Основы геологии. Учебное пособие. Плякин А.М.. Основы геологии
 Скачать 7.69 Mb.
|
|
Часть III. ЭНДОГЕННЫЕ ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В этой части книги рассматриваются проблемы, связанные с внутрипла- нетными процессами, приводящими к образованию двух весьма важных типов горных пород: магматических и метаморфических, а также с процессами, при- водящими к изменению первичных условий залегания горных пород под дейст- вием внутренней энергии, выражающейся в разнонаправленных движениях блоков земной коры. Третья часть учебного пособия состоит из трёх основных разделов: Магматизм и магматические горные породы. Метаморфизм и метаморфические горные породы. Тектонические процессы и структуры. 3.1. МАГМАТИЗМ Магматизм наряду с метаморфизмом и тектоникой является эндогенным геологическим процессом, происходящим в недрах Земли и связанным с прояв- лением внутренней энергии планеты, прежде всего с её тепловым полем, кото- рое было охарактеризовано выше. Рассмотрим основные особенности этого сложного и мощного геологиче- ского процесса, являющегося одним из проявлений развития Земли. История геологического развития Земли может быть представлена как постоян- ное противостояние, борьба экзогенных и эндогенных геологических процессов или продуктов их деятельности. Эндогенные геологические процессы приводят к образованию горных сооружений, которые разрушаются деятельностью экзо- генных геологических процессов: выветривания, рек, ледников и прочих. Одна- ко за всю продолжительную историю планета не стала плоской и ровной в результате того, что выровненные участки её из-за проявления новых эндоген- ных процессов всё снова и снова воздымались в виде горных сооружений, вул- канических построек, поднятых блоков земной коры и давали непрерывную работу новым экзогенным геологическим процессам. 3.1.1. Общие понятия о магматизме Магматизм является эндогенным геологическим процессом, связанным с выплавлением магмы в глубоких недрах Земли, её продвижением к поверхно- сти, остыванием и превращением в магматические горные породы. Весь про- цесс магматизма связан с двумя главными действующими силами: тепловым 99 полем Земли и тектоническими движениями. Благодаря тепловому полю в нижней части земной коры или верхней части мантии Земли происходит рас- плавление горных пород и превращение их в магму. Тектонические движения образуют пути для продвижения магмы из земных недр к поверхности или её излиянию на поверхность. Магма кристаллизуется на разных глубинах в недрах Земли или на её поверхности, и в связи с этим различают по глубинности абис- сальный, гипабиссальный, субвулканический и вулканический (поверхност- ный) вулканизм. Исходным материалом магматизма является магма. Магма – это расплав- ленная масса преимущественно силикатного состава, высокотемпературный природный расплав, обогащенный растворёнными в ней перегретыми газооб- разными веществами. В составе магмы преобладают кислород, кремний, алю- миний, железо, магний, калий, натрий. Магма может содержать значительное количество паров воды, окислов углерода, водорода, сероводорода, хлора, бро- ма и других газов. Излившаяся на поверхность планеты магма образует потоки и покровы разных размеров, а застывшая в недрах в зависимости от размеров и формы по- лостей, а также состава образует разнообразные по форме и размерам тела, о которых речь пойдёт несколько ниже. Долгое время считалось, что первичными магмами могут быть только две: гранитная (кислая) и базальтовая (основная). При этом ещё до 1929 г. Боу- эн отстаивал мнение о существовании лишь базальтовой магмы, из которой в процессе её раскристаллизации образуются все остальные её разновидности. Русский петрограф Левинсон-Лессинг был твёрдо уверен, что существуют, по крайней мере, две первичные самостоятельные магмы: базальтовая и гранитная. Сейчас можно с большой уверенностью говорить, что обе магмы сущест- вуют совершенно самостоятельно. Существование магмы базальтового состава имеет подтверждение следующими фактами: базальты – продукты остывания этой магмы, распространены по всей планете повсеместно, независимо от типа земной коры – на континентальной, океанической и переходной; базальты из- вестны на всех возрастных уровнях – от древнейших до современных – и при этом их состав довольно постоянен. Кроме того, современные исследования до- казали существование базальтовых пород на Луне и других планетах Солнеч- ной системы. Следовательно, базальтовая магма распространена в пределах Солнечной системы во всей доступной изучению геологической истории. Аналогичные доводы существуют и в пользу существования первичной самостоятельной гранитной (кислой) магмы. Породы гранитного состава, яв- 100 ляющиеся продуктом кристаллизации кислой магмы, также широко распро- странены повсеместно на Земле и приурочны к самым разным возрастным ин- тервалам: от самых древних архейских до современных. Относительно условий образования гранитной магмы существуют разные представления, что объясня- ется довольно сильными различиями в составе этих пород. Гранитная магма может быть образована двумя известными способами: 1) в мантии в результате общего плавления пород; 2) в процессе селективного плавления, анатексиса и палингенеза в гранитном слое земной коры – такую магму длительное время считали метаморфогенной, слагающей переходную зону между областями ультраметаморфизма и магматизма. В последние годы высказываются многочисленные мнения о первичности андезитовой и ультраосновной (перидотитовой) магмы. Эти мнения имеют под собой достаточно убедительные научные основания. Андезитовая магма в на- стоящее время в огромных количествах выбрасывается на поверхность планеты из вулканов островных дуг. Некоторые учёные считают эту магму наиболее ки- слой из всех существующих магм, а также то, что возникает она в процессе се- лективного плавления в верхней мантии. Существуют и другие предположения и гипотезы об условиях образования андезитовой магмы: образующейся в ре- зультате переплавления континентальной земной коры и перемешивания веще- ства разных её слоёв или образующейся в качестве продукта дифференциации базальтовой магмы. Вообще роль процессов дифференциации первичной магмы часто недос- таточно оценивается, хотя в разных ситуациях сложно построенной земной ко- ры и продолжительного продвижения через неё разных по составу магм дифференциация и кислой, и основной магм способна творить чудеса. Тем бо- лее, что существуют прекрасные примеры постепенных переходов между маг- матическими породами разного состава. В заключение о типах первичных магм хотелось бы отметить, что вполне возможно существование и первичных самостоятельных магм ультраосновного состава. Подтверждением этого являются хотя бы существующие протяжённые пояса ультраосновных горных пород. Поскольку наиболее распространёнными магмами являются гранитные (кислые) и базальтовые (основные), приведём не- которые отличительные черты этих магм: базальтовая магма гранитная магма тяжёлая лёгкая вязкая подвижная газонасыщенная малогазовая 101 3.1.2. Классификация магматических горных пород Магматические горные породы образуются из магмы разного состава. Они классифицируются по условиям образования и составу. По условиям образования различают два главных типа магматических горных пород: интрузивные и эффузивные. Интрузивные горные породы обра- зуются из магмы в недрах Земли, на разных глубинах от поверхности. Образо- вание их происходит в условиях постепенного понижения температуры и постепенного остывания магмы. В таких условиях – при постепенном падении температуры и давления магма распадается на две фазы: расплав – жидкую фа- зу и газовую фазу. Медленное падение этих параметров приводит к началу кри- сталлизации магмы и переходу её в трёхфазное состояние: к газовой и жидкой фазам прибавляется ещё и твёрдая фаза, представленная поначалу плавающими в расплаве кристаллами высокотемпературных минералов. Постепенная кри- сталлизация вещества по мере падения температуры и давления даёт возмож- ность медленно раскристаллизовываться сначала высокотемпературным, потом среднетемпературным и, наконец, низкотемпературным минералам. Таким об- разом, медленное остывание магмы в условиях недр Земли приводит к полной раскристаллизации магмы и образованию полнокристаллической горной поро- ды, содержащей микровключения некоторых газов в минералах. При этом сле- дует иметь в виду, что температура кристаллизации минералов является одновременно и температурой их плавления. Интрузивные горные породы на- зывают плутоническими, а интрузивный магматизм – плутонизмом. Эффузивные горные породы образуются из магмы на поверхности Земли, их называют также вулканическими, а процессы образования, в отличие от плу- тонизма, называют вулканизмом. Особенность образования вулканических (эффузивных) горных пород за- ключается в том, что излившаяся на поверхность Земли магма попадает из об- ласти высоких температур и давлений в область поверхностных температур и давлений. Остывание магмы, в отличие от аналогичного процесса в недрах Земли, происходит чрезвычайно быстро, поэтому вещество магмы, остывая, не успевает полностью превратиться в кристаллическое вещество, а остаётся пол- ностью, или в значительной мере, аморфным, не полностью раскристалли- зованным. Аморфное вещество эффузивных горных пород представлено вулканическим стеклом. Вторая особенность образования эффузивных горных пород заключается в том, что богатые газами магмы, находясь на поверхности планеты, освобождаются довольно легко от избытков газов, которые свободно 102 проходят сквозь магму, быстро остывающую и затвердевающую. В результате в эффузивных горных породах, особенно в верхней части быстро остывающего слоя, образуются многочисленные, разные по форме и размерам пустоты, при- дающие этим породам часто пористый облик. Такими породами являются, на- пример, пемза, миндалекаменные базальты (часто с более поздним заполнением пор кристаллизующимися из гидротермальных растворов минералами). По составу выделяют несколько групп магматических горных пород, причём и интрузивные, и эффузивные магматические горные породы находят- ся в одних и тех же группах. Различие магматических горных пород по соста- ву заключается как в химических, так и в минеральных особенностях пород. В основу классификации по составу положено содержание в горной породе главного химического соединения – кремнекислоты (кремнезёма) – SiO 2 . По содержанию щелочных элементов магматические горные породы разделяют на известковисто-щелочные или нормальные (породы нормального ряда), в которых содержание Na 2 O+K 2 O+CaO ›Al 2 O3 ›Na 2 O+K 2 O и щелочные, в кото- рых Na 2 O+K 2 O ›Al 2 O 3 Щелочные горные породы составляют в земной коре менее 2% всех маг- матических горных пород и встречаются относительно редко, поэтому наше внимание будет уделено только породам нормального ряда. Как уже отмечено выше, они разделяются по содержанию SiO 2 на четыре группы: кислые, средние, основные и ультраосновные (табл. 3): Табл. 3. Группы магматических пород Наименование групп горных пород Содержание SiO 2 , % Кислые Более 62 Средние 52-62 Основные (базиты) 45-52 Ультраосновные (ультрабазиты) Менее 42 Химический и минеральный состав магматических горных пород тесно взаимосвязаны и отражают друг друга довольно чётко. Так, главным минера- лом кремнекислоты, в большинстве случаев составляющей более половины ве- щества в горной породе, является минерал кварц. Чаще как породообразующий минерал он имеет белый цвет, и это определяет соответствующую окраску гор- ных пород, его содержащих. Такую же важную роль в окраске горных пород играют такие породообразующие минералы, как полевые шпаты (чаще свет- лоокрашенные), роговые обманки, пироксены и оливин (чаще темноокрашен- ные). Содержание в горной породе кремнекислоты определяет минеральный 103 состав этой породы. При высоком содержании кремнекислоты образуются кис- лые породы, которые в обязательном порядке содержат кварц, калиевые поле- вые шпаты, кислые плагиоклазы. Средние горные породы при пониженном содержании кремнезёма этого минерала (кварца) могут не содержать вовсе, а породы основного состава первичного кварца практически не содержат нико- гда. Породы первых трёх групп содержат минералы группы полевых шпатов: в кислых, как уже говорилось – калиевые (микроклин, ортоклаз) и (или) кислые плагиоклазы; в средних – плагиоклазы среднего состава; в основных – основ- ные плагиоклазы (лабрадор, анортит). Ультраосновные горные породы не могут содержать в своём составе ни кварца, ни полевых шпатов. Их часто называют бесполевошпатовыми породами. При этом кремнекислота, которая содержится во всех без исключения магматических горных породах, в средних породах об- разует насыщенные кремнекислотой силикатные минералы, в кислых присутст- вует в виде кварца, а в основных и особенно ультраосновных горных породах – только в виде насыщенных кремнекислотой силикатов типа оливина. При диагностике магматических горных пород большое значение имеют следующие их признаки: Окраска – светлоокрашенные горные породы скорее всего могут отно- ситься к кислым или средним, а темноокрашенные – соответственно к основным или ультраосновным. Наличие кварца может свидетельствовать о принадлежности горной по- роды к кислому, менее вероятно – к среднему типу. Характер полевого шпата показывает принадлежность горной породы к определённой группе: калиевые полевые шпаты и кислые плагиоклазы – к группе кислых, средние плагиоклазы – к средним, основные плагиок- лазы – к основным. Ультраосновные горные породы полевых шпатов не содержат. По классификации советского учёного–геолога А.Н. Заварицкого, с учё- том количественных соотношений главных породообразующих минералов, пе- ресчёта химического состава горной породы, а также особенностей структур пород и их генезиса выделяются пять групп горных пород нормального ряда: группа перидотитов – ультраосновные породы; группа габбро – базальтов – основные породы; группа диоритов – андезитов – средние породы; группа сиенитов – трахитов – средние породы; группа гранитов – риолитов и гранодиоритов – дацитов – кислые породы. В составе земной коры наиболее распространёнными являются интрузив- 104 ные горные породы кислого состава (гранитоиды) и эффузивные горные поро- ды основного состава (базальтоиды). Остальные горные породы находятся в подчинённом положении и развиты значительно меньше. Как видно из вышесказанного, в природе существует огромное разнообра- зие магматических горных пород. В чём же причины такого их многообразия? Во-первых, разнообразие магматических горных пород определяется раз- нообразием первичных самостоятельных магм, каждая из которых способна образовывать свои горные породы. Во-вторых, условия образования в недрах Земли или на её поверхности приводят к дополнительному многообразию этих горных пород. В-третьих, многообразие образующихся даже из одной первичной магмы горных пород объясняется особенностями физико-химических процессов обра- зования таких горных пород. При этом причинами многообразия горных пород по условиям образования можно рассматривать три главные из них: дифферен- циацию магмы, ассимиляцию и гибридизацию. Дифференциация магмы – это разделение первичного относительно од- нородного расплава на различные по составу фракции. Дифференциация, кото- рая происходит в жидкой фазе (первоначальная дифференциация) до появления первых кристаллов – твёрдого вещества, называется ликвацией. Дифференциа- ция может происходить и в процессе кристаллизации магмы по мере выпадения из неё при кристаллизации твёрдой фазы с образованием остаточного расплава. Такая дифференциация магмы называется кристаллизационной. Кристаллиза- ционная дифференциация является главной причиной разнообразия магматиче- ских – горных пород, и происходит она под действием отжимания расплава от кристаллов тектоническими силами, а также под действием силы тяжести или гравитационного фракционирования. Процесс дифференциации состоит в по- следовательной кристаллизации минералов: сначала высокотемпературных (ту- гоплавких), затем – среднетемпературных и наконец – низкотемпературных (легкоплавких). В процессе дифференциации происходит расслоение интрузи- вов, при котором основность пород уменьшается снизу вверх. Ассимиляция – процесс полного расплавления и переработки магмой всех встреченных ею на своём пути, часто сильно раздробленных, горных пород, иногда высокотемпературная магма способна переплавить крупные блоки вме- щающих её горных пород. Переплавленные горные породы являются постав- щиками новых порций химических элементов в состав движущейся магмы, во вновь образованный расплав взамен выбывших из неё и уже вошедших в состав раскристаллизованного вещества. Эти дополнения становятся длительными и 105 непрерывными на определённом этапе магматического процесса, благодаря че- му из единого магматического очага образуются магматические породы с по- стоянно изменяющимся химическим и минеральным составом. В этом процессе наиболее полно и наглядно происходит постоянное изменение самой движу- щейся магмы, а образованные при этом массивы магматических горных пород отличаются зональностью и изменчивостью состава. Гибридизация – процесс неполной, в отличие от ассимиляции, переплавки магмой встреченных ею на пути движения горных пород. При этом происходит только оплавление краёв обломков или блоков вмещающих горных пород, а не переплавленная часть горной породы входит в состав новой породы, которая носит название гибридной. Она состоит из магматической горной породы с включениями оплавленных обломков или блоков метаморфических или магма- тических пород, образованных ранее (до текущего процесса магматизма), то есть чуждых этой магме образований. Оплавленные обломки представляют со- бой как бы механическую примесь в формирующейся магматической горной породе. Часто такие горные породы очень похожи на обломочные с подобием конгломератовой структуры, однако такое впечатление быстро рассеивается при внимательном осмотре гибрида. Имеющиеся в его составе обломки плавно, постепенно переходят в магматическую горную породу. Причиной неполного переплавления этих обломков является недостаточно высокая температура ос- тывающей магмы или большая величина самих обломков, не позволяющая им полностью расплавиться в таких условиях. Включения оплавленных инородных тел в гибридной магматической горной породе называются ксенолитами. |