5. Магматизм

Тема:
Магматизм
Определения:
Магматизм – эндогенный геологический процесс, связанный с зарождением
в недрах Земли магматического расплава (магмы), его перемещением и, в конечном итоге, охлаждением и затвердеванием как внутри земной коры, так и на поверхности Земли с образованием магматических горных пород.
Магма – огненно-жидкий преимущественно силикатный расплав, зарождающийся в силу различных причин в земной коре или верхней мантии (содержание
SiO2 в пределах 35-75%).
Лава – магматический расплав, вытекающий или выжимающийся на поверхность и потерявший часть летучих компонентов (дегазировавшийся).
Структура горной породы – особенности строения горной породы, обусловленные степенью кристалличности, абсолютными и относительными размерами зерен, особенностью их срастания между собой.
Текстура горной породы – особенности сложения горной породы, особенности заполнения пространства минеральным веществом.
О причинах зарождения магматического расплава в недрах земной коры мы
поговорим на лекциях, посвященных тектоническим движениям и геотектоническим гипотезам.
Основные геологические документы магматического процесса – это магматические горные породы и магматические тела.
Классификации магматических горных пород
Вязкость магмы
1. По химическому составу (Левинсон-Лессинг)
- кислые МГП: содержание SiO2 65-75%
- средние МГП: содержание SiO2 52-65%
- основные МГП: содержание SiO2 40-52%
- ультраосновные МГП: содержание SiO2 менее 40%
- щелочные МГП: средние породы с повышенным содержанием щелочей
(Na и К)
2. По глубине образования (М.А.Усов)
- эффузивные (вулканические) – излившиеся на поверхность
- гипабиссальные – малоглубинные
- интрузивные – при кристаллизации магмы на больших глубинах
Отнесение пород к той или иной группе определяется по их структурнотекстурным особенностям. Тем не менее, этого недостаточно. Всегда надо проводить детальный осмотр места отбора образцов.
Структуры и текстуры магматических горных пород в зависимости от
глубины их образования
Интрузивные
Структуры
Текстуры
Гипабиссальные
Эффузивные
Мелкозернистая
Среднезернистая
Крупнозернистая
Крупнозернистая Стекловатая
Среднезернистая
Гигантозернистая Порфировая
Равномернозернистая
Графическая
Порфировидная
Массивная
Пористая
Массивная
Массивная
Флюидальная
Миндалекаменная
3. По минеральному составу (А.Н.Заварицкий)
-
группа гранита - риолита
группа диорита - андезита
группа габбро - базальта
группа перидотита - пикрита
группа сиенита - трахита
Наиболее распространенные породообразующие минералы МГП: кварц, полевые шпаты (КПШ и плагиоклазы), слюды (биотит и мусковит), пироксены, амфиболы (роговая обманка), оливин.
Все три классификации в настоящее время являются рабочими и дополняют
друг друга.
Детальное изучение магматических горных пород, их структурно-текстурных
особенностей состоится на лабораторных занятиях.
Виды магматизма по глубине проявления
1. Поверхностный (эффузивный). Вулканизм – проявляется при излиянии
магмы в виде лавы на поверхность Земли.
2. Малоглубинный (гипабиссальный, дайковый) – обычно на глубинах 0-1.5
км.
3. Глубинный (абиссальный, интрузивный) – на глубинах свыше 1 км
Вулканизм
Строение вулканического аппарата
1.
2.
3.
4.
5.
6.
магматический очаг
промежуточный магматический очаг
подводящий канал
жерло
кратер
вулканический конус
Кратер вулкана
Зачастую по окончанию извержения лавы под тяжестью сформировавшихся
эффузивных пород происходит обрушение вулканического аппарата с образованием кальдеры.
Вулканические конусы
Кальдера
Типы вулканических аппаратов
- площадные – появление магматических расплавов на поверхности Земли в
связи со становлением крупных интрузивных тел (разогрев поверхности).
- трещинные или линейные – подъем и излияние магмы происходит по трещине. Как правило, это серия вулканов, приуроченных к одной линейной
структуре (вулканы Исландии, вулканы срединно-океанических хребтов).
- центрального типа:
- стратовулканы – вулканический конус сложен чередующимися слоями лавы и пирокластического материала
- насыпные – вулканический конус сложен только пирокластическим материалом
- лавовые – вулканический конус сложен только слоями лавы
- щитовые – когда лавовые поля достигают огромных размеров вокруг центра излияния
В настоящее время распространены вулканические аппараты трещинного и
центрального типа. Площадные вулканы были распространены в архейское и
протерозойское время.
Различают вулканы:
- действующие – если имеется хоть одно свидетельство активности вулкана в
течение исторического времени (документально засвидетельствовано).
- потухшие – если нет таковых свидетельств
Продукты вулканических извержений
-
вулканический пепел
вулканический песок (обломки меньше 2 мм)
Пирокластический
лапилли (обломки меньше 7 см)
материал
вулканические бомбы (обломки более 7 см)
вулканическая лава
фумаролы – выходы на поверхность горячих (до 10000С) газов
сера и др.
0
мофеты - выходы на поверхность «холодных» (до 100 С) газов
минералы
гейзеры – периодически фонтанирующие термальные источники
термальные источники
- минерализованные
кремнистые и известковистые туфы
- пресные
(травертины)
-
туфы
игнимбриты – спекшиеся породы
пемза
Вулканическая
бомба, вул. Толбачик, Камчатка
При извержении подводных вулканов формируются так называемые подушечные лавы. Поствулканические гидротермальные процессы проявляются в
подводных условиях в виде черных и белых курильщиков.
Часто вулканические извержения носят катастрофический характер, сопровождаются гибелью людей, городов, изменением рельефа, погодными и даже
климатическими отклонениями.
Тем не менее, бывают курьезные случаи даже во время катастрофических извержений. Так 5-8 мая 1902 г. при извержении вулкана Мон-Пеле на острове Мартиника (Малые Антильские острова, Карибское море) был уничтожен город СенПьера (30 тыс. человек). При взрыве образовалось раскаленное газово-пылевое
облако (температура до 10000С), которое со скоростью 150 км/час обрушилось на
город. В живых остался только один человек, который в момент извержения сидел в подвале тюрьмы, а окно его камеры было обращено в сторону, противоположную от вулкана.
Характер вулканических извержений
- эффузии – излияния жидкой лавы
- экструзии – выдавливание вязкой лавы
- эксплозии – вулканические взрывы, выбросы пепла и т.п.
Характер извержений зависит от свойств магматического расплава: состава,
температуры, содержания летучих веществ.
Например, лавы кислого состава – вязкие, извержения сопровождаются многочисленными взрывами; лавы основного состава – жидкие, извержения более
спокойные.
Типы вулканических извержений
-
гавайский –
стромболианский –
вулканский –
пелейский –
плинианский (везувианский) –
самостоятельно
Предвестники вулканизма
1.
2.
3.
4.
Землетрясения
Изменение наклона земной поверхности около вулкана
Изменения параметров магнитного поля
Изменение состава газов фумарольных выделений
Области распространения вулканизма
При анализе карты видно, что основные области вулканизма – островодужные системы, горные окраинно-континентальные системы, системы срединноокеанических хребтов и отдельные области внутри континентальных и океанических плит. Мы вернемся к этому вопросу при рассмотрении геотектонических гипотез.
Интрузивный магматизм
Сразу следует сказать, что процесс внедрения и застывания магматического
расплава происходит на значительной глубине. И если объем поступившего материала значительный, то охватывает длительный интервал времени (до нескольких
миллионов лет). Поэтому расплав успевает полностью раскристаллизоваться, и
сформировавшиеся при этом горные породы характеризуются полнокристаллическими и зернистыми структурами.
Стадии интрузивного магматизма
1. Внедрение магматического расплава
2. Остывание, кристаллизация и растрескивание интрузивного тела (трещины
контракции). При остывании, как известно, тела уменьшаются в объеме и
трескаются.
3. Дайковая стадия. При остывании исходного силикатного расплава формируются остаточные силикатные расплавы, характеризующиеся более низкой
температурой остывания, чем породы, слагающие основное интрузивное
тело. Остаточные силикатные расплавы «залечивают» образовавшиеся контракционные трещины.
4. Жильная (гидротермальная) стадия. При полном остывании внедрившегося магматического расплава все равно длительное время происходит циркуляция поступивших вместе с магмой ювенильных (глубинных, мантийных) вод, которые насыщены газовыми составляющими и часто являются
сильно минерализованными. Как правило, гидротермальные растворы концентрируются в верхней или во внутренней части интрузивных тел. При их
кристаллизации формируются жилы, прожилки и прожилковые зоны (штокверки) (кварцевые, кальцитовые и др.), часто сопровождающиеся рудной
минерализацией. Либо образуются зоны гидротермальной проработки (автометасоматические и метасоматические породы).
Вмещающие интрузивные тела
отложения обычно также подвергаются нагреву и изменениям. Они
окружены
ореолом
контактовоизмененных пород. Мощность зон
таких изменений может достигать
многих сотен метров.
Естественно, что при выветривании происходят разрушительные
процессы, которые позволяют глубинным интрузивным телам оказаться на дневной поверхности.
Форма интрузивных тел
Батолит – крупное интрузивное тело, площадь выхода на поверхность более
100 км2. Считалось, что батолиты «бездонны», однако геофизическими методами
доказано, что они обладают «мощностью» в первые километры. Обычно сложены
гранитами. Формируются в результате магматического замещения вмещающих
пород (гранитизация).
Шток – небольшие интрузивные тела изометричной формы, площадь выхода
на поверхность Земли менее 100 км2. Нередко штоки оказываются частями батолитов. Сложены разными породами.
Лакколит – имеет в разрезе форму гриба. Сложены разными породами.
Лополит – чашеобразное интрузивное тело.
Силл – послойная интрузия, залегающая среди слоев осадочных горных пород параллельно их напластованию. При этом осадочные слои не деформируются,
а лишь перемещаются по вертикали. Обычно сложены породами основного состава.
Дайка – плитообразное, секущее тело, длина которого во много раз больше
мощности. Внедряются по ослабленным зонам земной коры – трещинам и разломам в условиях тектонического растяжения.
Некк – это подводящий канал вулканического аппарата.
О многообразии магматических горных пород
Весь объем магмы непрерывно эволюционирует. Следует различать первичные и вторичные магмы. Первые возникают на разных глубинах земной коры и
верхней мантии и, как правило, имеют однородный состав. Однако, продвигаясь в
верхние этажи земной коры, где термодинамические условия иные, первичные
магмы изменяют свой состав, превращаясь во вторичные и образуя разные магматические серии.
Магматическая дифференциация – совокупность процессов, приводящих к
возникновению из магмы разных по минеральному составу горных пород или пород с разными минеральными соотношениями.
Ликвация – разделение магматического расплава на две несмешивающиеся
между собой жидкие фазы – обычно силикатный и сульфидный.
Гравитационная дифференциация – разделение неоднородного магматического расплава под влиянием гравитации. Сформировавшиеся более тяжелые минералы оседают быстрее, чем легкие, образуя обогащенные ими участки.
Кристаллизационная дифференциация - разделение неоднородного магматического расплава в результате охлаждения. У минералов различная температура
образования. Более тугоплавкие кристаллизуются раньше.
Ассимиляция – растворение магмой вмещающих пород с образованием гибридных разновидностей. Здесь имеют место процессы уплотнения, дегидратации, растворения, перекристаллизации и т.п.
Определение последовательности внедрения магматических тел
Очень часто наблюдается пространственное совмещение разных по времени
образования магматических тел. Чтобы определить последовательность их образования проводится очень тщательное изучение взаимоотношений их геологических границ (контактов). Цель изучения – определить, кто кого прорывает.
Связь магматизма с полезными ископаемыми
С процессами ликвации связывают формирование медно-никелевых месторождений (Норильского типа), платиноидов.
С процессами дифференциации (кристаллизационной и гравитационной) –
месторождения железа, хрома, титана.
С постмагматическими гидротермальными процессами – самые разнообразные МПИ – цветных, черных и благородных металлов, серы, драгоценных
камней и др.
С подводными гидротермальными процессами типа «черные курильщики» месторождения колчеданных руд – меди, свинца, цинка.