Минеральный и химический состав магматических и метаморфических пород

По степени участия в сложении пород минералы делятся на глав­ные — породообразующие — и второстепенные. Кроме того, в по­родах присутствуют в малом количестве так называемые акцессор­ные минералы, характерные только для какого-либо определенного типа пород.

К главным породообразующим минералам относятся кварц, по­левые шпаты, нефелин, пироксены, амфиболы, слюды и оливин. В среднем их соотношение в магматических породах, %: полевые

Таблица 6.1

Классификация магматических пород и их главнейшие минеральные ассоциации (по А.В. Миловскому, О.В. Кононову)

шпаты — 60, кварц — 12, амфиболы и пироксены — 17, слюды — 14, прочие силикаты — 6, остальные минералы — 1.

В различных магматических породах соотношение названных минералов и состав второстепенных и акцессорных минералов су­щественно изменяются (табл. 6.1).

В кислых изверженных породах — гранитах и гранодиоритах — преобладают кварц и кислые калий-натровые полевые шпаты; в породах среднего состава, например в диоритах, мало кварца и пре­обладают плагиоклазы среднего состава, много роговой обман­ки. Основные породы — габбро и диабазы — почти не содержат кварца, в них преобладают основные плагиоклазы, пироксены и оливин. В ультраосновных породах — дунитах и перидотитах — оли­вин составляет основную массу.

Биотит распространен в кислых и средних породах, его мало в основных. В основных породах исчезают апатит и сфен. В ряду вторичных постмагматических минералов в магматических поро­дах наиболее часто встречаются серицит, каолинит, хлорит и ряд других.

Кислые породы богаты кремнеземом, содержат мало железа, кальция и магния. В породах основного и ультраосновного состава содержание кремнезема значительно уменьшается, но в 2—3 раза увеличивается содержание трех- и двухзарядного железа, в 5—6 раз возрастает содержание кальция и магния, а количество натрия и калия по сравнению с кислыми породами и породами среднего состава уменьшается. Это связано с различным химическим соста­вом породообразующих и сопутствующих минералов и различным их участием в сложении пород. Различия в минеральном составе изверженных пород четко проявляются и в их химическом составе (табл. 6.2).

Минералы магматических и метаморфических пород в своем большинстве — кислородные соединения. Главные из них — это оксиды, силикаты и алюмосиликаты.

Оксиды. Кварц (Si02) один из самых распространенных мине- ралов-оксидов. Основой кристаллохимической структуры кварца являются кремнекислородные тетраэдры, представляющие собой четыре иона кислорода, расположенные по углам тетраэдра, в центре которого заключен ион кремния 1SiO₁ (рис. 6.1, а). Кремнекисло­родные тетраэдры образуют сплошную трехмерную каркасную структуру, что обусловливает устойчивость кварца к процессам вы­ветривания. Кварц — типичный остаточный минерал древних кор выветривания кварцсодержащих пород и элювиальных горизонтов почв.

Таблица 6.2

Средний химический состав главных типов изверженных пород, % (по Р.А. Дэли)

Примечание. В скобках указано число анализов, из которых выведено значение

В ряду оксидов, представляющих акцессорные минералы, следует назвать магнетит Fe3O4, рутил Тi O2.

Силикаты. В основе кристаллохимической структуры этих ми­нералов лежат кремнекислородные тетраэдры, представляющие изо­лированные группы или цепочки (простые и сдвоенные), соединен­ные между собой преимущественно двухвалентными катионами (рис. 6-1, б, в). К породообразующим силикатам принадлежат:

Пироксены R₂[Si₂О₆]

R—Са²⁺, Mg²⁺, Fe²⁺, Fe³⁺, Mn²⁺, Al³⁺, Na⁺

амфиболы R₇[Si₄О₁₁]-(ОН)

оливин MgFe[SiO₄].

Рис. 6.1. Типы кристаллических решеток силикатов.

Расположение кремнекислородных тетраэдров: а — кремнекислородный тетраэдр; б — цепочное; в — ленточное (сдвоенная цепочка); г — слоистое (трехчленная цепочка)

Все эти минералы имеют темно-зеленый цвет и в случае высо­кого содержания, как, например, в ультраосновных и основных по­родах, обусловливают темную окраску пород.

Среди пироксенов наиболее распространен минерал авгит, а среди амфиболов — роговая обманка. В процессах выветривания амфибо­лы более устойчивы, чем пироксены, поэтому несмотря на то что в большинстве изверженных пород (за исключением гранитов) пиро­ксены преобладают и в некоторых породах составляют 20—25 % массы породы, в рыхлых отложениях и почвах обычно лучше сохраняется роговая обманка. Общее количество этих минералов в почвах варь­ирует от 5 до 15 %.

К группе магнезиально-железистых силикатов принадлежит широко распространенный в основных и ультраосновных извержен­ных породах минерал оливин. Кремнекислородные тетраэдры в этом минерале представляют изолированные группы, соединенные двух­валентными катионами. Эта островная структура непрочная, поэто­му оливин в зоне выветривания неустойчив, в рыхлых отложениях и почвах он присутствует в количестве 0,5—1,0 %.

Алюмосиликаты. Это большая группа минералов, кристалличес­кая решетка которых образована тетраэдрами и октаэдрами (рис. 6.2). По типу структуры они подразделяются на каркасные и слоеватые. К каркасным минералам относятся полевые шпаты, к слоеватым — слюды.

Рис. 6.2. Расположение тетраэдров и октаэдров: а — в двух-; б — в трехслойных минералах. Ионы: / — Si; 2 — О; 3 — ОН; 4 - А1

Полевые шпаты — это каркасные алюмосиликаты, состояние из кремне- и алюмокислородных тетраэдров, соединенных катионами натрия, калия и кальция.

Наиболее распространены следующие полевые шпаты:

1) калиевые — ортоклаз, микроклин K[Si₃A10_s], которые могут содержать изоморфную примесь Na, Cs, Rb, Tl, Pb, а также Fe³⁺;

2) натровые — альбит Na[Si₃A10_s];

3) кальциевые — анортит Ca[Si₂Al₂O_s];

4) плагиоклазы — изоморфные смеси в различных соотношени­ях альбита и анортита: Na[Si₃A1О₈]—Ca[Si₂Al₂O_s],

В зависимости от соотношения альбита и анортита плагиоклазы разделяются на кислые, средние и основные. Промежуточный ряд плагиоклазов обозначается номерами в соответствии с процентным молярным содержанием в смеси анортита:

Кислые 0—10 олигоклаз-альбит

11—30 олигоклаз

Средние 31—50 андезин

51—70 Лабрадор

Основные 71—90 битовнит
91—100 анортит

Кислые полевые шпаты имеют светлую окраску, основные — темную, с чем связан в значительной мере и цвет различных мас­сивных пород. Кислые полевые шпаты значительно более устойчи­вы к процессам выветривания, чем основные. Наибольшей стойко­стью обладает калиевый полевой шпат — микроклин. В рыхлых оса­дочных породах и в почвах полевые шпаты рааличной степени выветрелости составляют по массе около 50 %.

Слюды. Эти минералы имеют сложную кристаллохимическую струк­туру, в которой кремнекислородные тетраэдры образуют плоские сет­ки (рис. 6.2): вершины обращенных друг к другу тетраэдров, принадле­жащих двум сеткам, связаны ионами алюминия с гидроксильными группами (ОН), образуя таким образом трехслойные пакеты, соедине­ны между собой ионами калия или кальция, магния и железа. Калий­ная светлая слюда — мусковит; темная, магнезиально-железистая — биотит. Мусковит более устойчив при выветривании, чем биотит.

Среднее содержание слюд в породах и почвах — около 4—5 %.

В ряду акцессорных минералов изверженных пород заслужива­ют упоминания минералы — источники фосфора, фтора, хлора и серы. К ним относится апатит Са₅(С1, F) (Р0₄)₃, встречающийся в породах, рыхлых отложениях и почвах в количестве 0,3—0,5 %. Эти минералы являются источниками весьма важного для плодородия почв элемента — фосфора. Залежи апатита разрабатываются в каче­стве фосфатных удобрений. Кроме того, апатит является источни­ком хлора и фтора.

Из бескислородных соединений среди первичных минералов- источников серы надо назвать сульфид железа — минерал пирит или в другой кристаллической модификации — марказит FeS_r Суль­фиды ж;елеза и других тяжелых металлов в породах и почвах нахо­дятся в рассеянном состоянии, но образуют также скопления, пред­ставляющие месторождения сульфидных руд.

Сульфиды железа в присутствии кислорода и воды неустойчи­вы. Прр) окислении серы образуется серная кислота. ПО

Минеральный и химический состав осадочных пород

Продукты разрушения массивно-кристаллических и других по­род, накопившиеся на дне морей и поверхности суши и подвергши­еся уплотнению, цементации, перекристаллизации, превращаются в плотные осадочные породы, которые по составу и строению су­щественно отличаются от массивно кристаллических. Главной при­чиной разнообразия осадочных пород являются различия в услови­ях их образования, определяющие соотношение терригенного ком­понента с химическим и биогенным. С учетом соотношения этих компонентов можно выделить главные группы и подгруппы осадоч­ных пород (табл. 6.3). Таким образом, в составе осадочных пород участвуют:

1) минералы остаточные первичные, унаследованные от массив­но-кристаллических пород;

2) минералы новообразованные, вторичные, образовавшиеся в условиях земной поверхности, — это большая часть глинистых ми­нералов, простые соли;

3) органические вещества.

При выходе плотных осадочных пород на поверхность они под­вергаются вторичным циклам выветривания и почвообразования, в результате которых происходит дальнейшее разрушение первичных минералов, преобразование глинистых минералов, растворение хи­мических элементов и вынос легкорастворимых компонентов. От­носительное содержание первичных минералов уменьшается от щебневатых и песчаных пород к суглинистым и глинистым. После­дние почти целиком сложены вторичными минералами.

Таблица 6.3.