Горные породы

Ключевые слова: Породообразующие минералы. Акцессорные минералы. Валовой химический состав горных пород. Структуры и текстуры горных пород. Магматиты. Осадочные породы. Метаморфические породы. Связи минеральных зерен в горных породах.

Горные породы - природные агрегаты минералов или органического вещества, образующие крупные геологические тела, слагающие литосферу Земли, твердые оболочки планет земной группы и Луны. Науки, изучающие горные породы – петрология, литология, петрофизика.

Горные породы могут состоять из одного или из нескольких минералов и более неоднородны, чем минералы. Из общего числа минералов лишь 150 являются породообразующими, причем главными следует считать всего 10. До 60 минералов слагают 99% горных пород. Минералы характерные для данного типа пород, но доля которых в объеме породы не превышает 2%, называются акцессорными. В природе сочетания минералов определяются физико-химическими процессами породообразования и геохимическими законами распространения литофильных элементов. Валовой химический состав горных пород характеризуется массовой долей наиболее распространенных (главных) оксидов: SiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃, FeO, CaO, MgO, Na₂O, K₂O, H₂O и Р₂O₅.

Горные породы различаются генезисом, составом, особенностями строения, включающими понятия структура и текстура.[1]

Структура горных пород – характеристика, отражающая генезис и преобразования горных пород, выраженные через размер и форму минеральных зерен. Для магматических и метаморфических пород структуры определяются степенью кристаллизации (ясно- и скрытокристаллическая, стекловатая и др.), размерами (крупно-, средне- и мелкозернистая), а также формой зерен, способом сочетания их между собой и с нераскристаллизованной связующей массой.

Структуры осадочных пород зависят от состава первичного осадка, динамики среды осадконакопления, величины и формы минеральных частиц, взаимного расположения, соотношения и особенностей физических связей между ними. Примеры наименований структур осадочных пород: тонко-, мелко-, средне- и крупнозернистые; рыхлые и сцементированные.

Текстурагорных пород – характеристика упорядоченности в расположении минеральных зерен в породе. Примеры названий текстур пород: массивная (неупорядоченная), слоистая (полосчатая), флюидальная, пористая.

Состав, строение, свойства, состояние и условия залегания горных пород определяются ходом геологических процессов, приводящих к их образованию и изменению. Обычно выделяют три генетических класса горных пород: осадочные, магматические и метаморфические, а также переходные группы. Магматические и метаморфические породы слагают соответственно примерно 50 и 40% объема земной коры, осадочные менее 10% (занимая около 75% поверхности Земли).

Магматические (изверженные) породы, магматиты[2] - естественные ассоциации минеральных зерен, образовавшиеся в условиях высоких температур и давлений часто из расплава (магмы), на глубинах не доступных для непосредственного наблюдения. Наиболее распространены силикатные магматические породы, в минеральном составе которых преобладают силикаты, алюмосиликаты и вулканическое стекло[3]. Кроме силикатной могут возникать карбонатные, сульфидные и др. магмы.

Главные породообразующие минералы силикатных магматитов - полевые шпаты, слюды, пироксены, часто кварц и др. Содержание главных оксидов в силикатных магматических породах меняется в широких пределах. По содержанию кремнезема по массе силикатные магматиты делят на группы: кислые (SiO₂>64%), средние (SiO₂ 53÷64%), основные (SiO₂ 44÷53%), и ультраосновные (25÷44% SiO₂). При содержании SiO₂>53% в магматической породе присутствует свободный кварц. В кислых породах содержание кварца превышает 10% по объему. Содержание кремнезема коррелирует с количеством цветных (темных) минералов и плотностью породы. Насыщенные кремнеземом магматиты светлые (лейкократовые) и легкие (средняя плотность 2,65; содержание Fe₂O₃, FeO и MgO незначительно). Основные и ультраосновные магматиты темные (меланократовые), имеют плотность >2,9, в их составе существенную роль играют Fe₂O₃, FeO, MgO. В каждой группе магматитов выделяют породы нормального (K₂О+Na₂О<Al₂O₃) и щелочного ряда (K₂О+Na₂О>Al₂O₃).

Cодержание главных оксидов коррелирует с содержанием элементов примесей. С кислыми магматитами связаны руды олова, вольфрама, золота и т.д.; с основными породами - руды меди и т.д.; с ультраосновными - руды хрома, никеля, платина и т.д.; с щелочными магматитами - руды титана, циркония, редких земель, апатиты и т. д. Магматические породы могут использоваться как минеральное сырье в цветной металлургии и химической промышленности (например, для получения алюминия и соды из нефелиновых сиенитов[4]); как строительные материалы и как скальные основания зданий и сооружений. Систематика магматитов основана на их составе и строении.

При медленном застывании магмы и при метасоматозе[5] на глубинах более 3 км образуются полнокристаллические крупно- и среднезернистые (средний размер зерен >10 мм и 1÷10 мм соответственно) массивные интрузивные породы, чаще всего слагающие секущие по отношению к вмещающей толще (дайки) и послойные (силлы) тела. Структура интрузивных пород может быть, как равномерно-, так и неравномернозернистой. Структура магматитов, при которой отдельные более крупные, идиоморфные минеральные зерна окружены относительно равномернозернистой массой называется порфировидной. Пегматитовая структура характеризуется массовостью крупных минеральных индивидов или тесным взаимным прорастанием кварца и полевого шпата, возникающим при их одновременной кристаллизации. Полевой шпат в этом случае образует крупные кристаллы, а кварц — одинаково ориентированные многочисленные выделения в нем.

Из магмы, застывшей относительно быстро на глубине менее 1 км, или излившейся на земную поверхность, образуются эффузивные породы, залегающие в виде потоков и покровов. Эффузивные породы могут иметь текстуру со следами течения и состоят из вулканического стекла или скрытозернистой общей массы, часто включающей отдельные более крупные минеральные зерна. Минеральный состав основой массы эффузивных пород макроскопически не различим. В термодинамических условиях земной коры на глубинах 1÷3 км из магмы возникают гипабиссальные породы, по строению занимающие промежуточное положение между интрузивными и эффузивными породами.

Описано более 1000 магматических пород. Характерные признаки наиболее распространенных силикатных магматитов приведены в приведены в таблице 7, множество магматитов, не указанных в таблице, являются переходными между породами смежных классов.

Отнесение ряда горных пород к магматитам дискуссионно. Например, к магматитам отнесен кимберлит - брекчиевидная горная порода, состоящая из обломков ультраосновных и основных пород, иногда гранитов, кристаллических сланцев, песчаников и др., включенных в мелкозернистую массу серпентин-карбонатного состава. Возможность существования исходной кимберлитовой магмы не доказана.

Несиликатные магматические породы встречаются редко, залегают совместно с основными и щелочными магматитами, часто образуя залежи полезных ископаемых. Наибольшее значение имеют

Таблица 7