petra (Ответы на экзаменационные вопросы по курсу петрографии)

1. Предмет, методы и история развития петрографии. Связь петрографии с другими науками о Земле.

Петрография – наука о магмат-их ГП. До 1969 г. объектами были ГП Земли, дальше – еще и освоение Луны. Также изучаются метеориты. Лунные породы похожи на земные базальты, впоследствии выяснилось их большее сходство с метеоритами. Стала возможной общая систематика всех этих пород. Т.о., петрография – наука о железокаменном веществе всей Солнечной системы.

Минералогия (т.к. ГП – природные минеральные агрегаты). У минералогии – изолированный минерал, у петрографии – минеральный парагенезис. Среди всех минералов можно выделить группу породообразующих (ортосиликаты (группа оливина) и метасиликаты (амфиболы, пироксены, слюды)). Островные – цепочечные – ленточные – слоистые – каркасные (ПШ). В слюдах и амфиболах есть вода.

В породах есть рудные минералы (магнетит, гематит, пирит), что связывает с наукой о п/иск.

Геолог. картирование – им определяются все взаимоотношения м/у ГП. ГП как минеральные агрегаты, слагающие геолог-ие тела.

Данные геофизики – непременный элемент петрографических построений.

Этапы развития петрографии. Основоположником петрографии можно считать Ломоносова. Все ГП связывались им с глубинными процессами. Развивались 2 школы – плутоническая и школа нептунистов. Плутонисты стали основой современных представлений, что все магматические породы делятся на 2 класса: глубинные (плутонические) и малоглубинные (вулканические). Был изобретен поляризационный микроскоп, затем призма Николя для получения поляризованного светя.

Далее началось развитие петрографии по пути физ.-хим. анализа парагенезисов минералов.

Следующий этап развития связан с увеличением роли экспериментальных исследований. Возрасли технические возможности, которые дали возможность определять состав минерала в точке. Выяснилось, что все минералы явл-ся неоднородными.

==================================

Петрография занимается описанием, классификацией и номенклатурой горных пород (ГП), вопросами их происхождения и естественной историей. Петрография имеет большое значение во всем комплексе наук. Самая близкая ей наука – минералогия, т.к. для определения пород необходимо знание минералов, объектом исследования в петрографии является минеральный парагенезис. Наличие в горных породах рудных минералов обуславливает связь с наукой о полезных ископаемых, изучая вмещающие породы, можно предсказать, где искать месторождение. С помощью геокартирования можно изучать морфологию и условия залегания геологических тел.

Начало петрографических исследований относится к глубокой древности, когда зарождалась геология. Первыми трудами, касающимися петрографии можно считать работы М. В. Ломоносова («Слово о рождении металлов от трясения Земли» 1757г., «О слоях земных» 1763г.), где он рассматривал образование ГП и руд, связывая его с эндогенными (глубинными) процессами. Н. Стенон (1638 – 1687) сделал выводы о последовательности образования минералов и напластования пород. В 18 века была создана школа нептунистов, возглавлял ее немецкий ученый А. Г. Вернер, связывавший происхождение всех ГП Земли с осаждением их в Мировом океане в ходе единого процесса последовательного понижения его уровня, определявшего эволюцию осадконакопления со временем. В работах Р. Гука (1635 – 1703), Т. Бернета (1635 – 1715) развивались динамические концепции развития Земли, отражающие сложные преобразования земной поверхности с переходами суши в море и обратно. Эти работы подготовили почву для концепции плутонизма, развитой Дж. Геттоном (1726 – 1797). Земля, по этой концепции, уподоблялась циклично работающей машине, что объясняло дислокации земной коры, наступления на сушу и отступления океанических вод. Эти идеи цикличного развития континентальной ЗК в дальнейшем получили воплощение в теории ее геосинклинальной эволюции. Сосредоточенность геологии 19 века на стратиграфических исследованиях определила развитие петрографии осадочных пород. На рубеже 19 и 20 веков в практику был введен поляризационный микроскоп, после чего петрография стала приобретать самостоятельное значение в качестве науки о ГП, стало формироваться ее генетическое направление. Розенбуш (1836 – 1914) создал генетическую классификацию ГП первого порядка с разделением их на магматические (в свою очередь разделены на вулканические, жильные и плутонические), метаморфические и метасоматические. Н. Л. Боуэн посвятил свои исследования эволюции изверженных пород (1928). Начали использоваться различные кристаллооптические методики исследования минералов и ГП (Мишель-Леви, Заварицкий, Коржинский, Федоров и др.). Систематика ГП по химическому составу рассматривалась в работах Левинсон-Лессинга (1896), Розенбуша (1934), Заварицкого (1952) и др. Физико-химическое направление развивалось работами Бекке (1907), Гольдшмидта (1911; систематика химических элементов), Коржинского (1936 – 1983; и магматические, и метаморфические процессы осуществляются с помощью летучих компонентов), Маракушева (1965 – 1983), Жарикова (1959 – 1983). Экспериментальное направление началось с изучения силикатных систем. Потом были изучены прочесы плавления ГП под давлением паров летучих компонентов. В результате было установлено, что вода понижает температуру плавления силикатов в значительной степени. Сравнительно недавно появилась космическая, или глобальная, петрология. В 1969 году были получены первые образцы лунного грунта. Современный этап характеризуется появлением новых аппаратных возможностей для изучения ГП, электронного микрозонда и других физических методов. Они дали возможность определять состав минерала в точке. Выяснилось, что все минералы являются очень неоднородными, что позволяет раскрыть историю формирования данной породы. Можно проводить сопоставление краевых, центральных, промежуточных частей минералов друг с другом, что дало возможность анализировать парагенезисы минералов в динамике формирования ГП.

2. Интертелурическая кристализация магм и понятие о полифациальности изверженных пород.

Интертелурическая [intra — внутри, telluris — земля] кристализация магм — период застывания магмы внутри земной коры до ее извержения на поверхность.

Полифациальность — принадлежность данного типа отложений, напр, доломитовых пород, к различным фациям.

3. Кристаллизация магм, два типа диаграмм плавкости, влияние на них флюидного давления.

4. Главные механизмы дифференциации магматических расплавов (кристаллизационное фракционирование, жидкостная несмесимость, флюидно-магматическое взаимодействие).

Дифференциация - распад однородной или частично раскристаллизованной магмы на фракции, из которых образуются породы разных составов.

Можно выделить 3 главных процесса магматической эволюции: кристаллизационная дифференциация, эволюция расплава за счет взаимодействия с флюидами и дифференциация при взаимодействии расплава с вмещающими породами.

В процессе кристаллизации магмат-ого расплава не все минералы формируются одновременно — первыми выделяются наиболее основные плагиоклазы, а среди меланократовых — наиболее магнезиальные минералы (оливины, пироксены). Благодаря фракционированию, т.е. отделению каким-либо путем выделившихся минералов, остаточный расплав приобретает по отношению к первичному иной состав и из него формируются различные горные породы. Пути фракционирования минералов могут быть неодинаковы. Гравитационная дифференциация особенно ясно проявляюется в расплавах ультраосновного и основного составов. Цветные минералы, выделившиеся из расплава первыми, отличаются повышенными содержаниями магния и явл-ся более тяжелыми, чем остаточный расплав. По мере кристаллизации остаточный расплав изменяет свой состав, по сравнению с исходным он становится более железистым.

Различия в составах эндоконтактовых и центральных частей интрузий также могут быть связаны с фракционированием — приуроченностью ранних порций кристаллизации к зонам эндоконтакта, как наиболее охлажденным участкам.

Ликвация - это расщепление жидкости на несмешивающиеся составные части с резкими границами между фазами. Установлено, что несмесимость алюмосиликатных расплавов возникает в присутствии многих летучих компонентов, способствующих этому процессу, — водорода, воды, щелочных карбонатов, фторидов, фосфорных солей. Ликвация явл-ся одной из форм проявления флюидно-магматической дифференциации.

==========================================Те магмы, которые наблюдаются на глубине, и излившиеся лавы различны, т.к. при подъеме магмы на поверхность происходит эволюция расплава – магматическая дифференциация. Процессы магматической дифференциации:

1. Кристаллизационная дифференциация (фракционирование) – это изменение состава расплава за счет отделение минеральных фаз. Обособление продуктов ранней кристаллизации связано с образованием зональных кристаллов. Боуэном была установлена последовательность выделения кристаллов из магм нормального щелочного ряда:

- Прерывистый реакционный ряд (железомагнезиальные, темноцветные минералы): оливин – пироксен – роговая обманка – биотит.

- Непрерывный реакционный ряд (лейкократовые минералы): основной плагиоклаз – средний плагиоклаз – кислый плагиоклаз, ортоклаз, кварц.

Эти ряды генетически идут одновременно.

Процесс кристаллизации сопровождается повышением в магматическом расплаве содержания кременезема, щелочных металлов, железа. Например, при медленном остывании базальтовых расплавов и погружении продуктов ранней кристаллизации (с накоплением оливина и пироксенов в нижних частях магматических камер) может образоваться расслоенность первично однородной базальтовой магмы на ультраосновную часть в основании и все более кислую в кровле. Это отражение процесса гравитационной дифференциации.

Намечается ряд минералов, характеризующий распределение магния и железа в продуктах ранней и поздней кристаллизации. Ранние выделения темноцветных минералов всегда более магнезиальные, чем расплав, который вследствие обособления кристаллов эволюционирует в сторону железистых расплавов. Кроме того, более высокотемпературные минералы обрастают более низкотемпературными.

Главные диаграммы плавкости:

- Кристаллизация минералов с образованием непрерывной серии растворов. При застывании сначала выделится оливин, при этом он будет значительно более магнезиальным, чем остаточный расплав. При медленном снижении температуры минералы будут растворяться в расплаве, в результате состав застывшего расплава будет соответствовать составу первичной магмы. Т.о., образуется однородный кристалл. Это характерно для плутонических пород. При быстрой же кристаллизации реакции между кристаллом и расплавом не успевают произойти, поэтому сначала кристаллизуется форстерит, который замет обрастает фаялитом, т.е. образуется неоднородный зональный кристалл. Это характерно для вулканических пород.

- Диаграмма с простой эвтектикой: клинопироксен и плагиоклаз. При Т1 начинает кристаллизоваться клинопироксен, а в точке Е к нему присоединяется плагиоклаз, т.е. последний кристаллизуется в промежутках между кристаллами клинопироксена. Изменение состава расплава приводит к образования нового минерала!

Но последовательность кристаллизации может быть неоднозначной, если речь идет о многомерных системах. Например, трехмерная диаграмма кристаллизации габбро-норита. Ход кристаллизации может осуществляться двумя путями:

- Pl – Pl + Cpx – Pl + Cpx + Opx

- Pl – Pl + Opx – Pl + Opx + Cpx

2. Жидкостная несмесимость – процесс разделения расплава на 2 или более несмешивающиеся жидкости. Например, силикатный и сульфидный расплавы абсолютно несмесимы во всем диапазоне температур и давления. Силикатные и карбонатные расплавы несмесимы только при низком давлении (кимберлиты), но при давлении алмазообразования обладают полной смесимостью. Несмесимость может возникать и в пределах одного алюмосиликатного расплава.

С увеличением скорости остывания и с увеличением содержания флюидных компонентов увеличивается интенсивность процессов жидкостной несмесимости.