ГОРНЫЕ ПОРОДЫ

Земная кора сложена из различных минеральных агрегатов, которые встречаются не по одиночке, а в сообществах, постоянно повторяющихся в самых разных пунктах земного шара и разных глубинах земной коры. Устойчивость таких сообществ подчёркивает их характер.

Совместное нахождение минералов, обусловленное общностью их происхождения, называется парагенезом (пара, возле, генезис - образование, происхождение). Наиболее распространёнными и устойчивыми формами парагенетических ассоциаций, сообществ минералов являются горные породы.

В составе горных пород различают породообразующие минералы, составляющие основную массу горных пород и минералы акцессорные, т. е. дополнительные, доля которых может быть ничтожно мала, но они являются характерной примесью для отдельных разновидностей.

Горными породами являются такие естественные парагенетические сообщества минералов, которые образуют самостоятельные геологические тела.

Геологическая самостоятельность горных пород состоит в том, что горные породы:

- своим происхождением обязаны геологическим процессам общеземного планетарного значения;

- представляют собой крупные, обособленные в пространстве минеральные тела, составляющие в своей массе существенную часть земной коры.

Изучением минерального и химического состава горных пород, их строения, происхождения, геологическими условиями залегания, взаимоотношением между различными породами, а также изменением горных пород с течением времени занимается наука петрография.

Геологические процессы, приводящие к образованию горных пород, называются процессами породообразования или петрогенеза.

К ним относятся: магматизм, метаморфизм горных пород и осадконакопление (седиментация). В зависимости от зоны образования различают три генетических типа пород, По признаку происхождения [2, 5, 7] (генезиса) все горные породы подразделяются на:

– магматические (гранит, диорит);

– метаморфические (кристаллические сланцы, гнейсы);

– осадочные (известняки, глины, пески и песчаники).

Горные породы могут состоять из одного минерального вида (каменная соль) и нескольких. Первые называются мономинеральной породой, вторые – полиминеральной, к которым относится большинство горных пород.

Горные породы отличаются друг от друга не только по минеральному составу и происхождению, но и по строению (структуре), сложению (текстуре) и формам залегания в земной коре.

Строение горных пород (структура) определяется размерами, формой и взаимным расположением минеральных зёрен, агрегатов минералов, включений, а также способом связей между минеральными составляющими.

- простое соприкосновение минеральных зёрен (пески).

- сцементированы цементирующим веществом (песчаники - сцементированы карбонатом, гипсом, глинами);

- минеральные зёрна «спаяны» друг с другом (гранит, мрамор);

- минеральные зёрна могут быть заключены в стекловатую массу.

Сложение горных пород (текстура)- это способ строения, выраженный пространственным взаиморасположением минеральных масс, составляющих горную породу.

Для осадочных горных пород характерно слоистое сложение, когда минеральные массы распределены в горной породе слоями.

Для магматических горных пород большей частью свойственно массивное сложение, возникающее вследствие равномерного остывания и кристаллизации масс на глубине. При изливании магматических пород на поверхность образуются серии покровов пузырчатого, шлакового и других сложений.

Для метаморфических горных пород характерно сланцевое сложение, когда горная порода легко расчленяется по плоскостям, т. е. образуются плоскости сланцеватости.

Формы залегания горных пород весьма различны. Форма залегания осадочных пород представлена слоями или серией слоёв, образующими толщу слоистого сложения.

Магматические породы, изливающиеся на поверхность Земли, залегают в виде растекающихся потоков (по лощинам и долинам) или покровов (покрывающих обширные пространства). Магматические массы, застывающие на глубине, образуют жилы, дайки, батолиты, лакколиты и другие типы минеральных тел.

Метаморфические породы сохраняют формы залегания первичных материнских горных пород, в результате изменения (метаморфизма) которых они образовались.

Перечисленные петрографические характеристики горных пород в существенной мере зависят от условий породообразования, которые называются фациальными условиями, (фация - обмен) и применяются для всех пород (фация – употреблялась для обозначения физико-географических образований осадочных пород).

1 Магматические горные породы

Магматические горные породы образуются из огненно-жидких силикатных расплавов (магма), в той или иной мере насыщенных газами и парами, в результате кристаллизации магмы при её остывании в недрах Земли или на её поверхности. Магма, излившаяся на поверхность и освободившаяся от части газов и воды, превращается в лаву. Магма представляет собой сложный силикатный расплав примерно следующего состава: кислород – 46,7%, кремний – 27,7%, алюминий – 8,1%, железо – 5,1%, кальций – 3,6%, магний – 2,1%, натрий –2,7%, калий – 2,6%, доля остальных элементов не превышает 1,4%. Температура магмы различна и составляет 100…1300^оС [1, 3, 4, 6, 8, 13, 14].

Магматические горные породы возникают при остывании и отвердении магмы и лавы. При медленном остывании магмы на значительных от поверхности глубинах отвердение магматического расплава происходит путём образования и роста кристаллов, т. е. идёт процесс кристаллизации. При этом возникают магматические горные породы полнокристаллического строения, называемые глубинными или интрузивными. При быстром остывании магмы, излившейся на поверхность, кристаллизация не поспевает за остыванием и магма превращается в горные породы неполно кристаллического, стекловатого или скрыто кристаллического строения - излившиеся или эффузивные породы. Кроме зёрен в составе излившихся магматических пород встречается вулканическое стекло, возникшее при очень быстром охлаждении и затвердевании магматического расплава.

Главными породообразующими минералами являются кварц, полевые шпаты, нефелин, минералы из группы слюд, амфиболов, пироксенов, оливин. Оливин, пироксен, слюды, амфиболы по своей окраске называются тёмноцветными; полевые шпаты, нефелин, кварц – светлыми. Минералы, содержащие в своём химическом составе щелочные элементы – К, Nа объединяются в щелочные группы, это калиевые полевые шпаты и альбит, щелочные пироксены и щелочные амфиболы, нефелин [9, 10, 11, 12].

Акцессорные минералы представлены в магматических породах апатитом, магнетитом, ильменитом и другими.

Текстура (сложение) характеризует пространственное расположение частей породы в её объёме, «рисунок породы». Для магматических пород характерны следующие текстуры: массивная – равномерное, плотное расположение минералов, характерна для глубинных магматических пород; полосчатая – чередование в породе участков различного минерального состава или различной структуры; шлаковая – порода, содержащая видимые глазом пустоты для вулканических излившихся горных.

По расположению минеральных зёрен в породе выделяют следующие текстуры: массивная с беспорядочным расположением минералов – гранит, диорит (рисунок 1, 2); полосчатая с полосчатым расположением минералов – сиенит (рисунок 3); такситовая с пятнистым расположением пятнистых минералов – гранит, пегматит (рисунок 5, 6, 7).

Массивная Полосчатая

Рисунок 1- Гранит Рисунок 2 - Диорит Рисунок 3 - Сиенит

Такситовая

Рисунок 5 - Письменный Рисунок 6 - Гранит Раппакиви Рисунок 7 – Пегматит

гранит

По способу заполнения пространства различают текстуры компактовые (рисунок 8, 9) и пористые (рисунок 10, 11).

Компактовая

Рисунок 8 – Обсидиан Рисунок 9 - Габбро

Структура – внутреннее строение породы, обусловленное формой, размерами, количественным соотношением её составных частей – минералов. В магматических породах различают ряд структур: зернистые, типичные для глубинных пород; полукристаллические (совместное нахождение кристаллов и аморфного стекла); стекловатые, типичные для излившихся пород.

Пористая

Рисунок 10 - Туф Рисунок 11 - Пемза

Зернистая структура различной крупности характерна для гранита (рисунок 12, 13, 14, 15), плотная или афанитовая – для базальта (рисунок 16).

По абсолютной величине кристаллических зёрен различают следующие структуры:

Рисунок 12 - Весьма Рисунок 13 - Крупно- Рисунок 14 – Средне-

крупнозернистая>10 мм зернистая от 3 до 10мм зернистая от 1 до 3мм

Рисунок 15- Мелкозернистая < 1 мм Рисунок 16 - Плотная или афанитовая

По степени кристаллизации выделяют полнокристаллическую структуру – гранит, габбро (рисунок 17, 18), неполнокристаллическую – трахит, андезит (рисунок 19, 20) и стекловидную – обсидиан (рисунок 21).

Полнокристаллическая

Рисунок 17 - Гранит Рисунок 18 - Габбро

Неполнокристаллическая Стекловидная

Рисунок 19 - Трахит Рисунок 20 - Андезит Рисунок 21 - Обсидиан

По относительной величине кристаллических зёрен выделяют структуры: равномернозернистую и неравномернозернистую – гранит (рисунок 22) и порфировую – порфир (рисунок 23).

Равномернозернистая Неравномернозернистая Порфировая

Рисунок 22 - Гранит Рисунок 23 - Порфир

При остывании магмы (рисунок 24) в связи с изменением объёма в породах возникают отдельные трещины, разбивающие массив на отдельности, форма которых может быть столбчатая (базальт), глыбовая (гранит), шаровая при подводном излиянии лавы (диабаз) и др.

Рисунок 24 - Структуры глубинных пород: a— порфировидная,

б — порфировая, в — пегматитовая

Формы залегания магматических горных пород весьма разнообразны и зависят от химического состава магмы и геологического строения района. По формам залегания, по характеру взаимоотношения с вмещающими горными породами различают согласные и несогласные интрузивные тела. Согласные интрузивные породы залегают между породами, не пересекая их (залежи, лакколиты, лополиты, факолиты, силлы). При несогласных интрузиях формы залегания магматических пород не зависят от напластования осадочных пород (батолиты, штоки, дайки, интрузивные жилы, вулканические некки и др.). Формы залегания магматических горных пород показаны на рисунке 25. Несогласная магматическая порода пересекает тела вмещающих пород.

Батолитами называются громадные интрузивные массивы площадью более 100 км². Массивы по площади до 100 км² называются штоками. На глубине они связаны с батолитами. Батолиты и штоки распространены в складчатых зонах.

При проникновении магмы в трещины образуются секущие интрузивные жилы. Дайками называются вертикальные или с крутым падением секущие интрузивные жилы. Дайки и жилы имеют мощность от нескольких сантиметров до десятков и сотен метров при значительной протяженности, достигающей десятков и сотен километров.

Вулканические некки представляют собой магматические тела, образовавшиеся в вертикальных каналах, по которым двигалась лава от магматического очага к кратеру. При разрушении вулкана образуются останцы столбчатой формы.

Из согласных интрузий наиболее простое строение имеют интрузивные залежи, или силлы, приуроченные обычно к пологонаклонным комплексам покровных образований. Магма внедряется по наиболее слабым прослоям. При этом образуются пласты изверженных пород небольшой мощности при большом протяжении. Они чередуются с пластами осадочных пород.

Лакколиты образуются вязкими магмами, внедряющимися по слоям пород, поднимая при этом вышележащие породы. Форма их куполообразная или грибообразная (горы Бештау, Машук, Железная и др. в районе Пятигорска, Медведь-гора в Крыму).

Лополиты в связи с опусканием дна интрузии при ее внедрении имеют вогнутую чашеобразную форму.

Факолиты приурочены к складчатым структурам. В процессе складкообразования магма внедряется в перегибы складок, где давление ниже, и образует сложные изогнутые залежи.

Рисунок 25 - Блок-диаграмма форм залегания магматических тел по М. Васичу (силл, лополит, лакколит, батолит, шток, некк)

Ультраосновные и основные породы слагают обычно интрузивные залежи, факолиты, лакколиты, лополиты и дайки; средние и кислые породы - лакколиты, батолиты и дайки.

Формы залеганий эффузивных горных пород зависят от типа излияния магмы и ее вязкости. Жидкая лава, стекая по конусам вулканов, образует потоки, а вязкая и малоподвижная лава образует купола и конусы. Покровы возникают при трещинных излияниях жидкой лавы на сравнительно ровную поверхность. Покровы занимают огромные площади (Сибирь, Индия, Исландия, Северная и Южная Америка), мощность их может достигать более 1км.