Страницы Список страниц 17 18 19 20 21

ПРОЦЕССЫ МИНЕРАЛООБРАЗОВАНИЯ

РАЗДЕЛ IV

ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ О ГЕНЕЗИСЕ МИНЕРАЛОВ

Минералы и горные породы имеют различное происхождение, или генезис (греч. «генезис» — происхождение). Одни образуются при остывании расплавленных масс на глубине, другие — при излиянии лавы на поверхность земли при вулканических извержениях. Минералы отлагаются из газов и паров, из горячих растворов, поднимающихся из земных недр. Они образуются на дне морей и океанов, в соляных озерах и болотах, в кратере вулканов и на поверхности земли.
Минералы и горные породы не являются чем-то неизменным, после своего возникновения они непрерывно изменяются, превращаются в другие минералы и горные породы.

Все геологические процессы, приводящие к образованию минералов и горных пород, по источнику энергии, за счет которой они произошли, делятся на две большие генетические группы: эндогенные и экзогенные.

Эндогенные процессы

Это процессы, протекающие за счет внутренней тепловой энергии земного шара. Минералы, образующиеся в результате этих процессов, являются продуктами магматической деятельности. Минералы возникают либо непосредственно при раскристаллизации магмы, либо из газов и растворов, выделяющихся из магмы и поднимающихся по порам и трещинам горных пород при своем движении через толщу земной коры к поверхности земли. Процессы образования минералов протекают на разных глубинах в большом интервале температур.

Экзогенные процессы

Это процессы внешние, связанные с лучистой энергией Солнца, происходящие на поверхности земли или вблизи от неё. Процессы протекают обычно при невысоких температурах и нормальных давлениях, близких к атмосферному. Минералообразование протекает в условиях взаимодействия атмосферы, биосферы, гидросферы и земной коры. Основным источником вещества при экзогенном минералообразовании служит литосфера — обнажающиеся на поверхности земли минералы и горные породы. Возникают новые минералы и горные породы, устойчивые в поверхностных условиях.

Минералообразование при магматическом процессе

Магма (греч. «густая мазь») представляет собой силикатный огненно-жидкий расплав сложного состава.
Эндогенное минералообразование протекает в три основных этапа: магматический (собственно магматический), пегматитовый и постмагматический (послемагма-тический).
В процессе собственно магматического этапа образуются огромные массы изверженных, или магматических, горных пород. Название «изверженные» дано вследствие того, что данная группа горных пород возникает при извержении магмы, поднимающейся из глубины земного шара. При извержении магма внедряется в толщу земной коры и может постепенно застыть и раскристаллизовать-ся там, не достигнув земной поверхности. В этом случае образуются глубинные, или интрузивные, магматические горные породы. Например, гранит, габбро и др. Если; магма по тектоническим трещинам или через жерло вулкана поднимается до поверхности земли и растекается в виде лавы, которая быстро остывает, то возникают особые породы, называемые излившимися или эффузивными магматическими горными породами. Примерами ,могут служить базальт, обсидиан и др.

При внедрении магмы в земную кору и ее застывании на глубине говорят о глубинном, или интрузивном, магматизме. В случае излияния магмы в виде лавы на поверхность земли говорят о эффузивном магматизме, называемом также вулканизмом. Магма, внедрившаяся в земную кору, претерпевает сложную эволюцию — она постепенно остывает и подвергается дифференциации.
О составе и свойствах магмы можно судить по изливающейся лаве различных вулканов, а также по конечным продуктам извержения — магматическим горным породам. Известно, что магматические горные породы характеризуются большим разнообразием: встречаются разности, богатые кремнеземом, называемые кислыми и ультракислыми породами; наблюдаются породы, бедные кремнеземом, именуемые основными и ультраосновными разностями. Известны также породы со средним содержанием кремнезема — средние породы. Состав изливающейся лавы также характеризуется меняющимся содержанием кремнезема. Отсюда возникает вопрос о том, существует ли на глубине единая родоначальная магма, которая впоследствии подвергается дифференциации, или существует несколько разнообразных магм, из которых формируются кислые, средние, основные и ультраосновные горные породы. Вопрос этот до сих пор не решен однозначно.

Некоторые ученые, как, например, В. Н. Лодочников, предполагают, что имеется несколько магм, отвечающих по составу различным группам горных пород. Другие (Ф. Ю. Левинсон-Лессинг) считают, что существует две магмы — кислая и основная. Большинство исследователей (Р. О. Дели, Н. Л. Боуэн, А. Н. Заварицкий и др.) полагают, что имеется одна родоначальная магма основного базальтового состава. Магма при застывании подвергается разделению по составу, или дифференциации. Процесс дифференциации магмы очень длительный, проходящий миллионы и сотни миллионов лет. Принято выделять два типа дифференциации: магматическую и кристаллизационную.

Магматическая дифференциация

Протекает в жидком состоянии и предшествует кристаллизационной дифференциации. Процесс магматической дифференциации подразделяют на ликвацию и ассимиляцию. Ликвация — это процесс расслоения расплава на две или несколько несмешивающихся жидкостей. Его можно сравнить с доменной плавкой, когда при остывании металлического расплава происходит отделение шлака (он всплывает наверх) от штейна, накапливающегося в нижней части домны. О возможности дифференциации магмы за счет ликвации высказывались такие крупные ученые, как Левинсон-Лессинг, Дели и др. Экспериментальные работы Дж. Грейга показали, что ликвация происходит в расплавах, насыщенных кремнеземом. Д. П. Григорьев экспериментальным путем доказал возможность ликвации в расплавах, близких по составу к основным горным породам, в присутствии летучих компонентов. За счет ликвации образуется группа магматических месторождений, в частности, медно-никелевые месторождения в основных и ультраосновных горных породах. В процессе магматической дифференциации происходит также расплавление и растворение посторонних включений и горных пород стенок магматической камеры. Этот процесс называется ассимиляцией. В процессе ассимиляции может меняться состав магмы. Некоторые ученые полагают, что при ассимиляции магмой богатых кремнеземом пород могут образовываться граниты по периферии массивов основных горных пород. Нередко в составе массивов различных магматических горных пород наблюдаются обломки чуждых горных пород, называемых ксенолитами.

Некоторые ученые при магматической дифференциации допускают расслоение магмы по удельному весу, называя такую дифференциацию гравитационной. Крупный советский исследователь Е. А. Кузнецов считает гравитационную дифференциацию «трудно осуществимым процессом».

Кристаллизационная дифференциация

Считается наиболее вероятным фактором, обуславливающим все разнообразие встречаемых горных пород. Теория кристаллизационной дифференциации подробно разработана Н. Боуэном. Интересно, что на возможность образования различных групп горных пород путем кристаллизационной дифференциации указывал еще Ч. Дарвин. При охлаждении магматического очага в магме возникают центры кристаллизации различных минералов, возникающих в определенной последовательности, соответствующей температуре образования тех или иных минералов. Установлено, что из силикатного расплава первым выделяется оливин, затем выпадают кристаллы пироксена и основного плагиоклаза. Кристаллы оливина, имеющие больший удельный вес по сравнению с расплавом, опускаются на дно магматического очага. Остающийся на месте расплав делается более кислым, и при значительном выделении оливина из базальтового состава первоначальной магмы могут возникнуть и кислые породы гранитного состава. Исследование условий образования минералов из расплава позволило Боуэну установить последовательность выделения темноцветных и светлых минералов, которая получила название ряда Боуэна.

Кристаллизационный ряд Брауна

(Последовательность выделения минералов из магмы)

Кристаллизационный ряд Брауна

В выделенном ряду имеются две ветви: минералы магнезиально-железистые, темноцветные, называемые также фемическими, составляют одну (левую на схеме) ветвь и минералы светлые, известково-щелочные, называемые также салическими (кремний и алюминий играют в них ведущую роль), составляют другую ветвь (правую на схеме).

Эксперименты, проведенные Боуэном, показали, что температура кристаллизации оливина (форстерита) равна 1890°. Таким образом, оливин устойчив при высоких температурах. Он устойчив и при низких температурах, если нет химически активных реагентов. Например, если расплав содержит кремнезем, то при температуре 1570° С оливин с ним реагирует и переходит в ромбический пироксен. Известны и дальнейшие процессы преобразования ромбических пироксенов в моноклинные пироксены, последних — в роговые обманки. Данная ветвь завершается образованием биотита, в который входят летучие компоненты и щелочи.

Другая ветвь кристаллизационного ряда Боуэна начинается с образования анортита. Температура кристаллизации анортита при обычном давлении 1550° С. При понижении температуры из расплава выделяются плагиоклазы с повышенным содержанием альбитовой молекулы, а плагиоклазы, богатые анортитовой молекулой, становятся неустойчивыми. Происходят процессы мета-соматического замещения основных плагиоклазов кислыми. Температура кристаллизации альбита примерна соответствует температуре выделения биотита. Ветвь завершается калиевым полевым шпатом, кварцем и мусковитом. Приведенная схема последовательности выделения минералов и соответствие в ней определенных минералов правого ряда определенным минералам левого ряда позволяют установить возможные парагеиезисы минералов в магматических породах.

Формы залегания магматических горных пород

Рис. 65. Формы залегания магматических горных пород:
1 — вулканический очаг; 2 — жерло вулкана; 3 — конус (купол) вулкана; 4 — лавовые потоки; 5 — покровы; 6 — батолит; 7 — дайки; 8 — лакколит; 9 — силлы (пластовые жилы); 10— шток; 11 — лополит; 12—факолиты

Так, возможно совместное нахождение оливинов и пироксенов с анортитом и натрово-известковыми плагиоклазами, роговая обманка ассоциирует с известково-натровыми плагиоклазами, биотит — с кислыми плагиоклазами, калиевым-полевым шпатом и кварцем.
Магма в процессе своего застывания образует магматические горные породы — интрузивные и эффузивные —весьма разнообразных форм (рис. 65). Эти формы в значительной степени определяются местом их образования: при излиянии магмы на поверхность земли в виде лавы возникают потоки, покровы, купола. При застывании на глубине форма интрузивных тел будет зависеть от тех каналов, по которым внедряется магма, и глубины, на которой она застывает. Интрузивы, возникающие на больших глубинах от поверхности земли, называются абиссальными, а застывшие на меньших глубинах — гипабиссальными. Абиссальные горные породы залегают в виде батолитов и штоков. Гипабиссальные интрузивные породы представлены лакколитами, лополитами, факолитами, силлами, дайками и др.

Магматические горные породы характеризуются определенными особенностями, главнейшие из которых — структура и текстура.
Структурой горной породы называют особенности строения горной породы, обусловленные размерами, фор-мой и взаимоотношениями составных частей.
Текстурой горной породы называют соотношение отдельных участков, слагающих горную породу и характеризующих степень однородности ее сложения. Текстура характеризует способ заполнения пространства составными компонентами. Текстура отражает особенности внешнего облика породы крупного масштаба: пористость, слоистость, сланцеватость и др.

Представители абиссальных и гипабиссальных горных пород отличаются друг от друга по структурным и текстурным признакам. Например, для абиссальных горных пород характерна так называемая полнокристаллическая структура, когда все слагающие горную породу компоненты — минералы — имеют хорошо выраженное кристаллическое строение, и массивная текстура, так как раскристаллизация горной породы происходила в условиях господства высоких давлений, способствовавших плотному прилеганию выпадающих из расплава кристаллов. Гипабиссальные горные породы имеют пор-фировидную структуру, для которой типичны крупные кристаллы, вкрапленные в основную массу горной породы, состоящей из кристаллов примерно одинаковых размеров. Иногда среди этих пород можно видеть и порфировую структуру, когда на фоне скрытокристаллической или мелкозернистой массы выделяются вкрапленники каких-либо минералов.

Эффузивные горные породы по степени изменения принято делить на две группы: кайнотипные — малоизмененные, свежие и палеотипные — сильно измененные
Магматические горные породы интрузивного и эффузивного происхождения обычно хорошо различаются по структуре и текстуре. Интрузивные горные породы большей частью имеют полнокристаллическую структуру и массивную текстуру. Эффузивные горные породы, как правило, характеризуются неполнокристаллической структурой, часто стекловатой, и пористой или пузырчатой текстурой.
Магматические горные породы подразделяются по содержанию в них кремнезема на кислые (при содержании кремнезема более 65%), средние (65—55%), основные (55—45%), ультраосновные (<45%). Кроме того, выделяются щелочные горные породы — породы, богатые щелочами. Ниже приводится таблица, в которой дается одна из современных классификаций магматических горных пород (табл. 9).
При диагностике магматических горных пород следует обращать внимание на их окраску: породы кислого состава, как правило, светлой окраски, породы среднего — серого цвета, горные породы основного состава имеют темную окраску, ультраосновные породы также темной, иногда черной окраски.

Классификация магматических горных пород (по Д.С. Белянкину и В.П. Петрову)  Таблица 9
Состав породы Породы 

итрузивные

Породы эффузивные
изменённые свежие
Кислые пород SiO2>65% Только кварц и полевые шпаты Аляскит
Кварц, калиевый полевой шпат, кислый плагиоклаз, слюда, реже

другие темноцветные мин-лы

Гранит Кварцевый порфир Липарит
Средние породы

SiO2 65-55%

Щелочной полевой шпат, кислый плагиоклаз, немного темноцветных минералов Сиенит Ортоклазовый порфир Трахит
Средний плагиоклаз и темноцветный минерал Диорит Порфирит Андезит
Основные породы

SiO2 55-45%

Основной плагиоклаз и темноцветный минерал, (в том числе иногда оливин) Габбро Диабаз, авгитовый

порфит

Базальт
Ультраосновные

породы

SiO2<45%

Пироксен, оливин, рудные минералы Перидотит
Оливин и рудные минералы Дунит
Щелочные породы 

SiO2≈55%

Полевые шпаты, нефелин, темноцветные

щелочные минералы

Нефелиновый

сиенит

Фонолит,

лейцитофир

19

18 20