ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА . Тема. Классификация магматических горных пород.

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 3

Тема. Классификация магматических горных пород. Практическое определение наиболее распространенных магматических горных пород.

Задачи. Ознакомление студентов с основами классификации и наиболее распространенными типами магматических горных пород, выработка навыков описания и практического определения магматических горных пород.

Учебный материал. Учебная коллекция магматических горных пород, шкала Мооса, 10% соляная кислота в капельницах. Наглядные пособия: классификация магматических горных пород, схема описания магматических горных пород.

Методика работы.

Классификация магматических горных пород основана на их химическом составе, от которого, в свою очередь, зависит состав минеральный.

Основными компонентами магматических горных пород являются: SiO₂, TiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃, FeO, MnO, MgO, CaO, Na₂O, K₂O, P₂O₅, За основу классификации магматических горных пород принято содержание SiO₂, а также общее (суммарное) содержание щелочей - Na₂O и K₂O (в весовых процентах). В зависимости от содержания SiO₂ выделяют кислые (64-78% SiO₂), средние (53-64% SiO₂) , основные (45-53% SiO₂) и ультраосновные породы, содержащие 30-45% SiO₂. В каждой из этих групп по щелочности (суммарному содержанию Na₂O и K₂O) выделяются породы низкощелочные, умеренно-щелочные и щелочные.

Среди минералов магматических горных пород различают главные или породообразующие минералы, слагающие основную массу породы и второстепенные минералы, присутствующие в меньшем количестве (могут и отсутствовать). Породообразующими минералами обычно являются кварц, полевые шпаты, пироксены, амфиболы, слюды, оливин, нефелин. Минералы, богатые кремнием и алюминием имеют светлую окраску (полевые шпаты, кварц, мусковит). Минералы, обогащенные железом и магнием темноокрашенные (пироксены, амфиболы, биотит, оливин), поэтому их называют темноцветными минералами. По происхождению и времени образования минералы магматических горных пород делятся на первичные, которые образуются при кристаллизации самой магмы, и вторичные, которые образуются из первичных в процессе последующего изменения пород. При определении названия магматической горной породы учитываются только количественные соотношения первичных минералов.

В таблице 2 приводится упрощенная классификация магматических пород (цвет ячеек таблицы соответствует цвету, принятому для обозначения интрузивных пород данного состава на геологических картах). Наряду с интрузивными здесь показаны и аналогичные им по химическому и минеральному составу эффузивные породы. Ниже приводится краткая характеристика наиболее распространенных магматических горных пород, которая дополняет табл. 2 и может оказаться полезной при практическом определении горных пород магматического происхождения.

Таблицей 2 можно пользоваться как простейшим определителем наиболее распространенных групп горных пород. При этом следует иметь в виду, что кроме указанных в ней пород в природе существуют и породы промежуточного состава. Например, между гранитами и диоритами (гранодиориты), гранитами и сиенитами (граносиениты), диоритами и габбро (габбродиориты) и т.д. Содержание кварца в граносиенитах и гранодиоритах более 10 -15%, но всегда менее 25% (иначе эти породы следовало бы называть гранитами).

Из табл. 2 видно, что кислые породы характеризуются незначительным содержанием темноцветных минералов, высокими содержаниями кварца и общей светлой окраской. Интрузивные породы этой группы - граниты являются самыми распространенными из магматических пород на Земле. Эффузивы (риолиты, риодациты, дациты) тоже встречаются достаточно часто, но их объем намного меньше.

Гранит имеет светлую окраску розовых и красных иногда светло-серых оттенков. Структура от мелко- до крупнозернистой, часто порфировидная. В составе гранита невооруженным глазом легко можно различить кварц. Минеральный состав гранитов - кварц - 30-35%, калиевый полевой шпат (микроклин) - около 40%, кислые плагиоклазы - около 10-20%. Для гранитов характерно невысокое содержание темноцветных минералов - до 5-10%.

Риолиты, риодациты и дациты - светлые, белые, сероватые, темные, буроватые, красноватые породы. Структуры их обычно порфировые (порфировые вкрапленники - плагиоклаз, кварц). Нередко наблюдаются флюидальные и полосчатые текстуры. Между собой они различаются по химическому составу (риолиты - более кислые, чем дациты) и по минеральному (во вкрапленниках в дацитах отсутствует кварц и калиевый полевой шпат).

Средние магматические породы также характеризуются сравнительно светлой (серой – породы нормального ряда; розовой или розовато-серой – умеренно-щелочного ряда) окраской, но в отличие от кислых пород или совсем не содержат кварца или содержат его мало (менее 10-15%). Содержание же темноцветных минералов в них, наоборот, выше, чем в кислых (до 30-35%). Средние породы, как и кислые широко распространены, причем эффузивные породы пользуются большим распространением по сравнению с интрузивными. К интрузивным породам нормального ряда относятся диориты, а умеренно-щелочного – сиениты. Их эффузивными аналогами являются, соответственно андезиты и трахиты.

Диорит - порода серого, розовато-серого, серо-зеленого цвета. Они состоят на 60-70% из светлоокрашенных минералов и на 30-40% из темноцветных. Минеральный состав - средний плагиоклаз, роговая обманка. Из второстепенных минералов - биотит, калиевый полевой шпат, кварц, могут присутствовать пироксены. Если количество кварца достигает 5-10%, то породу называют кварцевым диоритом. Могут отмечаться переходные разности к габбро (габбродиорит), граниту (гранодиорит).

Сиениты - породы розоватого, светло-серого, розовато-серого цветов. Минеральный состав - плагиоклаз 15-20%, калиевый полевой шпат (микроклин или ортоклаз) - 60-70%, пироксены (диопсид), амфиболы (роговая обманка, актинолит), биотит. Содержание темноцветных минералов - до 15%. Второстепенные - кварц, оливин, акцессорные - апатит, сфен, циркон, магнетит, титаномагнетит. В случае, если сиенит содержит кварц в количестве 5-15%, то он называется кварцевым сиенитом (является переходной породой к гранитам и граносиенитам). Существуют также переходные породы к гранитам (граносиенит, содержит 10-20% кварца), к габбро (габбросиенит), к диоритам (монцонит, в котором количество калиевых полевых шпатов и плагиоклаза примерно равное),

Андезиты обычно имеют порфировую структуру и разнообразную окраску основной массы - от темно-серой почти черной до светло-серой, желтовато-серой. Порфировые выделения представлены плагиоклазом и темноцветными минералами (пироксены, роговая обманка, редко биотит, оливин) минералами. Плагиоклаз часто имеет зональное строение (от более основного к более кислому). Основная масса состоит из среднего плагиоклаза, моноклинного пироксена, тонкой сыпи магнетита, вулканического стекла. Текстура андезитов – массивная или пористая. Андезиты (особенно темноокрашенные) визуально часто бывает сложно отличить от базальтов, т.к. они образуют с последними непрерывные переходы, поэтому для точного определения названия породы нередко не обойтись без химического анализа.

Трахит - светло-серая, розовая, розоватая, серо-розовая, часто красноватая, лилово-бурая, вишнево-красная порода . Структуры - обычно порфировые (количество порфировых вкрапленников может достигать 60%) и афировые. Текстуры - массивные, полосчатые, трахитоидные, иногда флюидальные. Минеральный состав - вкрапленники представлены плагиоклазом, калишпатом, роговой обманкой и биотитом, редко отмечаются пироксен и оливин. Основная масса - вулканическое стекло (обычно не превышает 20% от объема породы) или продукты его раскристаллизации, калиевый полевой шпат, плагиоклазы, диопсид, рудные минералы, апатит. Существуют породы, переходные от трахитов к андезитам (трахиандезит) .

В основных породах темноцветных минералов обычно более 40% (да и основные плагиоклазы обычно окрашены в темно-серый, иногда почти черный цвет), поэтому все они имеют темную (темно-зеленую, темно-серую, иногда почти черную) окраску. Основные породы занимают значительное место по распространенности на Земле. С ней может сравниться только группа кислых пород. Наиболее распространены вулканические породы, интрузивные же занимают около 3% среди всех пород. Среди интрузивных основных пород резко преобладают габбро, а среди эффузивных – базальты.

Габбро - плотные массивные породы от мелко- до крупнозернистых. Текстуры разнообразны - массивные, полосчатые, директивные. Состоит из плагиоклаза и пироксена (примерно в равных количествах). Из второстепенных минералов могут присутствовать оливин, роговая обманка, биотит, кварц, калиевый полевой шпат.

Базальты - породы черного, зеленовато-черного цвета, порфировые или афировые. Для них характерна пористая или миндалекаменная текстура, но наблюдается и массивная. По внешнему виду они нередко очень похожи на андезиты.

Ультраосновные породы состоят исключительно из темноцветных минералов – оливина, пироксенов и роговой обманки, поэтому и окраска их обычно темно-зеленая до черной. Все ультраосновные породы тяжелые. Их плотность 3-3,4. Ультраосновные породы распространены незначительно Эту группу магматических пород часто называют гипербазитами, ультрабазитами. Среди интрузивных ультраосновных пород в зависимости от минерального состава выделяются преимущественно оливиновые породы – дуниты и оливиниты и оливин-пироксеновые - перидотиты.

Дуниты и оливиниты - темно-зеленые, темно-серые до черного цвета породы, мелкозернистые, как правило, массивные, плотные, иногда отмечается полосчатая текстура. Структуры их мелко-, среднезернистые. Состав оливин – более 90%, второстепенные минералы - магнетит (в оливинитах ), хромит (в дунитах).

Перидотиты имеют темно-зеленую, черную окраску, обычно плотной текстуры, наряду с зернистыми встречаются порфировидные структуры. Состоят из оливина (40-90%) и пироксенов.

Эффузивные ультраосновные породы - это породы семейства пикритов, Пикриты - на выветрелой поверхности обычно имеют темно-бурую окраску, а на свежем изломе - темно-зеленые, почти черные. Текстура - массивная, реже флюидально-директивная и миндалекаменная. Эффузивные породы ультраосновного состава визуально определяются с большим трудом, т.к. обычно они превращены в серпентиниты и признаки их вулканогенного генезиса часто стерты наложенными процессами.

Щелочные породы могут быть как светлоокрашенными, так и темноокрашенными (в зависимости от содержания темноцветных минералов). Они не содержат кварца, но содержат нефелин и/или щелочные амфиболы и пироксены. Щелочные породы в составе земной коры имеют ограниченное распространение. Ниже приводится краткая характеристика некоторых из них.

Уртит - порода светло-серого цвета, средне- крупнозернистая массивной текстуры. Состав - нефелин (80-85%) и щелочные пироксены (обычно эгирин). Уртит является рудой на алюминий.

Нефелиновые сиениты - светлые, серые, розовато-серые, крупно- или среднезернистые породы. Текстура - массивная, трахитоидная, полосчатая, часто эти породы неравномернозернистые (порфировидные). Минеральный состав - калиевые и натриевые полевые шпаты (60-70%), нефелин (10-30%), темноцветные минералы - 10-25%. Нефелиновые сиениты также являются сырьем на алюминий. Кимберлит - относится к семейству щелочных пикритов. Окраска кимберлитов - разнообразная и зависит от степени их изменения (серпентинизация, карбонатизация). Наиболее часто встречаются темная зеленовато-черная, светлая голубовато-серая или буровато-желтая (оранжевая). Для кимберлитов очень характерен порфировый облик (подавляющая часть фенокристаллов (ксенокристаллов) образована угловато-округлыми зернами оливина, частично или полностью замещенного серпентином и/или карбонатом. Нередко наблюдается брекчиевая текстура. Структура основной массы скрытокристаллическая. Для кимберлитов характерно залегание в виде трубок взрыва, размерами до 20×30×1000 м и более.

Особую группу пород составляют пирокластические и вулканогенно-обломочные породы. Пирокластические породы занимают промежуточное положение между магматическими эффузивными и чисто осадочными и представляют особую группу пород, широко распространенных в областях интенсивного вулканизма, как современного, так и древнего. Туфы состоят из обломков (остроугольных или оплавленных). Размер пирокластических обломков варьирует в широких пределах. От долей миллиметра («вулканический пепел») до нескольких метров в поперечнике. Обломки размерами от горошины до грецкого ореха (примерно от 1 до 5 см) чаще всего называют лапилли (от итальянского «lapilli» – камешки). Крупные обломки (более 20 см) остроугольной формы называются вулканическими глыбами, а оплавленные обломки того же размера округлой, веретеновидной и караваеобразной формы – вулканическими бомбами.

Если в туфах обломки сплавлены («сварены») друг с другом, такие туфы называют спекшимися. Цемент остальных туфов может состоять как из более мелкого пирокластического материала, так и новообразованных минералов (хлорита, кальцита, эпидота, цеолитов). По размеру частиц различают тонкообломочные (диаметр около 0,1 мм), мелкообломочные - (до 1 мм), крупно- и грубообломочные (более 1 мм). Цвет туфов зависит от состава и изменяется от светло-серых и розовых у кислых пород до темно-серых и зеленовато-серых у основных туфов. Называются туфы по составу вулканогенного материала - андезитовый, базальтовый и т.п.

По соотношению вулканогенного и осадочного материала выделяются туфы, туффиты, туфопесчаники и песчаники с примесью пирокластического материала. Границей между туфами и туффитами является 10% примеси осадочного материала, а между туффитами и туфопесчаниками – содержание терригенного материала осадочного происхождения более 50%. Визуально мелкообломочные пирокластические (туфы) и вулканогенно-осадочные (туффиты, туфопесчаники) породы часто неразличимы.

Рекомендации по определению магматических горных пород

Можно предложить следующую упрощенную схему практического определения наиболее распространенных видов магматических горных пород.

При определении названия магматической горной породы сначала нужно выяснить является ли она интрузивной (глубинной), либо эффузивной. Для этого необходимо установить какая у неё структура - полнокристаллическая или неполнокристаллическая. Кроме структурных особенностей в определении условий формирования пород могут помочь и их текстурные особенности. Пористые и миндалекаменные, а также флюидальные текстуры наблюдаются у эффузивных пород. В случае, если по текстурно-структурным особенностям установлено, что порода интрузивная, следует определить ее минеральный состав. Для этого необходимо научиться узнавать наиболее распространенные в магматических горных породах (главные или породообразующие) минералы – кварц, полевые шпаты, пироксены, амфиболы, слюды, оливин и нефелин. Зерна кварца в подах обычно имеют неправильную форму. Окраска его чаще всего светло-серая, спайность отсутствует. Среди полевых шпатов обычно можно визуально отличить калиевые полевые шпаты от плагиоклазов. Для калиевых полевых шпатов более характерны розовые или красные тона окраски, пертиты. Плагиоклазы обычно окрашены в серый цвет (от светло-серого, почти белого у кислых до темно-серого, почти черного, у основных), а также нередко имеют зональное строение. В крупных зернах можно по характеру спайности и форме поперечных сечений отличить амфиболы (чаще всего встречается обыкновенная роговая обманка) от пироксенов. Роговая обманка обычно образует длиннопризматические кристаллы с ромбическим (или почти шестиугольным) поперечным сечением. Углы между направлениями спайности примерно 60^о и 120^о (их можно определить либо по трещинкам спайности, иногда хорошо заметным в поперечном сечении, либо по углам между блестящими плоскостями спайности в продольном сечении). Пироксены обычно имеют менее вытянутую, короткостолбчатую форму с квадратным или почти восьмиугольным поперечным сечением. Угол между направлениями спайности у них всегда почти прямой (87^о и 93^о). Оливин отличается от пироксенов и амфиболов округлой формой зерен и отсутствием спайности. Нефелин, отличие от похожих на него полевых шпатов не обладает спайностью, а в отличие от кварца имеет меньшую твердость и характерную шестиугольную или квадратную форму поперечных сечений. Слюды легко узнаются по пластинчатой форме кристаллов и весьма совершенной спайности. После определения минерального состава и приблизительных содержаний каждого минерала, пользуясь таблицей 2, следует обратить внимание и на окраску породы. Если порода светлоокрашенная (светло-серая, розовая), в ней есть кварц и его больше 25%, то порода – кислая (гранит). Если кварца нет или его мало, порода сравнительно светлоокрашенная (темноцветных минералов меньше 35-40%) и отсутствует нефелин, то порода средняя (нормального или умеренно-щелочного ряда). Розовые тона окраски обычно свидетельствуют о преобладании среди полевых шпатов калиевого полевого шпата и такую породу можно назвать сиенитом. Серые тона окраски породы свидетельствуют о преобладании в составе полевых шпатов плагиоклаза, поэтому, пользуясь таблицей, можно легко определить, что, вероятнее всего, это диорит. Если же в породе одновременно присутствуют и нефелин, и полевые шпаты – это нефелиновый сиенит (средняя порода щелочного ряда). Для основных и ультраосновных пород характерны высокие содержания темноцветных минералов (пироксенов, амфиболов, оливина) и, соответственно темная (темно-серая, зеленая и темно-зеленая окраска). В отличие от основных пород (габбро) в ультраосновных породах (дунит, перидотит) нет и кварца, и полевых шпатов, но гораздо чаще и в значительно большем количестве присутствует оливин (до 100% в дуните). Следует иметь в виду, что не всегда можно визуально с легкостью отличить ультраосновные породы от основных, так как плагиоклазы с высоким содержанием анортита (лабрадор и битовнит) нередко имеют темно-серую или почти черную окраску и с большим трудом (по характеру спайности, иногда иризации) отличаются от темноцветных минералов (пироксенов и амфиболов). Окраска щелочных интрузивных пород (как среднего, так и ультраосновного состава) может быть различной от светло-серой и серой до темно-серой и темно-зеленой. Они отличаются присутствием нефелина, для которого, как уже отмечалось ранее, характерны, в отличие от полевых шпатов, квадратные или шестиугольные поперечные сечения, отсутствие спайности и, в отличие от кварца, жирный или восковой блеск, интенсивные вторичные изменения, более низкая твердость. В ультраосновных щелочных породах (ийолиты, уртиты) нет полевых шпатов.

Определение названия эффузивной горной породы обычно вызывает значительно большие затруднения, чем в случае интрузивных пород, в связи с тем, что в эффузивах не все минералы успели образовать достаточно крупные кристаллы, а состав вулканического стекла (особенно, в случае его значительных вторичных изменений или перекристаллизации) в большинстве случаев визуально не определяется с достаточной точностью. Как правило, невооруженным глазом хорошо различимы только минералы порфировых выделений (фенокристаллы). Приступая к практическому определению наиболее распространенных эффузивных пород, следует иметь в виду, что эффузивы кислого состава (риолиты, риодациты) обычно имеют сравнительно светлую (светло-розовую, светло-серую, буроватую, коричневую) окраску, за исключением обсидиана (вулканическое стекло), который часто бывает темно-серым или черным (для него характерен смолистый или стеклянный блеск и раковистый излом). Как правило, чем более кислый состав имеет порода, тем светлее у неё окраска. Соответственно, с увеличением основности породы её окраска становится темнее. Если структура кислой эффузивной породы порфировая, то в составе порфировых вкрапленников в риолитах (в отличие от риодацитов и дацитов) обычно присутствует кварц. Средние эффузивные породы – андезиты (аналоги диоритов) обычно имеют серую, зеленовато-серую, зеленую окраску. Порфировые вкрапленники чаще всего состоят из плагиоклаза и/или пироксена, кварц отсутствует. Эффузивные аналоги сиенитов – трахиты обычно имеют красноватую, кирпичную, лиловатую окраску. В составе порфировых вкрапленников обычно преобладает калиевый полевой шпат или кислый плагиоклаз. Эффузивные основные (базальты) и ультраосновные (пикриты) визуально очень похожи (особенно, если породы афировые, то есть не содержат порфировых вкрапленников). Так же как и для их интрузивных аналогов, для них характерны темные (темно-серые, темно-зеленые, зеленовато-черные, черные) окраски. В порфировых выделениях в базальтах может присутствовать плагиоклаз, оливин, пироксен. Ультраосновные эффузивы (пикриты) отличаются от основных (базальтов) более высоким удельным весом (3,2 – 3,4), но это различие сложно заметить, взвешивая образцы на руке. Не всегда по внешнему виду базальты можно уверенно отличить и от андезитов.

Нефелинсодержащие щелочные эффузивы (фонолиты) отличаются своеобразными структурами, обусловленными присутствием порфировых вкрапленников нефелина, имеющего характерные шестиугольные или квадратные поперечные сечения.

После предварительного определения названия магматической горной породы, следует для контроля его правильности, еще раз обратиться к таблице 2 и проверить насколько полно соответствуют признаки определяемой породы приведенным в таблице (минеральный состав, окраска, структура, текстура и т.д.). В случае необходимости можно дополнительно сравнить определяемый образец с образцами магматических горных пород из эталонной коллекции.

При описании магматической горной породы удобно придерживаться следующей схемы:

1. Название породы (записывается в последнюю очередь, после определения всех остальных признаков).

2. Структура.

3. Текстура.

4. Цвет (на свежем сколе и выветрелой поверхности, если он различен).

5. Минеральный состав (в случае порфировой или порфировидной структур отдельно описывается состав порфировых выделений и отдельно – основной массы породы). Можно привести результаты определения основных физических свойств или диагностические признаки породообразующих минералов (для подтверждения правильности их определения). Желательно для каждого минерала привести количественную (в объемных %) или хотя бы полуколичественную оценку его содержания (резко преобладает, преобладает, в большом количестве, мало, единичные выделения и т. д.).

6. Прочие особенности.

Ознакомившись с принципами классификации магматических горных пород и методикой их диагностики, студенты получают образцы горных пород и приступают к их определению. При выполнении работы следует использовать таблицу классификации магматических пород и опираться на изложенные выше рекомендации.

Контрольные вопросы:

1. На чём основана классификация магматических горных пород?

2. Содержание каких компонентов положено в основу классификации?

3. Что такое породообразующие минералы?

4. Какие минералы обычно бывают породообразующими в магматических горных породах?

5. В чём разница между первичными и вторичными минералами магматических пород? Содержание которых из них используется для диагностики магматический породы?

6. Назовите примеры кислых интрузивных и эффузивных пород.

7. Назовите примеры средних эффузивных и интрузивных пород.

8. Назовите примеры основных интрузивных и эффузивных пород.

9. Назовите примеры ультраосновных интрузивных и эффузивных пород.

10. Назовите примеры низкощелочных магматических пород различной кремнекислотности.

11. Назовите примеры умеренно-щелочных магматических пород различной кремнекислотности.

12. Назовите примеры щелочных магматических пород различной кремнекислотности.

13. Что такое пирокластические и вулканогенно-обломочные породы? Как они подразделяются?

14. Как кислые магматические породы отличаются от основных по окраске?

15. Присутствие какого минерала обязательно в кислых горных породах в отличие от всех остальных?

16. Породы какой группы не содержат полевых шпатов?

17. Для каких пород характерно присутствие нефелина?

Литература:

1. Ананьев, В.П. Основы геологии, минералогии и петрографии: Учеб. для вузов [текст] / В.П.Ананьев, А.Д. Потапов. – 2-изд., перераб. и доп. – М.: Высш. шк., 2005.

2. Короновский, Н.В. Геология: учебник [текст] / Н.В. Короновский, Н.А. Ясаманов. - 3-е изд., стер. - М.: ACADEMIA, 2006.

3. 40. Юбельт, Р. Определитель горных пород [текст] / Р. Юбельт, П. Штрайер. – «Мир», 1978.

4. Юбельт, Р. Определитель минералов [текст] / Р. Юбельт. – М.: «Мир», 1978.