Процессы, обусловившие разнообразие магматических пород

Реакционные ряды Н. Боуэна с дополнениями А.Н. Заварицкого

Кристаллизация твердых растворов

Свойствами твердых растворов обладают большинство породообразующих минералов, образующих идиоморфные ряды:

Плагиоклазы	Ab (NaAlSi3O8)	–	An (CaAl2Si2O8)
Оливины	Fo (Mg2SiO4)	–	Fa (Fe2SiO4)
Ортопироксены	En (Mg2Si2O6)	–	Fs (Fe2Si2O6)
Клинопироксены	Di (CaMgSi2O6)	–	Hd (CaFeSi2O6)

Выделившийся минерал становится неустойчивым, реагирует с расплавом и изменяет свой состав (рис.).

Кристаллизация по принципу перитектики (конденсированные системы с соединенниями, плавящимися инконгруэнто).

Существуют минеральные фазы, которые при определенных температурах реагируют с расплавом и образуют кристаллы нового состава:

A+L→В

Инконгруэнтное плавление – такое плавление (растворение), в результате которого образуются расплав, не отвечающий по составу соединению, и твердая фаза.

Реакция инконгруэнтного разложения с плавлением носит также название перитектической реакции, а соответсвующее состояние системы называется перитектикой.

Этот вид кристаллизации распространен в ряду фемических минералов и кислых полевых шпатов и фельдшпатоидов (рис.).

Изучение реакционных взаимоотношений минералов магматических горных пород и экспериментальные исследования кристаллизации силикатных систем позволили Н.Боуэну (1928) представить последовательность выделения главных породообразующих минералов из магм в виде двух реакционных рядов:

1. Прерывного ряда фемических минералов.

2. Непрерывного ряда салических минералов (рис.).

В каждом ряду вышестоящий минерал реагирует с расплавом по принципам перитектики или твердых растворов, в результате чего формируется нижестоящий минерал. Каждому минералу 1-го ряда соответствует определенный минерал 2-го ряда, совместная кристаллизация которых осуществляется по принципу эвтектики. Последовательность выделения минералов зависит от состава расплава.

Реакционный принцип Н.Боуэна справедлив лишь для большинства пород известково-щелочной серии с нормальной щелочностью и нормальным отношением Mg и Fe в фемических минералах.

Д.С.Коржинский (1962) и В.С.Соболев (1961) показали, что повышение концентрации Na в расплаве сопровождается вытеснением Ca из Pl, что приводит в равновесие роговую обманку и пироксены с кислым плагиоклазом. Таким образом, вместо нормальных биотитовых гранитов могут появится роговообманковые и пироксеновые граниты и т.д.

Разнообразие магматических пород определяется целым рядом причин: составом первичных магматических расплавов, процессами их дифференциации в процессе перемещения (подъема) и кристаллизации.

Разными авторами предполагается разное число первоначальных магм по составу: ультраосновных, основных, средних, кислых, щелочных и т.д. Наиболее распространенными по объему являются магмы базальтового и гранитного состава.Наибольшее разнообразие пород дают магмы щелочного состава.

А.А. Маракушев выделяет три главных процесса магматической эволюции:1) кристаллизационная дифференциация, 2) ликвация, 3) дифференциация при взаимодействии расплава с вмещающими породами.

Кристаллизационная дифференциация. В соответствии с реакционными рядами Н. Боуэна с дополнениями А.Н. Заварицкого кристаллизация начинается с наиболее высокотемпературных и более основных минералов (оливин, пироксен, основные плагиоклазы). Благодаря фракционированию, то есть отделению выделившихся кристаллов, остаточный расплав приобретает более кремнекислотный и железистый состав, обогащенный щелочами. Одним из путей фракционирования является гравитационная дифференциация путем осаждения кристаллов на дно магматической камеры. Гравитационная дифференциация осуществляется в магмах незначительной вязкости и обычно свойственна ранним стадиям кристаллизации, когда объем кристаллической фазы меньше объема остаточного магматического расплава. Механизм гравитационной дифференциации объясняет, по мнению многих исследователей, формирование крупных расслоенных интрузий основного состава, состав пород в которых ритмично изменяется снизу вверх от ультраосновных до средних, в отдельных случаях до кислых.

Ликваци я – это разделение расплава на несмешивающиеся составные части, отличающиеся по химическому составу и имеющие резкие границы между собой. Ликвация является одной из форм флюидно-магматической дифференциации. Процессы ликвации магматических и рудных расплавов подтверждены экспериментальными исследованиями. Проявлению этих процессов благоприятствует наличие летучих компонентов – H₂, H₂O, щелочных карбонатов, фторидов, фосфорных солей и др. Объясняется это тем, что летучие компоненты (F, H₂ и др.) характеризуются различным химическим сродством с разными петрогенными элементами расплава (Al₂O₃, Fe₂O₃, MgO и др.). Вначале происходит разделение расплава на части в магматической камере, а в дальнейшем отдельные части расплава благодаря разной подвижности и другим физическим свойствам разделяются пространственно.

Опираясь на данные многочисленных экспериментов А.А. Маракушев (1973) считает ликвацию одной из главных причин появлениятаких ассоциаций как малоглубинные габбро-сиенитовые и щелочные фельдшпатоидные породы и гранитоиды. Механизмом ликвации объясняется образование карбонатитовых расплавов, отщепляющихся от богатых углекистотой фельдшпатоидных магм, а также нодулярных хромовых руд в мантийных ультрабазитах.

Механизм ликвации виден в вулканических породах повышенной щелочности. Благодаря быстрому отделению летучих от расплава происходит его интенсивное переохлаждение, поэтому ликвационные текстуры хорошо сохраняются и легко наблюдаются по различной окраске полос и участков стекол.

Противоположным процессам ликвации является процесс смешения магм разного состава, магматические очаги которых находятся на разных глубинах. При подъеме по общим каналам расплавы разного состава могут смешиваться и образовывать гибридные расплавы промежуточного состава.

Дифференциация расплавов при взаимодействии с вмещающими породами выражается в процессах ассимиляции, контаминации, магматического замещения.

Ассимиляция (assimilatio – уподобление)– геологический процесс полного усвоения и плавления материала боковых горных пород, захваченных магматическим расплавом. При ассимиляции образуются гибридные магмы, кристаллизация которых приводит к появлению горных пород, обладающих признаками гибридных образований. Ассимиляция может происходит на контакте интрузии или на глубине вследствие опускания обрушивающихся частей кровли в магму. Ассимиляция может играть роль фактора металлогенической специализации (Абдуллаев и др.). Процесс ассимиляции является резко эндотермическим, поэтому не может по В. Николаеву проявляться в больших масштабах из-за ограниченности запасов тепла в магме.

Контаминация (contaminatio – загрязнение) – захват магмой вмещающих или других магматических пород, их полная или частичная переработка в результате плавления, метасоматических реакций обмена вещества и перекристаллизации. Процессы контаминации обычно не завершаются полной переработкой вещества захваченных магмой пород, в магматической породе сохраняются в разной степени ассимилированные ксенолиты вплоть до “теневых” ксенолитов, которые имеют одинаковый с магматической породой минеральный состав и отличаются только по текстурно-структурным признакам.

Магматическое замещение, по Д.С. Коржинскому (1952), замещение горных пород магмой под воздействием сквозьмагматических (трансмагматических) растворов. Поток горячих растворов на фронте магматического расплава прогревает вмещающие породы и избирательно привносит химические компоненты, слагающие расплав, и уносит другие ненужные компоненты. Разогрев и сделав вмещающие породы химически близкими к составу магмы, сквозьмагматические растворы постепенно переводят вмещаюшие породы в расплав.

Классификация магматических горных пород

В основу существующей классификации магматических горных пород положены химические, минеральные, структурные и геологические критерии. По аналогии с другими естественными науками классификация имеет многоступенчатый характер и включает следующие таксономические единицы: типы – классы – группы – ряды – семейства – виды – разновидности.

Типы пород выделяются по определяющим (генетическим) факторам образования:

1) осадочные,

2) магматические,

3) метаморфические.

4) ударно-метаморфические - коптогенные (греч. «копто» - дробить, разрушать ударом)).

В магматическом типе горных пород по фациальным условиям выделены три класса:

1. Класс плутонических, т.е. полнокристаллических пород, происхождение которых связано с относительно длительной кристаллизацией магматического расплава в земной коре в сочетании с явлениями дифференциации, гибридизма, ассимиляции, контаминации, метасоматоза и другими петрогенетическими процессами.

2. Класс вулканических, т.е. порфировых или афировых пород с микрокристаллической, криптокристаллической или стекловатой основной массой, являющихся продуктом кристаллизации магмы, излившецся на земную поверхность по вулканическим каналам и застывшей в течение короткого промежутка времени в субаэральных или подводных условиях.

3. Класс гипабиссальных пород, формировавшихся на небольших глубинах и занимающих по условиям залегания и структурам промежуточное положение между глубинными (плутоническими) и излившимися (вулканическими) породами.

Группы магматических горных пород в количестве четырех выделены по кремнекислотности:

1) ультраосновные – 30 – 45% SiO₂,

2) основные – 45 – 53% SiO₂,

3) средние – 54 – 64% SiO₂,

4) кислые – 64 – 78% SiO₂.

Группы магматических горных пород по степени щелочности разделяются на петрохимические ряды:

Критерием для разделения на ряды является содержание в горных породах суммы щелочей (Na₂O + K₂O), пределы колебаний которого индивидуальны для различных групп пород (табл. 2):

Семейства горных пород – сообщества магматических горных пород близкого минерального состава, характеризующиеся определенными отношениями кремнезема и щелочей. Пример: семейство перидотитов, пироксенитов, габброидов, диоритов, базальтов, андезитов и т.д.

Таблица 2

Пределы колебаний содержания суммы щелочей (Na₂O + K₂O)

в группах, классах и петрохимических рядах магматических пород

Группы пород	Классы пород	Петрохимические ряды
Нормальный	Умеренно- щелочной	Щелочной
Ультраосновные	Вулканические	0 – 1		1 – 14
Плутонические	0 – 1,5		1,5 – 20
Основные	Вулканические	1 – 4,5	3 – 5	5 – 18
Плутонические	0,5 – 4,5	3 – 8	5 – 20
Средние	Вулканические	3 – 6	6 – 10	7 – 22
Плутонические	3 – 7,5	5 – 12	7 – 21
Кислые	Вулканические	4,5 – 8	5 – 13	7,5 – 13,5
Плутонические	5 – 8	6 – 11,5	5 – 14

Дата добавления: 2014-01-07