Тема: Iнтрузивний магматизм та магматичні гірські породи.


План лекції: 

  1. Поняття про ендогенні процеси. 
  2. Інтрузивний магматизм і форми інтрузивних тіл. 
  3. Хімічний склад магми. 
  4. Характеристика магматичних порід. 
  5. Корисні копалини магматичного походження.


Поняття про ендогенні процеси. 

До ендогенних процесів відносяться ті, що відбуваються в надрах Землі (з грецької εγδογ - префікс, що означає знаходження всередині чогось): в земній корі, мантії і ядрі. 

Зароджуються ці процеси в результаті різних причин: від енергії радіоактивного розпаду; гравітаційної енергії мантійної речовини, що виникає в результаті руху до ядра важких речовин; впливу на Землю космічних тіл (в першу чергу Сонця і Місяця); ротаційної енергії. В результаті взаємодії усіх сил відбувається переміщення мас мантійної речовини і виникнення конвекційних течій; розтріскування і переміщення в різні боки частин земної кори (літосферних плит і блоків); внедріння в кору магми або виверження її на поверхню; утворення гірських систем і глибоких прогинів з підпорядкованими складчастими формами і блоками. В результаті прогинання земної кори опускаються на велику глибину гірські породи, які зазнають перетворень під впливом тиску, температури і хімічних реакцій. 

Від розрядки величезної напруги в земній корі і літосфері, що викликана внутрішньою енергією, виникають землетруси

Всі ці процеси і явища ми розглянемо в розділі "Ендогенні процеси", який включає кілька тем.


Інтрузивний магматизм. 

Безпосередньо від мантії беруть початок процеси, що відіграють вирішальну роль у формуванні земної кори і корисних копалин. Їх називають магматичними або магматизмом. 

Під        магматизмом        розуміють сукупність складних процесів, які проявляються у вигляді внедріння магми в земну кору або виверження її на поверхню. Грецькою мовою μαγμα означає “тістоподібна маса”. 

Магматизм розподіляється на інтрузивний (від лат. intrusio – вклинення, внедріння), та ефузивний (від лат. effusio – виливання, розтікання). Ефузивний магматизм частіше називають вулканізмом. 

Магматичні процеси відбувалися на протязі усієї історії формування земної кори (близько 4,6 млрд. років). Відбуваються вони і зараз, хоч і набагато менше ніж на початковій стадії. Тому магматичні породи мають значне поширення в земній корі і складають не тільки "базальтовий" та "гранітний" шари, а й вклинюються в осадочну оболонку у вигляді різних за формою і величиною інтрузивних тіл. 

За умовами формування інтрузивні тіла можна поділити на п’ять груп: 

  1. Гранітні масиви – в докембрійських складчастих комплексах. В їх утворенні основну роль відіграли процеси гранітизації. 
  2. Інтрузії батолітового типу, які утворюються переважно на великих глибинах в складчастих областях. 
  3. Інтрузивні тіла, які утворились на невеликій глибині (менше 1,5-2 км) і мають значно менші розміри. 
  4. Численні порівняно невеликі тіла, які генетично пов’язані з вулканічними процесами. Вони утворюються близько поверхні і тому їх часто можна побачити на поверхні Землі (в каналах, через які магма виливається на поверхню). 
  5. Тіла, що утворились у тріщинах гірських порід.


Форми інтрузивних тіл. 

Батоліти (від грец. βαθοσ  – глибина) – великі інтрузивні тіла, у яких площа поверхні більше 100 кв. км. Вони складаються переважно з гранітоїдів і залягають в ядрах гірських споруд, а тому витягнуті в напрямку їх простягання. На поверхню батоліти виходять після руйнування гірських споруд. Висота їх може бути від 3-4 до 10 км. Походження цих інтрузивних тіл до кінця не вияснено. Вони можуть виникати не тільки в результаті вклинення гранітного розплаву, а в першу чергу завдяки процесу гранітизації осадочно-метаморфічних порід (переробки порід глибинними магматичними процесами). 

Батоліти є на Уралі, в горах Середньої Азії, на Алтаї, в межах Українського кристалічного щита, в горах Північної та Південної Америки та в багатьох інших місцях. Довжина їх іноді досягає 500 км. 

Штоки (від нім. stock – стовбур) – інтрузивні тіла округлої (циліндричної) або витягнутої форми, у яких площа виходу на поверхню менше 100 кв. км. Штоки утворюють самостійні масиви і дуже схожі на батоліти, від яких вони часто відгалужуються. 

Лаколіти (від грец. λακκοσ – підземний камінь) – одиночні або групові утворення, які мають грибоподібну форму. В поперечному напрямі вони можуть досягати 3-6 км, а у висоту – до 1,5-3 км. Утворюються близько поверхні в складчастих шарах земної кори. Вклинення магми відбувається між підняті пласти, від чого вони ще більше підіймаються. Прикладами лаколітів можуть бути гора Аюдаг (з тюрськ. – Ведмідь-гора) в Криму, а також гори в околицях П’ятигорська. 

Бісмаліт (від грец. – корок)  це лаколіт з виступом на вершині "гриба". Він часто підіймає шари осадочних порід і схожий на шляпу.

Лополіти (від грец. λωροσ – чаша, блюдо) – чашеподібні тіла, які теж утворюються в складчастих шарах і залягають згідно до їх нашарування. Розміри лополітів досить різні - від невеликих до гігантських (наприклад, лополіт Бушвельда в Південній Африці, який має довжину 460, а ширину 250 км. Потужність порід цього лополіту більше 8 км. В ньому знаходиться велике родовище платини і платиноїдів має довжину близько 300 км.) 

Факоліти (від грец. φακοσ – сочевиця) – порівняно невеликі лінзовидні, безкореневі інтрузивні тіла, які утворюються в ядрах складок. Серповидні форми з каналом живлення називають гарполітами.

Магматичні діапіри (від грец. διαπειρω – протикаю) – грушевидної форми інтрузії, які розірвали шари порід і дуже їх зім’яли. Розміри таких тіл можуть бути від десятків метрів до кількох км. Хвостик "груші"  направлений вниз. 

Неки (від англ. neck – шия) – cтовпоподібні геологічні тіла, які утворилось від заповнення жерла вулканів продуктами власного виверження: лавою, агломератами, вулканічною брекчією, туфами. Форма їх у плані округла з діаметром – 1-1,5 км. В рельєфі неки  появляються після розмиву конусів вулканів. 

Дайки (від англ. dike, dyke – стіна) – це дійсно схожі на стіни форми інтрузій, які утворились в тріщинах земної кори. Розміри їх різні. На Алданському нагір’ї (Сибір) є дайка довжиною до 100 км і шириною до 250 м, а в Зімбабве (країна Південної Африки) відома "Велика Дайка", що має довжину до 560 км., а товщину від 3,2 до 12,3 км. В ній великі запаси хромових руд. Та все ж дайки мають розміри переважно до сотень або десятків  метрів у довжину і кілька метрів у ширину. Вони можуть траплятися групами (роями)  паралельно одна до другої або кулісоподібно у вигляді далеко витягнутих поясів. Нерідко дайки розташовані по колу. 

Сіли (від англ. sill – поріг) або пластові інтрузії – тіла, що утворились при вклиненні (ін’єкції) магми між паралельно залягаючі шари порід. Площа таких своєрідних інтрузивних покладів може бути дуже великою - до 10 000 кв. км, а потужність (товщина) – до 600 м. Вони частково складають відомі з школи трапи Сибірської платформи. 

Хоноліти (від грец. chonnevo – вилите) – інтрузивні тіла неправильної форми, які утворюються в результаті заповнення магмою порожнин в породах. Так як великих порожнин в земній корі не буває, то і тіла ці порівняно невеликі. 

Апофізи (від англ. apophises) – це невеликі відгалуження (язики") від магматичних тіл. 

Жили – теж геологічні тіла, що з`являються в надрах земної кори під час інтрузивного магматизму, коли тріщини заповнюються тільки мінеральною речовиною (а не магмою). Жили мають різну товщину і довжину (навіть до 200 км – як золоторудна в Каліфорнії, США). Відрізняються від дайок вони тим, що часто виповнені рудними мінералами. З ними пов’язані не тільки родовища золота, а й свинцево-цинкові, вольфрамові, ртутні та інші. 


Магматичні гірські породи. 

Магматичні гірські породи утворились при охолоджені природного силікатного розплаву – магми на різних глибинах в земній корі та на її поверхні. При затвердінні магма перетворюється переважно в щільну магматичну гірську породу. Попіл, що утворився при виверженні вулканів, утворює пухкий осадок, що тільки згодом затвердіває і перетворюється в туф. 

При вивченні магматичних порід звертають увагу на їх структуру і текстуру. 

Структура – це особливості взаєморозташування і взаємозв’язку мінералів у породі, що забезпечують її щільність. Вона може бути повнокристалічною, напівкристалічною і склоподібною. Серед кристалічних структур виділяють такі різновиди: порфірова, призматична, пориста, пегматитова, велико- (більше 5 мм), середньо– (5-2 мм) і дрібнозерниста (менше 2 мм) та афанітова (дуже дрібнозерниста). Виділяють також рівномірнозернисту і порфирову структури.  

Текстура –  загальний вигляд породи, що зумовлений поширенням мінералів, особливістю їх орієнтування, кольором та іншим. Текстура може бути масивною, смугастою, плямистою, флюїдальною і т.д. 

В залежності від глибини залягання і умов формування магматичні породи, як і сам магматизм, поділяються на глибинні, або інтрузивні, та вивержені, або ефузивні, яких ще називають вулканітами. 

Глибинні або інтрузивні породи утворюються в результаті затвердіння магми на глибині і мають добре виражену кристалічну будову.  Це кристалічно-зернисті породи. 

 В залежності від глибини утворення (затвердіння) їх поділяють на абісальні і гіпабісальні. Перші утворились на значних глибинах при високих температурах і тиску. Ці умови особливо сприятливі для кристалізації речовини. Гіпабісальні (або напівглибинні) породи утворились ближче до земної поверхні, де було більш активне виділення газових речовин і тепла. 

Вивержені (ефузивні)  породи утворюються на поверхні Землі. Тут з силікатного розплаву швидко відділяються газові суміші і тому магма при охолодженні переходить в породи, що мають склувату або прихованокристалічну структуру. Крім того, частина лави може бути викристалізовано лише до мікроскопічні кристалів, які називають мікролітами. Розповсюджені також порфирові різновиди структур, в якій на фоні скловидної маси  та мікролітів, виділяються добре виражені кристали. 

В результаті вибухової вулканічної діяльності утворюються значні нагромадження дрібних пірокластів, що після ущільнення переходять у шаруваті пухкі породи – туфи. Вони залягають на схилах та біля підніжжя вулканів, а іноді далеко від вулканічних апаратів – за сотні і навіть тисячі кілометрів. 

В процесі затвердіння магматичні породи скорочуються в об’ємі, розбиваються тріщинами на брили різної величини і форми. Таке явище називають окремістю. Для глибинних порід характерні брилова, плитоподібна чи матрацеподібна окремість; для вивержених – призматична, куляста, подушкоподібна, поліедрична.

Брилова окремість утворюється при розташуванні тріщин в трьох взаємно перпендикулярних напрямках. Горизонтальні тріщини формують плити, які при вивітрюванні округляються і набувають вигляду матраців. Ця окремість характерна для гранітів, призматична або стовпчаста – для базальтів, а також для деяких ліпаритів, куляста (еліпсоїдна)  для лави, що потрапила у водний басейн. Якщо кулі деформуються – утворюється   подушкоподібна окремість. Різнонаправлений розподіл тріщин утворює поліедричну окремість.

В основі класифікації магматичних гірських порід лежить їх хімічний та мінеральний склад. Хімічний склад дає уявлення про те, з яких елементів складається та чи інша порода і які їх кількісні співвідношення, а мінеральний відбиває характер природних сполук цих елементів. 

Основними компонентами порід є дев`ять петрогенних елементів: O, Si, Al, Fe, Mg, Ca, Na, K, H. 

Хімічний склад гірських порід виражають в формі процентного складу оксидів. Сума головних оксидів SiO2, Al2O3, Fe2O3, FeO, MgO, CaO, Na2O, K2O і H2O досягає приблизно 98%  маси всіх магматичних порід; сума TiO2, MnO, CO2 і P2O5 – близько 1,5%; сірки і хлору – близько 0,2%. Всі інші елементи таблиці Менделєєва становлять менше 0,3%. В природі не відомі магматичні породи, які мають менше 24% і більше 80% SiO2 (кремнезему). 

В залежності від вмісту головного оксиду SiО2 магматичні породи діляться на кислі  (більше 65% SiO2), середні (65-52%), основні (52-45%) й ультраосновні (менше 45%). В самостійну групу виділяються лужні породи, для яких характерна велика кількість лужних оксидів (більше 10-12%).

Серед головних породоутворюючих мінералів найбільш широко поширеними є польові шпати. Важливим для визначення порід є також кварц і нефелін. До другорядних мінералів (акцесорних) відносять пірит, флюорит, апатит, турмалін, циркон, сфен (титаніт). При руйнуванні магматичних порід акцесорні мінерали переходять в розсипища і там утворюють навіть промислові концентрації ільменіту, гранату, циркону, магнетиту, золота, платини та інших. 

З магматизмом пов`язано утворення значної кількості вторинних мінералів, які викристалізовуються після магматичних (пегматито-пневматоліто-гідротермальних) процесів. До них належить мусковіт, топаз, турмалін, серпентин та інші. 

Нижче подана коротка характеристика найбільш поширених магматичних порід. Детальніше про них розповідається у практикумах і спеціальній літературі.

Кислі породи. Сюди відносяться глибинні (абісальні) граніти і неглибинні (гіпабісальні) – граніти-порфири, апліти, а з ефузивних – ліпаріти, пемза, кварцовий порфир, обсидіан (вулканічне скло) 

Граніт (від лат. "ranym" – зерно) – повнокристалічна магматична (точніше ультраметаморфічна) порода з густиною 2,7. Серед порід цієї групи граніт найбільш розповсюджений. 

Мінеральний склад гранітів: кварц (близько 40%), калієвий польовий шпат (до 40%), кислий плагіоклаз (до 15%), біотит, мусковіт, часом рогова обманка, піроксен або олівін (в сумі 5-10%). Другорядні (акцесорні) мінерали: магнетит, апатит, циркон, сфен, гранат, пірит та ін. Колір світлий, білий, сірий, рожевий і червонуватий. Структура кристало-зерниста, рівномірнозерниста або порфировидна. Розрізняють велико-, середньо- і дрібнозернисті, а також порфировидні та пегматоїдні граніти. Всі вони об`єднуються назвою “гранітоїди”.

Форми залягання – батоліти, зустрічаються штоки, дайки, лаколіти. Окремість – плитчаста або матрацеподібна. 

В тісному зв’язку з гранітами знаходяться скупчення багатьох цінних рудних і нерудних корисних копалин. З ними пов’язані пегматитові, пневматолітові та гідротермальні жили, які дають родовища руд золота, свинцю, цинку, молібдену, олова, вольфраму, ртуті, рідкісних земель та ін. Сам граніт – чудовий будівельний матеріал. 

Граніт  порфир являє собою нерівномірнозернисту породу гранітного ряду з порфіровою структурою. Основна маса дрібнозерниста до прихованокристалічної і скловидної. За складом і кольором граніт-порфіри тотожні гранітам. 

Пегматит (від грец. πηγμα – скріплення, міцний зв`язок)  залягає в вигляді жил серед гранітів або по периферії великих гранітних тіл-батолітів. Він є одним із останніх вижимок застигаючих гранітоутворюючих мас. Колір білий, жовтуватий чи рожевий. В складі пегматиту переважають кварц і ортоклаз з біотитом і мусковітом (до 10%). З ним пов’язані коштовні камені (топаз, турмалін, берил), які містять фтор, бор, хлор, рідкісні землі та інші елементи. Структура гігантозерниста і великозерниста. Різновид – письмовий граніт – характеризується своєрідним взаємним проростанням кристалів ортоклазу і кварцу, які створюють вигляд древньоєврейського клинопису. 

Апліт (від грец. απλοοσ – простий, однорідний) – це світла гранітна порода, переважно рожевих, білих, жовтуватих та м’ясо-червоних кольорів. Складається майже цілком із польових шпатів (ортоклазу і мікрокліну) та кварцу. 

На відміну від пегматитів, апліт утворюється із розплавів, збіднених летючими компонентами. Залягає він у вигляді жил. 

Ліпарит(ріоліт). Назва походить від Ліпарських островів у Тіренському морі. В більшості випадків – це світла порода: світло-сіра, жовтувата, червонувата, біла або зеленувата. Іноді колір темно-сірий і навіть чорний. Вона щільна з нерівним сколом. Структура неповнокристалічна (афірова) без вкрапленників або порфірова. Порфірові виділення представлені кварцем, калієвим польовим шпатом, плагіоклазом. Біотит, рогова обманка і піроксен відіграють другорядну роль. Багато характерних ознак виявляється при вивчені породи під мікроскопом. Структура основної маси склоподібна. 

Текстури: однорідна, флюїдальна, смугаста, сферолітова. Найбільш типові форми залягання – потоки та куполи. 

Обсидіан (назва від імені римлянина Обсідуса, який привіз камінь з Ефіопії), ще називають вулканічним склом. Колір чорний, темно-сірий, бурий; текстури масивні або флюїдальні. В Закарпатті та Закавказзі (Вірменія) зустрічаються обсидіани з смугастою текстурою, де темні і світлі тонкі смуги часто чергуються між собою.  

Пемза (від лат. pumex – піна) утворена при затвердінні багатої газами і парами лави в умовах денної поверхні. Різке зниження тиску на поверхні Землі зумовлює кипіння лави і виділення з неї литких компонентів. В результаті утворюється легка, надзвичайно пориста склувата порода з об’ємною масою менше одиниці. 

Середні породи характерні відсутністю в них кварцу і більшим збагаченням темноколірних мінералів, від чого вони мають переважно сіре забарвлення. 

Діорит (від лат. dioriso – розрізнення) - порода середньозерниста або дрібнозерниста, повнокристалічна; складається переважно з плагіоклазу (до 70%) і рогової обманки (до 30%), від чого має темно-сіре забарвлення. Текстура масивна, зрідка плямиста. 

Сієніт (від назви давньоєгипетського міста Сієна, тепер Асуан) - порода світло-сіра і рожево-сіра, яка складена переважно польовим шпатом і плагіоклазом з домішкою кольорових мінералів: біотиту, рогової обманки і авгіту. Структура повнокристалічна, переважно середньозерниста і дрібнозерниста. Текстура масивна, зрідка смугаста. 

Андезит (назва від гір Анд у Пд. Америці) – cкладається з плагіоклазу, рогової обманки, біотиту, авгіту. В залежності від кольору переважаючих мінералів порода може бути світло-сірою, сірою, бурою, рожевою, чорною. Текстура масивна або пориста, нерідко смугаста. 

Оснóвні породи характеризуються темним, майже чорним кольором, що зумовлено великою кількістю темноколірних мінералів. Кварц і калієвий польовий шпат в них відсутні. Сюди відносяться інтрузивні і ефузивні породи. 

Габро (італ. gabbro означає “рівне”)  – це темна до чорної інтрузивна порода, яка складена переважно плагіоклазом і піроксеном з домішкою олівіну і рогової обманки. Структура її повнокристалічна, крупнозерниста, текстура масивна. 

Різновидність габро, яка складається майже цілком з великих кристалів лабрадору, що іризує красивим синім або зеленим кольором на площинах спайності, називається  лабрадоритом

Базальт (від лат. basaltes – пробний камінь) – сіра, темно-сіра або чорна неповнокристалічна порода, яка утворилась при виливі лави на поверхню і за мінеральним складом аналогічна породі габро. Характерна також значна кількість невикристалізованого вулканічного скла. Порода шорстка на дотик, має нерівний, скалкуватий злом, важка, нерідко з пористою текстурою, має стовпчасту і призматичну окремість. 

Діабаз (від грец. – перехідна) – темна, щільна і масивна порода, середньо-  і дрібнозерниста. Складається із плагіоклазу і авгіту, іноді з домішками олівіну, рогової обманки і магнетиту. Порода рівномірно-зерниста, порфировидна. Текстура масивна. Форма окремості – кулевидна і стовпчаста. 

Ультраоснóвні породи поширені в земній корі порівняно мало. До них належать дуніт, перидотит, піроксеніт та ін. 

Дуніт (назва від гір Дун у Новій Зеландії) – рівномірно-середньозерниста порода, яка майже повністю складається з олівіну. Колір жовто-зелений, оливково-зелений до темного, майже чорного. Текстура масивна. Утворюється при повільній викристалізації ультраосновних магм в глибинних умовах. 

Перідотит (найвірогіднішим від грец. – "пери" навколо і  "дати",  що можна зрозуміти як поширений навколо вулкана) –  темно-зелена, темно-бура, чорна, іноді жовтувато-зелена, дрібнозерниста або середньозерниста порода, яка складається переважно із олівіну і піроксену, з домішками магнетиту, рожевої обманки та ін. Текстура масивна. Утворюється при повільній кристалізації ультраосновних магм на великій глибині. 

Піроксеніт (від грец. – вогонь, ξεγοσ –чужий) мінералів, що складають породу – темна, зеленувато-сіра, часто чорна, велико- або середньозерниста, важка порода. Складається переважно із мінералів групи піроксену, з домішками олівіну, рогової обманки, біотиту, магнетиту, ільменіту та ін. Утворюється при повільному охолодженні ультраосновних магм на великій глибині. 

Кімберліт – порода, в якій знаходяться алмази. Назва – від місцевості Кімберлі в Південній Африці. Вона чисто ультраосновна, але має домішки тих порід, через які магма проникала в земну кору. Фактично – це брекчія, тобто порода, що складається з перемішаних і міцно спаяних магмою кристалічних порід. В кімберлітах є постійний супутник алмазів піроп – червона дорогоцінна різновидність гранату. Трапляються також ювелірної якості шпінель та хризоліт.

Лужні породи – це ті, які мають велику кількість мінералів з підвищеною кількістю K2O і Na2O і малою кількістю кремнію. До таких порід належать нефелінові сієніти, які, крім нефеліну, мають набір лужних польових шпатів: ортоклазу, мікроклину та альбіту. в них є також апатити, евдіаліти, титаніти та інші. Породи світло-сірого кольору, великозернисті.

Нефелінові сієніти, як правило, утворюють невеликі інтрузивні тіла і лише на Кольському півострові виникли цілі Хібінські гори лужних порід, з якими пов’язано велике родовище апатиту і нефеліну. Такі ж родовища є й на україні – в Приазовському кристалічному масиві.

Закінчуючи розповіді про магматичні породи, відзначимо, що для кожної з груп характерний свій набір корисних копалин Для кислих порід (в пегматитах) характерні дорогоцінні мінерали: топаз, берил, турмалін, а також різновидності кварцу, слюд, польових шпатів і т.д. (всього близько 100 мінералів). Для середніх порід характерні родовища заліза, золота, марганцю, міді, ільменіту, апатиту та ін. Для основних – титано-магнетиту, міді, залізних руд, золота та ін. Нарешті, з ультраосновними породами пов’язані родовища рідкісних металів, платини, алмазів, азбесту, руд нікелю, кобальту, ванадію, магнетиту  та ін. 

Таким чином, ми розібрались з одним із найважливіших геологічних процесів – інтрузивним магматизмом: формами інтрузивних тіл, структурою і текстурою магматичних порід, класифікацією магматичних порід за кількістю в них кремнезему. Крім того, ознайомились з найбільш поширеними магматичними породами та корисними копалинами, що утворюються в процесі магматизму.


Ефузивний магматизм (вулканізм) та ефузивні гірські породи          Зміст