2. Макроскопическое определение горных пород

Цели практического занятия:

1. Освоить методику макроскопического определения горных пород.

2. Научиться визуально различать главные разновидности магматических, осадочных и метаморфических горных пород.

Горными породаминазываются естественные ассоциации минералов или органических останков, возникшие в земной коре в результате кристаллизации магматических расплавов, диагенеза осадков и преобразования ранее существовавших горных пород. В отличие от минералов, характеризующихся незначительными размерами – миллиметры, сантиметры, изредка метры, – горные породы образуют в земной коре крупномасштабные геологические тела, обладающие определенным вещественным составом и специфическим внутренним строением. Другое отличие горных пород от минералов состоит в том, что горные породы могут иногда характеризоваться непостоянством (и порой значительным) своего химического, минералогического состава и, следовательно, внешнего вида, что, однако, не всегда будет влиять на их название. Кроме того, при одинаковом химическом составе горные породы могут иметь различный минералогический состав.

Как известно, горные породы состоят из главных породообразующих минералов, каждый из которых составляет более 5% объема породы, а также изакцессорных(второстепенных), содержание акцессора не может превышать 5 % от объема породы. Название породы определяется главными породообразующими минералами, в то время как наличие или отсутствие в породе акцессорного минерала не влияет на ее название. В том случае, если горная порода состоит из одного главного породообразующего минерала, она называетсямономинеральной; если из нескольких –полиминеральной.

По способу образования горные породы делятся на магматические, осадочные и метаморфические. Внутри этих основных групп по различным факторам производится более мелкое дробление. Среди основных признаков, позволяющих определять горные породы, особо выделяются структурно-текстурные особенности.

Структура– это особенности внутреннего состава (строения) горной породы. Структурные признаки разделяются на три категории:

по степени кристалличности;

по абсолютным и относительным размерам породообразующих минералов или зерен;

по форме кристаллов или зерен.

Текстура– это специфика внешнего облика (сложения, рисунка) породы. Текстура определяется взаимным размещения кристаллов или зерен, их взаимной ориентировкой.

Структура и текстура должны рассматриваться в комплексе с другими диагностическими признаками (химическим и минералогическим составом, окраской и т.д.).

2. 1. Магматические горные породы

2. 1. 1. Методика определения магматических горных пород

Магматические горные породы образуются при застывании магмы как в глуби Земли, так и на ее поверхности.

Магматические породы классифицируются по трем основным признакам: условиям образования, химическому составу, минералогическому составу. Правила определения магматических пород в принципе те же, что и определения минералов (с. 3). Отличаются лишь производимые при этом операции, последовательность выполнения которых следующая: структура → текстура → происхождение → окраска → предварительное определение химического состава → минеральный состав → окончательное определение химического состава → название.

По условия образования(т. е. по условиям застывания магматического расплава; по происхождению) магматические породы разделяются на интрузивные и эффузивные. Для того, чтобы выявить происхождение магматических пород, необходимо исследовать их структуру и текстуру.

Структурные признаки являются главными при определении происхождения магматических пород. Для выявления структуры образец нужно все время поворачивать относительно источника света. При этом первостепенное внимание следует уделить анализублескаобразца. По характеру блеска возможны следующие состояния поверхности: блестит вся поверхность; на поверхности блестят лишь отдельные зерна; поверхность матовая (лишена блеска). Выделяют 3 типа структур: по степени кристалличности; по абсолютному размеру кристаллов; по относительному размеру кристаллов. В свою очередь, типы разделяются на виды структур.

По степени кристалличности:

а) полнокристаллическая(вся порода сложена кристаллами) – характерна интрузивам;

б) неполнокристаллическая, илипорфировая(отдельные кристаллы на раскристаллизованном фоне) – характерна эффузивам;

в) стекловатая, илиафировая(в породе нет кристаллов) – характерна эффузивам.

Полнокристаллическаяструктура отличается следующими главными признаками.

1. Выраженный блеск поверхности скола. На неподвижной поверхности образца блеск различим лишь на разрозненных участках, ограниченных прямолинейными границами. Соседние с ними участки, находящиеся в тени, не блестят. При легком повороте образца прежде бывшие темными участки вспыхивают, а ранее блестевшие – наоборот, оказываются в тени.

2. Прямолинейные и угловатые границы между слагающими частицами (кристаллами). Эти границы совпадают границами блестящих и темных участков поверхности.

3. Выраженность морфологических элементов кристаллов (ребер, вершин, граней).

Объяснение этим признакам следующее. 1) – Если порода целиком состоит из кристаллов, то среди этих кристаллов господствуют минералы ряда Боуэна – все они обладают блеском, в большинстве – стеклянным. 2) и 3) – Если порода целиком состоит из кристаллов, то можно рассмотреть прямолинейные ребра или плоские грани кристаллов, а также острые углы между ними. Другими словами, границы между отдельными составными частями породы будут прямолинейными (не будет закруглений или плавных изгибов).

Стекловатая, илиафироваяструктура полностью противоположна полнокристаллической. Она проявляется в том, что порода целиком лишена блеска – из-за того, что вещество в ней раскристаллизовано. Единственным исключением из этого правила является обсидиан (вулканическое стекло) – это раскристаллизованная порода, обладающая блеском стеклянным или восковым, но излом у обсидиана раковистый, причем на больших площадях. Поэтому при повороте образца блестящая полоса плавно скользит по поверхности обсидиана, не ограничиваясь острыми углами и прямыми линиями.

Неполнокристаллическая, илипорфироваяструктура отличается тем, что на матовом фоне раскристаллизованного вещества выделяются отдельные блестящие кристаллы. Форма порфировых вкраплений бывает какидиоморфной(угловатой, с выраженной кристаллической огранкой), так иксеноморфной(сферической, обусловленной растворением вершин и ребер кристаллов).

Если структура породы полнокристаллическая, то для дальнейшей диагностики полезно определить еще два структурных признака: по абсолютному и по относительному размеру кристаллов.

По абсолютному размеру кристаллов:

а) гигантокристаллическая (крупнее 10 мм);

б) крупнокристаллическая (10-3 мм);

в) среднекристаллическая (3-1 мм);

г) мелкокристаллическая (1-0,5 мм);

д) тонкокрисааллическая (менее 0,5 мм).

Абсолютный размер кристалла определяется по его наибольшей протяженности.

По относительному размеру кристаллов:

а) равномернокристаллическая – характерна абиссальным породам;

б) неравномернокристаллическая (порфировидная) – характерна гипабиссальным породам.

Равномернаякристалличность проявляется в том, что все слагающие породу кристаллы по абсолютному размеру относятся либо к одной группе, либо к двум соседним.Порфировиднаяструктура отличается большим разбросом размеров кристаллов – они представлены как мелкими, так и гигантскими.

При характеристике структуры необходимо указывать виды структур по всем трем типам для полнокристаллических (интрузивных) пород, и по одному типу – для неполнокристаллических и стекловатых (эффузивных).

Текстурытакже являются важным диагностическим признаком условий формирования магматических пород. Выделяют следующие основные виды текстур.

4. массивная– в породе нет пустот (всегда свойственна интрузивам; нередко встречается у эффузивов);

2) пятнистаяиполосчатая– однородно окрашенные кристаллы минералов сгруппированы в обширные пятна или крупные полосы (характерна интрузивам);

5. пузыристая(пористая,ноздреватая) – наблюдается только у эффузивов;

6. флюидальная– характерна стекловатым (эффузивным) породам, на поверхности которых видны застывшие следы потоков разноокрашенной магмы;

7. пегматитовая – порода сложена крупными или гигантскими кристаллами, которые формируют неповторимый рисунок на каждой стороне образца (свойственна только интрузивным жильным породам).

Таким образом, пегматитовая, пятнистая и полосчатая текстуры однозначно свидетельствуют об интрузивном происхождении породы. Точно так же, пузыристая и флюидальная – об эффузивном происхождении. Интрузивные породы всегда обладают массивной текстурой.

Происхождение магматической породы, т. е. условия, в которых произошло застывание расплава, определяется на основании анализа структур и текстур.

Интрузивные(глубинные,плутонические) – породы, возникшие при застывании магмы в глуби земной коры. В зависимости от глубины кристаллизации расплава, они делятся на абиссальные (сверхглубинные) и гипабиссальные (приповерхностные).

Абиссальныепороды образуют в земной коре гигантские по объему тела различной формы: батолиты, штоки, лополиты, граптолиты и проч. Они застывают долгое время (миллионы лет) при высоких значениях температуры и давления. Такие условия способствуют наиболее полному минералообразованию, и препятствуют отделению летучих (подвижных) компонентов. Благодаря этому абиссальные породы отличаются полнокристаллической структурой – каждый минерал образует свой четко очерченный кристалл. Кроме того, кристаллы отличаются равномерными и, как правило, крупными размерами. Поэтому абиссальным породам свойственны также структуры равномернокристаллическая и крупнокристаллическая. Текстуры абиссальных пород массивные – в них нет пустот.

Гипабиссальныепороды, образующие в земной коре дайки, силлы, некки и проч., застывают при меньшем термодинамическом постоянстве и значительно быстрее. Наряду с крупными кристаллами, в породе присутствуют и мелкие, возникшие при быстрой кристаллизации (в условиях низких температур и давления). В итоге на мелкокристаллическом фоне породы будут выделяться крупные, иногда гигантские кристаллы. Поэтому гипабиссальные породы характеризуются полнокристаллической, но неравномернокристаллической (порфировидной) структурой.

Эффузивные(изверженные,вулканические) породы возникают при застывании магматического расплава на земной поверхности – они являются продуктами вулканизма. На поверхности давление невелико и температура лавы падает быстро. Основная масса расплава почти полностью раскристаллизовывается, и лишь кристаллы отдельных минералов могут выделяться на однородном бесструктурном фоне. Порода приобретает типичное либо порфировое, либо стекловидное строение. Нередко под влиянием быстро вырывающихся газов эффузивы приобретают пористую текстуру (пемза). Эффузивные потоки и покровы, в значительной части состоящие из вулканического стекла, со временем разрушаются, в результате чего эффузивы делятся накайнотипные(молодые) ипалеотипные(древние).

Химический и минеральный состав магматических пород тесно связаны друг с другом и зависят от ряда факторов.

Химическая классификациямагматических пород опирается на содержание в них двуокиси кремния – Si0₂, которую иначе называют кремнекислотой или кремнеземом. По содержанию кремнезема магматические породы делятся накислые(более 65 % Si0₂),средние(65-52 %),основные(52–45 %),ультраосновные (менее 45 %). Ни в коем случае нельзя путать содержание в породах кремнезема (Si0₂) и минерала кварц (также Si0₂) – химическое соединение кремнезем есть во всех магматических породах, тогда как минерал кварц присутствует лишь в некоторых. Разумеется, больше всего кварца содержится в породах, предельно насыщенных кремнекислотой.

Химический состав пород внешне проявляется в соотношении темных и светлых минералов: чем кислее порода (чем больше содержится кремнезема), тем она светлее. К темно-окрашенным минералам мы будем относить только черные и зеленые. Соответственно, предварительная оценка химического состава породы может опираться на процентное содержание темно-цветных кристаллов:

• менее 10 % темных – порода кислая;

• 10–50 % темных – порода средняя;

• 50–90 % темных – порода основная;

• более 90 % темных – порода ультраосновная.

Необходимо учитывать, что прозрачные кристаллы кварца, находясь в породе, создают иллюзию ее «затемнения» – насыщенный кварцем образец нередко на первый взгляд кажется темным. Однако, вращая такой образец, можно увидеть, что казавшиеся черными «провалами» кристаллы обретают прозрачность и присущий кварцу жирный блеск. Тем более темной представляется порода, содержащая черную разновидность кварца – морион. Поэтому, изучая светлоокрашенную породу, нужно убедиться в наличии или отсутствии кварца – он легко диагностируется по жирному блеску.

Определяя химический состав по окраске, не следует сразу останавливаться на каком-то одном классе. Так, если образец светлый, первоначально следует рассматривать его как кислый или средний. Лишь позднее, после определения минерального состава, можно будет уверенно отнести его к одной из групп. Главнымипородообразующими(обязательно представленными, определяющими название породы) минералами большинства пород разного химического состава являются следующие.

• Кислых пород – кварц, ортоклазы.

• Средних пород – ортоклазы, плагиоклазы, роговая обманка.

• Основных пород – плагиоклазы, пироксены.

• Ультраосновных пород – пироксены, оливин (вместе или индивидуально).

Кварц никогда не является главным породообразующим минералом пород основных и ультраосновных. Не бывает много ортоклаза в породах основных и ультраосновных. Все полевые шпаты (ортоклазы и плагиоклазы) отсутствуют в породах ультраосновных. Оливин и пироксены (авгит) не являются главными породообразующими в породах кислых и средних.

Определяя химический состав, полезно оценить цветовуюхарактеристикупороды, прежде всего, выраженность либо зеленых тонов, либо желтых и красных. Чем больше в породе темных минералов и чем ярче зеленый оттенок, тем ближе порода к основным. Наоборот, теплые тона окраски (желтые, красные) характерны породам с высоким содержанием кремнезема (кислым и некоторым средним).

Наконец, косвенным признаком химического состава породы выступает ее удельныйвес– чем тяжелее порода, тем ближе она к основным.

Минералогический составмагматических пород зависит от химического состава исходного расплава. Последний, в свою очередь, определяется процессами дифференциации магмы. В связи с этим исключительно важно помнить реакционный ряд Боуэна, отражающий последовательность кристаллизации минералов из магмы: первыми кристаллизуются самые тугоплавкие минералы, а затем все более легкоплавкие. Тугоплавкие минералы обладают цветом от зеленого до зелено-серого и черного, тогда как легкоплавкие отличаются светлыми тонами (белый, желто-серый, красно-бурый и др.). Таким образом, любая магматическая порода состоит преимущественно из тех минералов, которые кристаллизуются при близких показателях температуры – другими словами, из минералов, соседствующих в ряду Боуэна. Поэтому, например, оливин редко встречается в породе, состоящей из кристаллов ортоклаза и кварца. Или наоборот, проблематично найти кварц или ортоклаз в породе, состоящей из оливина и авгита. Минеральный состав макроскопически можно определить только у интрузивов. В эффузивах можно выявить названия лишь тех минералов, которые образовали порфировые включения – чаще всего они представлены кварцем, полевыми шпатами, роговой обманкой.

Поскольку главными породообразующими минералами магматических пород являются минералы ряда Боуэна, то следует запомнить основные макроскопические признаки этих минералов.

• Оливин – цвет оливково-зеленый или бурый; блеск стеклянный; спайность средняя; кристаллы редки – чаще зерна.

• Авгит – цвет зеленый, бурый или черный; блеск стеклянный; спайность совершенная; кристаллы призматические короткостолбчатые с квадратным поперечным сечением.

• Плагиоклазы – цвет белый, светло- или темно-серый, холодных тонов (синего, зеленого); блеск стеклянный; спайность средняя; кристаллы крупные таблитчатые. Лабрадор обладает иризацией сине-зеленых тонов.

• Роговая обманка – цвет темно-зеленый до черного; блеск шелковистый; спайность совершенная; кристаллы столбчатые, игольчатые.

• Биотит – цвет черный, темно-бурый; блеск очень яркий, перламутровый, стеклянный; спайность весьма совершенная; кристаллы пластинчатые, таблитчатые.

• Ортоклазы – цвет теплых тонов белого, серого, кремовый, розовый, красный (у амазонита – ярко-зеленый); блеск стеклянный; спайность совершенная. Ортоклазы присущи только кислым и средним породам.

• Мусковит – бесцветный или светло-серый прозрачный; блеск очень яркий, перламутровый, стеклянный; спайность весьма совершенная; кристаллы пластинчатые, таблитчатые.

• Кварц – прозрачные кристаллы бесцветные, молочные, розовые, черные; блеск жирный, яркий (если кристаллы не трещиноваты); спайность несовершенная. Кварца всегда много в породах кислых; иногда он содержится в породах средних; никогда не встречается в основных и ультраосновных.

Таким образом, среди светлоокрашенных минералов необходимо различать кварц и полевые шпаты. Кварц отличается ярким жирным блеском и отсутствием спайности. Полевые шпаты обладают ровным стеклянным блеском и совершенной спайностью. Слюды (мусковит и биотит) среди всех минералов ряда Боуэна выделяются наиболее яркой спайностью – в породе они подобны осколкам зеркал (бесцветных либо черных).

Вместе с тем, самую обширную по количеству названий группу составляют минералы акцессорные(второстепенные, не обязательно представленные в породе). Среди них – слюды, сульфиды, многие окислы и проч. Наконец, кварц может выступить акцессором в породах среднего состава, оливин – в кислых породах и т. д.