 50%). Полевые шпаты представлены плагиоклазами типа лабрадор и анортит, кварц отсутствует.

Большое количество темноцветных минералов придает породе темную окраску. Среди магматических пород на их долю приходится около 25%, из которых 20% составляют базальты. К представителем основной магмы относятся довольно разнообразные породы. Главными из них являются габбро, базальты и диабазы.

Габбро представляет собой полнокристаллическую породу темно-серой, черной, часто зеленой окраски. В состав их входят в основном полевой шпат типа лабрадора и авгит. Кроме указанных минералов, присутствуют роговая обманка, оливин и биотит; в числе второстепенных минералов — ортоклаз, магнетит и другие.

Габбро, состоящее из одного лабрадора, называется лабрадоритом. Структура габбро мелко- и крупнозернистая, текстура массивная, реже полосчатая. Залегают они в форме лакколитов, штоков и даек и образуют глыбовую, шаровую и другие отдельности.

Габбровые породы пользуются широким распространением на Урале, в Забайкалье, в Карелии и Средней Азии. К интрузиям габбро приурочены месторождения титаномагнетита, меди, никеля и др. Габбро является ценным строительным материалом. Лабрадориты из-за красивой окраски и хорошо полирующихся поверхностей используются в качестве декоративного и облицовочного материала.

Базальты — это эффузивные аналоги габбро, представляющие собой плотные тяжелые породы скрытокристаллического или мелкокристаллического строения. Окраска темно-серая и черная; при выветривании она становится ржаво-бурой. Минеральный состав: основные плагиоклазы, авгит, оливин, в некоторых случаях роговая обманка и биотит. Иногда в значительном количестве присутствует магнетит.

Залегают базальты в виде покровов, потоков и жил. Отличительной их особенностью является столбчатая пяти-шестигранная, реже плитчатая и шаровая отдельности.

Базальты это чрезвычайно широко распространенные излившиеся породы. Они широко развиты в Забайкалье, на Алтае, в Армении, на Украине и на Дальнем Востоке. Находят применение как дорожный и строительный камень, а также в каменно-литейной промышленности.

Диабазы — полуглубинные аналоги габбро. Структура их порфировая. Порфировые вкрапленники представляют собой удлиненные кристаллики плагиоклазов или авгита. Минеральный состав сходен с составом базальтов. Окраска темно-зеленая до черной. Залегают чаще в виде жилообразных тел. Используются, как и базальты, в строительном и каменно-литейном деле. Диабазы развиты на Урале, Кавказе, в Сибири и в ряде других мест.

Ультраосновные породы. Это темноокрашенные породы, не содержащие полевых шпатов и кварца. Количество SiО2 < 40%. Породы этой группы состоят из оливина, пироксена — силикатов с почти полным отсутствием глинозема и щелочей, но богатых окислами железа и магния. Цвет их изменяется от темно-зеленого до черного. Это в основном породы глубинного происхождения; эффузивные их аналоги встречаются крайне редко.

Пироксениты в основном состоят из пироксена (авгита), иногда с примесью оливина. Порода полнокристаллическая от мелко- до крупнозернистой. Цвет черный. Образуют параллелепипедоидальную и шаровую отдельности. Формы залегания — жилы, штоки и пластовые залежи в дифференцированных интрузиях.

Перидотиты состоят из оливина и авгита с небольшой примесью роговой обманки, магнетита и других минералов. Цвет породы темно-зеленый или зеленовато-черный. Форма залегания — штоки, дайки и псевдослоистые залежи в дифференцированных интрузиях.

Дуниты состоят главным образом из оливина с ничтожной примесью авгита, магнетита и хромита. Цвет темно-зеленый, почти черный, структура средне- и мелкозернистая. Образуют глыбовую, параллелепипедоидальную, а также шаровую отдельности. В неизмененном состоянии ультраосновные породы обычно встречаются на значительных глубинах. В условиях земной поверхности они являются неустойчивыми и в процессе выветривания переходят в серпентиниты, или змеевики — плотные зеленые породы.

Эффузивные аналоги ультраосновных пород представлены пикритами и кимберлитами.

Пикриты состоят из оливина и авгита с примесью плагиоклазов, роговой обманки и биотита. Структура зернистая или пегматитовая.

Кимберлиты — это тяжелые породы темного облика, состоящие в основном из серпентина, оливина и слюды. Кимберлиты обычно выполняют жерловины и цилиндрические трубки взрыва. Наиболее крупные из них достигают в поперечнике 1 км. В таких кимберлитовых трубках и встречаются алмазы. Как известно, алмазные месторождения в кимберлитовых трубках имеются у нас в Якутии и на Урале.

С ультраосновными породами глубинного происхождения генетически связаны месторождения хрома, платины, меди, кобальта, никеля, асбеста, талька и др., однако интрузии этих пород в природе пользуются ограниченным распространением. Они встречаются на Урале, Кольском полуострове, в Сибири и на Дальнем Востоке.

Магматические горные породы имеют большое народнохозяйственное значение. К ним приурочено много разнообразных месторождений рудных и нерудных полезных ископаемых, которые находят широкое применение как в промышленности, так и в сельском хозяйстве. Рудные месторождения служат сырьем для извлечения различных металлов: меди, олова, свинца, цинка, редких металлов и др., а нерудные (граниты, диориты, сиениты) — прекрасным строительным и облицовочным материалом. Некоторые из них являются сырьем для получения минеральных удобрений (например апатит и микроэлементы). Разрушаясь в процессе выветривания, магматические горные породы переходят в рыхлое состояние, тем самым поставляют материал для образования различного рода почв и обусловливают их физико-механические свойства.