Вулканы и вулканические породы

Размещено на http://www.Allbest.Ru/

Размещено на http://www.Allbest.Ru/

Размещено на http://www.Allbest.Ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

Астраханский государственный университет

Геолого-географический факультет

Кафедра промысловой геологии, гидрогеологии и геохимии горючих ископаемых

Направление подготовки: 05.03.01 Геология. Бакалавриат

Профиль: Геология и геохимия горючих ископаемых

Курсовая работа

по дисциплине «Петрография»

Тема:

Вулканы и вулканические породы

Студентка Набиева В.В.

Научный руководитель:

к.г.н., доцент Головачёв И.В.

Астрахань 2018



Содержание

Введение

Глава 1. Вулканы. Общие сведения

Глава 2. География вулканов

Глава 3. Строение вулканов

Глава 4. Типы вулканов

Глава 5. Типы лавы

Глава 6. Вулканические породы

6.1 Форма залегания эффузивных пород

6.2 Химический и минеральный состав вулканических пород

Глава 7. Структурно-текстурные особенности вулканических пород

7.1 Структура вулканических пород

7.2 Текстура вулканических пород

Глава 8. Примеры вулканических пород. Обсидиан

8.1 Общая характеристика породы

8.2 Свойства породы

Заключение

Список источников



Введение

В данной научной работе мы будем рассматривать вулканы проведем полный анализ данного геологического строения полностью разобрав его по всем известным нам классификациям, а так же опишем породы являющиеся результатом вулканизма и так же классифицируем их.

На сегодняшний день актуальность данной темы приобрела новые аспекты. Говоря о вулканах можно отметить что учёные всегда стремились к их изучению, так как миру известно большое количество несчастных случаев связанных с его действием. Поэтому дальнейшее изучение данного объекта может привести к накоплению определённой информации способной прогнозировать этот пока что непредсказуемый процесс называемый -извержением вулканов. Не менее значимыми для нас являются продукты вулканической деятельности к которым относятся горные породы нашедшие применение в строительной деятельности и изучение которых с последующим выявлением новых свойств не менее актуально.

Степень изученности данного вопроса на сегодняшнее время невелика, это касается именно вулканов. Так как из-за опасных для человеческой жизни условий создается невозможность нужного для изучения приближения к объекту. Изученность же вулканических пород довольно хороша и на основе данного материала позволяет делать некоторые теоретические заключения в пользу изучения вулканов.

В нашем случае предметом исследования станут вулканы, их деятельность, а так же вулканические породы.

Целью работы станет изучение данного объекта с целью рассмотрения новых свойств и нахождения применения вулканических пород в производственной сфере.

Задачи, которые нам следует решить в данной исследовательской работе таковы:

- изучить строение вулканов

- рассмотреть какие типы данного геологического объекта принято выделять

- рассмотреть породы вулканического происхождения

- привести пример такой породы выяснив, как и где она применяется



Глава 1. Вулканы. Общие сведения

Говоря о вулканах, нужно отметить, что это конусообразные или куполовидные возвышения над каналами, трубками взрыва и трещинами в земной коре, по которым извергаются из недр газообразные продукты, лава, пепел, обломки горных пород. Проявления вулканизма представляют собой один из наиболее характерных и важных геологических процессов, имеющих огромное значение в истории развития и формирования земной коры. Ни одна область на Земле, будь то континент или океаническая впадина, складчатая область или платформа не сформировалась без участия вулканизма. Высокая практическая значимость этих явлений обусловило выбор темы курсовой работы.

На Земле около 600 действующих вулканов. Самые высокие из них находятся в Эквадоре (Котопахи - 5896 и Сангай - 5410 метров) и в Мексике (Попокатепетль - 5452 метра). В России находится четвертый в мире по высоте вулкан - это Ключевская Сопка высотой 4750 метров. Одно катастрофическое извержение случилось 8 мая 1902 года на острове Мартиника в Карибском море. За день до этого на соседнем острове проснулся вулкан Суфриер, погибло 2 тысячи человек. Жители городка Сен-Пьер на Мартинике не услышали в этом угрозы для себя - эвакуировались только две тысячи человек. А утром следующего дня три взрыва обрушили на городок раскалённую лаву и пепел. Город полностью сгорел, погибло 30 тысяч человек, горн. породы, образующиеся в результате вулканических извержений.

Именно во избежание таких потерь, как человеческих, так и финансовых мы должны изучить механизмы извержения полностью рассмотрев все факторы извержений и породы которыми сложен данный геологический объект.

В Тирренском море в группе Липарских островов есть небольшой остров Вулькано. Древние римляне считали этот остров входом в ад, а также владением бога огня и кузнечного ремесла Вулкана. По имени этого острова огнедышащие горы впоследствии стали называть вулканами. Извержение вулкана может продолжаться несколько дней и даже месяцев. После сильного извержения вулкан снова приходит в состояние покоя на несколько лет и даже десятилетий. Такие вулканы называются действующими. Есть вулканы, которые извергались в давно прошедшие времена. Некоторые из них сохранили форму красивого конуса. Об их деятельности у людей не сохранилось никаких сведений. Их называют потухшими. В древних вулканических областях встречаются глубоко разрушенные и размытые вулканы. Если подняться на вершину действующего вулкана во время его спокойного состояния, то можно увидеть кратер (по-гречески большая чаша) глубокую впадину с обрывистыми стенками, похожую на гигантскую чашу. Дно кратера покрыто обломками крупных и мелких камней, а из трещин на дне и стенах кратера поднимаются струи и газы пара.

Иногда они спокойно выходят из под камней и щелей, а иногда вырываются бурно со свистом и шипением. Кратер наполняют удушливые газы; поднимаясь вверх, они образуют облачко на вершине вулкана. Месяцы и годы вулкан может спокойно куриться, пока не произойдет извержение. Этому событию часто предшествует землетрясение; слышится подземный гул, усиливается выделение паров и газов, сгущаются облака над вершиной вулкана. Потом под давлением газов, вырывающихся из недр земли, дно кратера взрывается. На тысячи метров выбрасываются густые черные тучи газов и паров воды, смешенных с пеплом, погружая во мрак окрестность.

Одновременно со взрывом из кратера летят куски раскаленных камней, образуя гигантские снопы искр. Из черных, густых туч на землю сыплется пепел, иногда выпадают ливневые дожди, образуя потоки грязи, скатывающейся по склонам и заливающие окрестности. Блеск молний непрерывно прорезывает мрак. Вулкан грохочет и дрожит, а по жерлу его поднимется раскаленная лава. Она бурлит, переливается через край кратера и устремляется огненным потоком по склонам вулкана, уничтожая все на своем пути. При некоторых вулканических извержениях лава не изливается. Извержение вулканов происходит также на дне морей и океанов. Об этом узнают мореплаватели, когда внезапно видят столб пара над водой или плавающую на поверхности “каменную пену” пемзу. Иногда суда наталкиваются на неожиданно проявившиеся мели, образованные новыми вулканами на дне моря. Со временем эти мели изверженной массы размываются морскими волнами и бесследно исчезают. Некоторые подводные вулканы образуют конусы, выступающие над поверхностью воды в виде островов. В древности люди не умели объяснить причины извержения вулканов. Поэтому это грозное явление природы повергало человека в ужас.



Глава 2. География вулканов

В настоящее время на земном шаре выявлено свыше 4 тыс. вулканов. К действующим относят вулканы, извергающиеся и проявляющие сольфатарную активность (выделение горячих газов и воды) за последние 3500 лет исторического периода. На 1980 год их насчитывали 947. К потенциально действующим относятся голоценовые вулканы, извергающиеся 3500-13500 лет назад. Их примерно 1343 шт. К условно потухшим вулканам относят не проявляющими активности в голоцене, но сохранившие свои внешние формы (возрастом моложе 100тыс. лет).

Потухшие - вулканы существенно переработанные эрозией, полуразрушенные, не проявляющие активности в течении последних 100тыс. лет. Современные вулканы известны во всех крупных геолого-структурных элементах и геологических районах Земли. Однако распределены они неравномерно.

Подавляющее большинство вулканов расположено в экваториальной тропической и умеренной областях. В полярных областях, за Северным и Южным полярными кругами, отмечены чрезвычайно редкие участки относительно слабой вулканической активности, обычно ограничивающиеся выделением газов. Наблюдается прямая зависимость между их количеством, и тектонической активностью района: наибольшее количество действующих вулканов в расчете, на единицу площади, приходится на островные дуги (Камчатка, Курильские острова, Индонезия) и другие горные сооружения (Южная и Северная Америка). Здесь сосредоточены также наиболее активные вулканы мира, характеризующиеся наибольшей частотой извержения.

Наименьшая плотность вулканов характерна для океанов и континентальных платформ; здесь они связаны с рифтовыми зонами - узкими и протяженными областями расколов и просадки земной коры (Восточно-Африканская рифтовая система), Срединно-Атлантический хребет. Установлено, что вулканы приурочены к тектонически-активным поясам, где происходит большинство землетрясений. Области развития вулканов характеризуются сравнительно большой раздробленностью литосферы, аномально высоким тепловым потоком (в 3-4 раза больше фоновых значений), повышенными магнитными аномалиями, возрастанием теплопроводности горных пород с глубиной.

Вулканы, расположенные на суше, хорошо изучены; для них точно определены даты прошлых извержений, известен характер вылившихся продуктов. Однако большая часть активных вулканических проявлений, по-видимому, происходит в морях и океанах, покрывающих более двух третей поверхности планеты. Изучение этих вулканов и продуктов их извержений затруднены, хотя при мощном извержении этих продуктов может оказаться так много, что сформированный ими вулканический конус показывается из воды, образуя новый остров. Так, например, в Атлантическом океане, южнее Исландии, 14 ноября 1963 г., рыбаки заметили поднимающиеся над поверхностью океана клубы дыма, а также вылетающие из-под воды камни. Через 10 дней на месте извержения уже образовался остров длиной около 900 м, шириной до 650 м и высотой до 100 м, получивший название Суртсей. Извержение продолжалось более полутора лет и завершилось лишь весной 1965 г., образовав новый вулканический остров площадью 2, км 2 и высотой 169 м над уровнем моря. Геологические исследования островов показывают, что многие из них имеют вулканическое происхождение. При частой повторяемости извержений, их большой продолжительности и обилии выделяемых продуктов могут создаваться весьма внушительные сооружения. Так, цепочка Гавайских островов вулканического происхождения представляет собой систему конусов высотой 9, 0-9, 5 км (относительно дна Тихого океана), т.е. превышающей высоту Эвереста!



Глава 3. Строение вулкана

Рис. 1. Строение вулкана [9]

Магма (расплавленная огненно-жидкая масса преимущественно силикатного состава) - возникает в земной коре или верхней мантии.

Жерло вулкана-канал по которому магма поднимается к кратеру

Кратер-углубление в виде чаши или воронки, образовавшееся на вершине или склоне вулкана в результате его активной деятельности.

Диаметр кратера может быть от десятков метров до нескольких километров, глубин от десятков до нескольких сотен метров.

Лава - раскалённая, огненно-жидкая или очень вязкая силикатная масса, изливающаяся на земную поверхность при извержении вулканов.

Вулканический пепел и газы - мелкие брызги магмы, с силой выбрасываемые из жерла вулкана застывая образуют пепел и газы на 95-98% состоят из воды, а так же из различных примесей, пыли, хлопьев вулканического пепла.

Корни вулкана, т.е. его первичный магматический очаг располагается на глубине 60-100 км в астеносферном слое.

В земной коре на глубине 20-30 км находится вторичный магматический очаг, который непосредственно и питает вулкан через жерло.

Конус вулкана сложен продуктами его извержения. На вершине располагается кратер - чашеобразное углубление, которое иногда заполняется водой.

Диаметры кратеров могут быть различны, например у Ключевской сопки - 675 м, а у известного вулкана Везувий, погубившего Помпею - 568 м. После извержения кратер разрушается и образуется впадина с вертикальными стенками-кальдеры. Диаметр некоторых кальдер достигает многих километров, например кальдера вулкана Аниакчан на Аляске равна 10 км.

Иногда на склонах вулканов возникают паразитические, или побочные кратеры, через жерло которых также может извергаться определенное количество лавы.



Глава 4. Типы вулканов

- Гавайский тип вулканов. У этих вулканов не наблюдается значительного выделения паров и газов, лава у них жидкая.

- Стромболийский тип вулканов. У этих вулканов лава тоже жидкая, однако они выделяют много паров и газов, но пепла не выделяют; при остывании лава становится волнистой.

- Вулканы типа Везувия характеризуются более вязкой лавой, обильно выделяются пары, газы, вулканический пепел и другие твердые продукты извержения. При остывании лава становится глыбистой.

- Пелейский тип вулканов. Очень вязкая лава обусловливает сильные взрывы с выбросом раскаленных газов, пепла и других продуктов в виде палящих туч, все уничтожающих на своем пути, и др.

Гавайский тип вулканов

Вулканы гавайского типа спокойно и обильно изливают во время извержения одну только жидкую лаву. Таковы вулканы Гавайских островов.

Рис. 2. Вулкан Килауэа [9]

Гавайские вулканы, подножия которых лежат на дне океана, на глубине приблизительно 4600 метров, произошли, несомненно, в результате мощных подводных извержений. О силе этих извержений можно судить по тому, что абсолютная высота потухшего вулкана Мауна-Кеа (т.е. «белая гора») достигает со дна океана 8828 метров (относительная высота вулкана 4228 метров). Наибольшей известностью пользуются - Мауна-Лоа, иначе «высокая гора» (4168 метров), и Килауэа (1231 метр).

У Килауэа огромный кратер - 5,6 километра длины и 2 километра ширины. На дне его, на глубине 300 метров, лежит бурлящее лавовое озеро. Во время извержений на нем образуются мощные лавовые фонтаны высотой до 280 метров, при поперечнике приблизительно в 30 метров.

Капельки жидкой лавы, выброшенные на такую высоту вытягиваются в воздухе в тонкие нити, называемые коренным населением «волосами Пеле» - богини огня древних жителей Гавайских островов. Потоки лавы при извержении Килауэа достигали иногда огромной величины-до 60 километров длины, 25 километров ширины и 10 метров мощности.[4]

Стромболийский тип вулканов

Стромболийский тип вулкановвыделяющие в основном только газообразные продукты. Например, вулкан Стромболи (900 метров высоты), на одном из Липарских островов (к северу от Мессинского пролива, между островом Сицилией и Апеннинским полуостровом).

Рис. 3. Вулкан Цалко [9]

Вулкан Стромболи на одноименном острове. Ночью отражение его огненного жерла в столбе паров и газов, отлично видимое на расстоянии до 150 километров, служит для моряков естественным маяком. Широкой известностью среди моряков всего мира пользуется другой естественный маяк, в Центральной Америке у берегов Сальвадора-вулкан Цалко. Аккуратно через каждые 8 минут он выбрасывает столб дыма и пепла, поднимающийся на 300 метров. На темном тропическом небе он эффектно освещается багровым отблеском лавы.

Вулканы типа Везувия

Наиболее полную картину извержения дают вулканы типа Везувия. Извержению вулкана обычно предшествует сильный подземный гул, сопровождающий удары и толчки землетрясений.

Из трещин на склонах вулкана начинают выделяться удушливые газы. Выделение газообразных продуктов, паров воды и различных газов (углекислого, сернистого, хлористоводородного, сероводорода и многих других) усиливается. Они выделяются не только через кратер, но также из фумарол (фумарола - производное от итальянского слова «фумо» - дым).

Клубы пара вместе с вулканическим пеплом поднимаются на несколько километров в атмосферу. Массы светло-серого или черного вулканического пепла, представляющего мельчайшие кусочки застывшей лавы, разносятся на тысячи километров. Пепел Везувия, например, долетает до Константинополя и Северной Америки.

Черные клубы пепла застилают солнце, превращая яркий День в темную ночь. Сильное электрическое напряжение от трения частиц пепла и паров проявляется в электрических разрядах и ударах грома.

Пары, поднятые на значительную высоту, сгущаются в тучи, из которых вместо дождя проливаются потоки грязи. Из жерла вулкана выбрасывается вулканический песок, камни различной величины, а также вулканические бомбы округленные куски лавы, застывшей в воздухе. Наконец из жерла вулкана появляется лава, которая огненным потоком устремляется по склону горы.

Вот как передает картину извержения вулкана этого типа - Ключевской сопки 6 октября 1737 г., (подробнее: Описание вулканов нашего континента), первый русский исследователь Камчатки академик С.П. Крашенинников (1713-1755). В камчатской экспедиции он участвовал еще студентом Российской академии наук в 1737-1741 гг. [2]

Вся гора казалась раскаленным камнем. Пламя, которое внутри ее сквозь расщелины было видимо, устремлялось иногда вниз, как огненные реки, с ужасным шумом. В горе слышен был гром, треск и будто сильными мехами раздувание, от которого все ближние места дрожали.

Незабываемую картину извержения того же вулкана в ночь на новый, 1945 год дает современный наблюдатель:

Острый оранжево-желтый конус пламени, высотой в полтора километра, словно вонзился в клубы газов, поднимавшихся огромной массой из кратера вулкана приблизительно на 7000 метров. Из вершины огненного конуса непрерывным потоком падали раскаленные вулканические бомбы. Их было так много, что они производили впечатление сказочной огненной пурги.

Рис. 4. Вулканические бомбы [9]

На рисунке показаны образцы различных вулканических бомб, это сгустки лавы, принявшие определенную форму. Округлую или веретенообразную форму они приобретают, вращаясь во время полета. [3]

Вулканические бомбы

1. Вулканическая бомба шарообразной формы-образец с Везувия;

2. Трасс-пористый трахитовый туф-образец из Эйхеля, Германии;

3. Вулканическая бомба веретенообразной формы образец с Везувия;

4. Лапилли - мелкие вулканические бомбы;

5. Вулканическая бомба, покрытая коркой - образец из Южной Франции.

Пелейский тип вулканов

Пелейский тип вулканов представляет еще более ужасную картину. В результате страшного взрыва значительная часть конуса вдруг распыляется в воздухе, застилая непроницаемой мглой солнечный свет. Таким было извержение вулкана Мон-Пеле.

Рис. 5. Вулкан Бандай-Сан [9]

К этому же типу относится и японский вулкан Бандай-Сан. В течение более тысячи лет он считался потухшим, и вдруг неожиданно в 1888 г. взлетает на воздух значительная часть его конуса высотой в 670 метров.

Пробуждение вулкана от долгого покоя было ужасно, взрывная волна с корнем вырывала деревья и произвела страшные разрушения. Распыленные породы плотной пеленой держались в атмосфере 8 часов, застилая солнце, и яркий день сменился темной ночь Выделения жидкой лавы не происходило.

Подобного рода извержения вулканов пелейского типа объясняются присутствием очень вязкой лавы, препятствующей выделению скопившихся под ней паров и газов. [5]



Глава 5. Типы лавы

По содержанию кремнезема различают лавы кислые и основные. В первых его количество доходит до 76%, а во вторых не превышает 52%.

Кислые лавы отличаются светлой окраской и небольшим удельным весом. Они богаты парами и газами, вязки и малоподвижны. При остывании образуют так называемую глыбовую лаву.

Основные лавы, наоборот, темной окраски, легкоплавки, бедны газами, обладают большой подвижностью и значительным удельным весом. При остывании называются «волнистыми лавами».

Рис. 6. Глыбовая лава [9]

Рис. 7. Волнистая лава [9]

Лава вулкана Везувий

По химическому составу лава бывает различна не только у вулканов различного типа, но также у одного и того же вулкана в зависимости от периодов извержений. Так, например, Везувий в современное время изливает легкие (кислые) трахитовые лавы более же древняя часть вулкана, так называемая Сомма, сложена из тяжелых базальтовых лав.

Скорость движения лавы

Средняя скорость движения лавы пять километров в час, но в отдельных случаях жидкая лава двигалась со скоростью 30 километров в час.

Вылившаяся лава скоро остывает, на ней образуется плотная шлакообразная корка. Вследствие плохой теплопроводности лавы по ней вполне можно ходить, как по льду замерзшей реки, даже во время движения лавового потока. Однако внутри лава еще долго сохраняет высокую температуру: металлические стержни, опущенные в трещины остывающего потока лавы, быстро оплавляются.

Под наружной коркой долгое время еще продолжается медленное движение лавы оно отмечалось в потоке 65-летней давности, следы же тепла были установлены в одном случае даже через 87 лет после извержения. [7]

Температура потока лавы

Лава Везувия через семь лет после извержения 1858 г. хранила еще температуру в 72°. Исходная температура лавы определялась для Везувия в 800-1000°, а лава кратера Килауэа (Гавайские острова) 1200°.

Интересно в связи с этим ознакомиться, как два научных сотрудника Камчатской вулканологической станции измеряли температуру лавового потока.

Для того чтобы произвести необходимые исследования, они с опасностью для жизни вскочили на движущуюся корку лавового потока. На ногах у них были асбестовые сапоги, плохо проводящие тепло. Хотя стоял холодный ноябрь и дул сильный ветер, однако и в асбестовых сапогах ноги все же так нагревались, что приходилось попеременно стоять то на одной, то на другой ноге, чтобы хоть немного остыла подошва. Температура лавовой корки доходила до 300°. Отважные исследователи продолжали работать. Наконец, им удалось пробить корку и измерить температуру лавы: на глубине 40 сантиметров от поверхности она равнялась 870°.

Измерив температуру лавы и взяв пробу газа, они благополучно перепрыгнули на застывший борт лавового потока.

Благодаря плохой теплопроводности лавовой корки температура воздуха над лавовым потоком изменяется настолько слабо, что деревья продолжают расти и цвести даже на небольших островках, окаймленных рукавами свежего лавового потока.

Излияние лавы происходит не только посредством вулканов, но также и через глубокие трещины в земной коре. Исландии встречаются потоки лавы, застывшие между слоями снега или льда.

Лава, заполняющая трещины и пустоты земной коры, может в продолжение многих сотен лет сохранять свою температуру, чем и объясняется наличие горячих источников в вулканических местностях.



Глава 6. Вулканические породы

6.1 Формы залегания вулканических эффузивных пород

Эффузивный магматизм сопровождается излиянием лавы на земную поверхность. Однако нередко извержения вулканов носят взрывной характер, при котором магма не изливается, а взрывается и на земную поверхность выпадают тонкораздробленные кристаллы и застывшие капельки стекла - расплава. Подобные извержения называются эксплозивными (лат. "эксплозио" - взрывать)

Рис. 8. Один из стратовулканов Камчатки [9]

- Лавовый покров - это плоское тело больших размеров, мощностью до 30 м. При повторных излияниях мощность покрова может увеличится до 1800-3000 м

- Лавовый поток - представляет собой сильно вытянутое тело, возникшее в результате движения лавы по наклонной поверхности рельефа; длина потока намного больше его ширины

- Некк (жерловина) - столбообразное тело, выполняющее жерло вулкана (лаво- или магмоподводящий канал) вулканическим материалом лавой, пиро-кластолитами, туфолавой, туфами, лавобрекчиями, вулканическими брекчиями и др.

- Вулканический купол (пик, игла) - куполовидное тело, имеющее высоту до 700-800 м и крутые склоны (40⁰ и больше). Образуются в результате выжимания из вулканического канала вязкой лавы

B зависимости от характера извержения (излияния лав или взрывные извержения) образуются 2 типа пород: излившиеся, или Эффузивные горные породы, и вулканогенно-обломочные, или Пирокластические породы; последние расчленяются на рыхлые (вулканические пепел, песок, бомбы и др.), уплотнённые и сцементированные (туфы, туфобрекчии и др.).

Kроме того, выделяют промежуточные типы Bулканические горные породы. - Туфолавы, возникшие в результате извержений богатых газами пенящихся лавовых потоков, и Игнимбриты, представляющие собой спёкшийся вулканогенно-обломочный материал, гл. образуются кислый, которым покрыты огромные площади, измеряемые сотнями и тысячами км². Форма эффузивных тел определяется вязкостью лав и их температурным режимом. Покровы и потоки характерны для маловязких базальтовых лав, но встречаются и кислые (липаритовые) потоки. Kупола и иглы возникают при извержениях вязких лав (Дациты, Липариты). Дайки и некки.[13]

6.2 Химический и минеральный состав вулканических пород

В зависимости от содержания кремнезема и других оксидов изверженные горные породы делятся на следующие.

- ультраосновные, богатые MgO и FeO, но наиболее бедные (менее 45%) SiO2 (дуниты, пироксениты - в интрузивных и пикриты - в эффузивных комплексах);

- основные, содержащие от 45 до 55% SiO2, богатые СаО и Аl2Оз, но более бедные MgO, FeO (габбро, нориты - в интрузивных и базальты и диабазы - в эффузивных комплексах)

- среднекислые, содержащие от 55 до 65% SiO2, более бедные СаО, но обогащенные щелочами (диориты, кварцевые диориты - в интрузивных; порфириты, андезиты и другие - в эффузивных комплексах);

- кислые, содержащие более 65% SiO2, еще более богатые щелочами и более бедные, по сравнению с предыдущими, СаО, MgO, FeO (гранодиориты, граниты - в интрузивных; липариты, кварцевые порфиры - в эффузивных комплексах).

Химический состав соответствующих интрузивных и эффузивных пород очень близок.

Химический и минералогический составы пород взаимосвязаны:

- ультраосновные породы - плагиоклазов нет, присутствуют пироксены, оливины и рудные минералы (перидотит), оливины и рудные минералы (дунит);

- основные породы - характерны основные плагиоклазы, темный минерал, иногда оливин (габбро, диабаз, авгитовый порфир, базальт);

- среднекислые породы - щелочный полевой шпат, плагиоклаз, немного темных минералов (сиенит, ортоклазовый порфир, трахит), средний плагиоклаз и темный минерал (диорит, порфирит, андезит);

- кислые породы - только кварц и полевые шпаты (аляскит), кварц, калиевый полевой шпат, кислый плагиоклаз, слюда и реже другие темные минералы (гранит, кварцевый порфир, липарит).

В приведенном описании минералогического состава пород к темным минералам отнесены: в кислых породах - биотит, реже пироксен или амфибол, в основных и средних-пироксен или амфибол, в ультраосновных - пироксен и оливин.

Таким образом, изверженные горные породы имеют различный химический и минералогический составы. Наиболее распространены кислые магматические горные породы (граниты и др.), содержащие свыше 65% SiO2 и состоящие из кварца, полевых шпатов (ортоклаза, микроклина, кислого плагиоклаза - олигоклаза и слюды), и основные (базальты и др.), содержащие 40-52% SiO2 и состоящие в основном из основных плагиоклазов (лабрадорита и др.) и пироксенов (авгитов переменного состава).

Интрузивные изверженные горные породы основной группы (габбро) обычно труднодоступны, эффузивные (базальты и диабазы), как правило, представлены мощными, легкодоступными поверхностными залежами.

Так как изверженная на поверхность земли в виде лавовых потоков магма быстро затвердевает, то образовавшаяся горная порода обычно имеет мелкокристаллическое строение и содержит значительное количество стекловидной фазы, что облегчает ее плавление. В связи с этим базальты как сырье представляют большой интерес.

В составе магматических пород могут участвовать минералы первичные или, собственно, магматические, и минералы вторичные или постмагматические. К первичным относятся минералы, которые были обнаружены в виде порфировых выделений в эффузивных породах и, следовательно, могут образоваться из магматического расплава. К вторичным, относятся все те минералы, которые не встречаются в форме порфировых выделений.

Первичные минералы по их количественной значимости в составе породы разделяются на главные и акцессорные. При классификации пород по минеральному составу в первую очередь учитывается присутствие или отсутствие главных минералов, их количество, особенности и взаимоотношения.

Главными минералами магматических горных пород являются силикаты и алюмосиликаты. По особенностям химического состава и окраски, обусловленной составом, среди главных минералов различаются цветные мафические или фемические, содержащие много железа и магния, и светлые фельсические или салические, содержащие много кремния и алюминия.

К фемическим минералам относятся оливины (форстерит-фаялит), пироксены (энстатит-гиперстен, диопсид, авгит, пижонит, эгирин), амфиболы (роговая обманка обыкновенная и базальтическая, арфведсонит, рибекит), биотит; к салическим - плагиоклазы (альбит-анортит), натри-калиевые полевые шпаты (санидин, ортоклаз, микроклин), кварц, фельдшпатиды (нефелин, лейцит, содалит), мелилит. В тех случаях, когда главные минералы входят в состав породы в небольшом количестве (менее 5%), они описываются как второстепенные составные части.

Акцессорные минералы, обычно составляющие не более 5% от общего объема породы, подразделяются на характерные, присутствующие только в определенных породах, и нехарактерные, встречающиеся в породах разного состава. Характерными акцессорными минералами являются хромит, шпинель, ортит, монацит, перовскит, эвдиалит, шорломит и другие; нехарактерными - апатит, циркон, титанит, магнетит.

Вторичные минералы могут образоваться в разное время после кристаллизации магмы. Иногда они возникают непосредственно из газов и растворов, выделившихся из магмы при ее кристаллизации, а чаще при взаимодействии этих газов и растворов с первичными минералами. Вторичные минералы, образовавшиеся сразу после кристаллизации магмы, получили название эпимагматических. То есть из эпимагматических минералов, которые замещают родственные главные минералы (например, мусковит, развивающейся по биотиту, или канкринит - по нефелину), называются викарирующими. [12]

Но вторичные минералы могут образоваться и значительно позже затвердевания магматического расплава, под влиянием растворов, не связанных с происхождением породы. Они могут возникнуть также при процессах выветривания - это экзогенные вторичные минералы.

Достоверное выяснение генезиса вторичных минералов возможно в том случае, если известны геологические условия нахождения горной породы. К вторичным минералам магматических горных пород относятся серпентин, иддингсит, тальк, хлорит, тремолит-актинолит, цоизит, эпидот, мусковит, серицит, каолинит, пренит, цеолиты, карбонаты и др.

Кроме первичных и вторичных минералов, в магматических породах могут присутствовать ксеногенные - чуждые минералы, возникшие за счет загрязнения магмы растворенными в ней обломками осадочных пород.

Базальты являются свежими (кайнотипными) породами темно-серого (до черного) цвета с плотной, редко - пористой массой. Структура базальтов зависит от хода процесса кристаллизации магмы и времени образования породы. Диабазы представляют собой измененные (палеотипные) аналоги базальтов. Их состав, а иногда и структура изменены вследствие образования вторичных минералов, поэтому диабазы часто окрашены в зеленые оттенки.

В состав всех базальтов входят авгит и магнетит. В зависимости от содержания оливина базальты делятся на два типа: без оливина или с незначительным содержанием оливина - толеитовые и платобазальты (различают еще оливиновый толеит); с оливином - оливиновые (щелочные оливиновые) или океанические. В природе существуют и переходные типы базальтов. На примере Камчатки и Большого Донбасса показано наличие тесной генетической связи между толеитовой и щелочной оливиновой магмами, что делает нецелесообразным такое деление базальтов на две группы.

Большее значение имеет классификация базальтов на основании химического состава, который находится в определенном соответствии с их минеральным составом: например, содержание SiO2 увеличивается от мелилититов к базальту обыкновенному. По содержанию SiO2 все базальты делятся на три группы: основные, нейтральные и кислые.

В группу основных базальтов входят: мелилитит оливиновый, мелилитит, нефелинит оливиновый, нефелинит, а также лимбургит и авгитит, которые характеризуются наличием стекловидной фазы. По химическому составу к этой группе относятся базальтовые породы, содержащие до 42% SiO2. Следует отметить, что к группе основных базальтов должны быть отнесены образцы базальтов, доставленные с Луны. В их состав входит 40-42% SiO2. Иногда из группы основных базальтов выделяют ультраосновные (мелилититы и нефелиниты оливиновые) с содержанием SiO2 менее 40%.

В группу нейтральных входят базальты с 43-46% SiO2: базаниты, лейцититы и оливиновые лейцититы. В этих базальтах имеется полевой шпат. К группе кислых базальтов относятся базальт обыкновенный, базальт оливиновый и тефриты (свыше 46% SiO2).

Чтобы избежать путаницы, следует знать, что согласно классификации изверженных горных пород основные, нейтральные и кислые базальты относятся к основным магматическим горным породам.

Так же не менее важно различие по структурно-текстурным особенностям. [10]

вулканический текстурный эффузивный порода обсидиан



Глава 7. Структурно-текстурные особенности вулканических пород

7.1 Структуры вулканических пород

Они связаны с составом расплава, условиями его продвижения к поверхности земли и затвердевания, составом и режимом отделения летучих компонентов и другими физико-химическими факторами. Наиболее распространены полустекловатые породы, стекловатые разности встречаются значительно реже, а полнокристаллические структуры характерны главным образом для пород основного состава.

Стекловатые породы - это вулканические стекламорфное вещество, близкое по составу магматическому расплаву. Среди них наиболее обычны породы кислого состава. Быстрое продвижение магмы к поверхности земли, охлаждение расплава и отделение летучих компонентов являются непременным условием формирования вулканических стекол.

Породы полустекловатого строения могут быть порфировой и афировой структур. Вулканиты порфировой структуры состоят из вкрапленников и основной массы, имеющей в свою очередь стекловатое или полустекловатое строение. Фенокристаллы отличаются от минералов основной массы значительно более крупными размерами; они обычно обладают ясно выраженными идиоморфными очертаниями. В большинстве случаев кристаллизация пород с порфировой структурой происходит в два этапа: вкрапленники кристаллизуются на значительной глубине, затем магма быстро поднимается в верхние, более холодные зоны земной коры или изливается на поверхность. При этом оставшаяся жидкая часть магмы кристаллизуется быстро с образованием микролитов, а иногда застывает в виде стекла. Таким образом, возникают две генерации кристаллов часто одного и того же минерала. Иногда наряду с разрозненными фенокристаллами в породах находятся так называемые гломеропорфировые сростки, представляющие собой сростки одноименных минералов, реже сростки биминеральны.

Структуры основной массы вулканитов. Основная масса кристаллизуется в поверхностных или близ поверхностных условиях и может быть стекловатой или, значительно чаще, полустекловатой, содержащей наряду со стеклом мелкие минералы (микролиты).

Структура основной массы с резким преобладанием стекла носит название гиалиновойв породах среднего и основного составов, а в породах кислого состава - витрофировой.

В зависимости от соотношений кристаллической и стекловатой составляющих выделяется ряд структур основной массы.

- Гиалопилитовая структура характеризуется примерно равным количеством стекла и микролитов. Микролиты располагаются в породе беспорядочно и не соприкасаются друг с другом.

- Микролитовые структуры отличаются преобладанием микролитов, беспорядочно расположенных в вулканическом стекле и соприкасающихся друг с другом главным образом по длинной стороне.

- В случае, когда отмечается ориентировка микролитов плагиоклаза вдоль линий течения и происходит обтекание вкрапленников микролитами, структура носит название пилотакситовой.

- Интерсертальная структура основной массы отличается резким преобладанием микролитов над вулканическим стеклом. Микролиты плагиоклаза располагаются под углом друг к другу, образуя в разрезах замкнутые или полузамкнутые треугольники, внутренняя часть которых выполнена вулканическим стеклом. Гиалиновая, гиалопилитовая, микролитовая, пилотакситовая и интерсертальная структуры основной массы связаны между собой постепенными переходами, их разграничение носит условный характер.

- Сферолитовая структура характеризуется присутствием значительного количества сферолитов - шариков радиально-лучистого строения, растущих вокруг некоторых центров. В шлифе сферолиты представлены круговыми сечениями, размер и количество которых могут быть различными, чаще они имеют или 0,01-0,1 мм или достигают 0,5-0,8 мм в поперечнике. В состав сферолитов могут входить волокна полевых шпатов (санидина и адуляра), альбита, тридимита, кристобалита, реже халцедона или кварца. В скрещенных николях в неизмененных сферолитах наблюдается крестообразное угасание.

Рис. 9. Общая структура пород - порфировая. Структура основной массы: а - полукристаллическая (интерсертальная) (базальт); б - частично сферолитовая, а частично - фельзитовая (метариолит). Николи скрещены: черное - стекло, Ol - оливин, Plg - плагиоклазы, Px - пироксены (по Е.А. Кузнецову, 1970). [9]

- Фельзитовая структура обнаруживается при просмотре шлифов под поляризационным микроскопом с двумя николями; наблюдается слабо поляризующее поле, в котором отдельные минералы, участвующие в этой структуре, не диагностируются. При применении электронного микроскопа удается установить, что в строении фельзитовой структуры принимают участие мельчайшие зернышки кварца и полевого шпата, скрепленные незначительным количеством вулканического стекла (рис. 10). Трудно установить, образовалась ли фельзитовая структура в процессе застывания расплава (структура первичная) или после затвердевания вулканического стекла при его разложении (структура вторичная).

- Трахитовая структура по внешнему виду напоминает пилотакситовую, здесь так же, как в пилотакситовой, наблюдается ориентировка микролитов по движению расплава, обтекание микролитами вкрапленников, однако в строении трахитовой структуры участвуют микролиты калиевого полевого шпата, а не плагиоклаза, как в пилотакситовой.

- Ортофировая структура отличается наряду с ничтожным количеством вулканического стекла присутствием микролитов щелочного полевого шпата, представленного изометричными зернышками и короткопризматическими столбиками.

Среди вулканических пород земного шара значительно преобладают не свежие (устаревший термин - кайнотипные) разновидности пород, а в той или иной степени их измененные аналоги. Раньше в отечественной литературе они назывались палеотипными, хотя в иностранной литературе магматические породы никогда не делились по степени изменения на кайнотипные и палеотипные. В настоящее время в русскоязычной литературе в целях упрощения классификаций магматических пород также придерживаются этих правил. Достаточно сильно измененные породы должны быть отнесены к категории метаморфических образований. Однако в ряде случаев при слабой степени метаморфизма удается установить первично магматический генезис таких образований. И вполне естественно рассматривать и описывать такие породы как магматические. При названии измененных магматических пород к собственному названию породы добавляют приставку «мета», например, метагаббро, метадолерит. Необходимо знать признаки, позволяющие отличить свежие неизмененные (кайнотипные) породы от измененных (палеотипных). Измененные разновидности вулканитов отличаются отсутствием вулканического стекла. Вулканические стекла представляют собой неустойчивую фазу существования вещества, вследствие чего оно очень медленно, но самопроизвольно раскристаллизовывается, а атомы перегруппировываются в закономерные кристаллические системы. Этот процесс называется расстеклованием, или девитрификацией. Преобладающая часть измененных вулканитов вовлекалась в тектонические процессы, они подвергались воздействию флюидов, повышенных температур и давлений, что убыстряет процессы разложения стекла и приводит к его перекристаллизации. Таким образом, в измененных разностях мы можем говорить о реликтах первичных структур, сформировавшихся при кристаллизации пород. Такие структуры называют реликтовыми или добавляют к названию магматических структур приставку «апо», например, реликтовая пилотакситовая или апопилотакситовая. [8]

В измененных разновидностях пород, как правило, одновременно или несколько позже разложения стекла изменяются и минералы, которые полностью или частично замещаются агрегатами вторичных минералов. О первоначальном составе минералов и составе горных пород часто судят по косвенным признакам: характерным кристаллографическим формам, характерным продуктам изменения, характерной спайности, трещиноватости.

В измененных вулканитах андезитового и базальтового составов реликтовые структуры различаются хорошо. Это связано с тем, что вулканическое стекло такого состава замещается агрегатом минералов, среди которых значительную роль играют минералы группы хлорита, эпидота, мелкие изометричные зернышки альбита, серицит, лейкоксен и другие минералы, легко отличающиеся от микролитов плагиоклаза, которые определяют первичные структуры основной массы андезитов и базальтов.

Наряду с реликтовыми структурами существуют и специфические структуры, свойственные измененным породам. Например, спилитовая структура характеризуется тем, что основная масса пород состоит из беспорядочно расположенных длинных тонких лейст плагиоклаза, промежутки между которыми заполнены мелким агрегатом вторичных минералов - хлорита, лейкоксена, рудного минерала.

В некоторых случаях вторичные структуры, развивающиеся по первичной стекловатой массе вулканических пород, внешне сходны со структурами гипабиссальных (жильных) пород, которые имеют мелко- или тонкозернистую основную массу, например, с габбро-порфиритами, гранит-порфирами, диорит-порфиритами. Разделение этих групп пород является принципиальным и особенно важным в пределах рудных полей и месторождений, где они могут иметь разное отношение к оруденению

7.2 Текстура вулканических горных пород

Текстура - это сложение породы, обусловленное взаимным расположением и распределением слагающих породу минералов или обломочных зерен, а также характером заполнения пространств минеральным веществом.

Основные виды текстур следующие:

- Массивная, когда в расположении минералов, слагающих породу, никакой закономерности не наблюдается. Массивная текстура наблюдается у интрузивных магматических пород и характеризуется равномерным пространственным расположением минералов; они распределены на всех сторонах образца одинаково и нигде не отмечается никакой упорядоченности их расположения (например, в виде цепочек). Примеры пород с массивной текстурой даны на рис. 11.

- Слоистая - когда порода состоит из слоев разного состава или структуры. Слоистая порода состоит из слоев различной толщины, которые при образовании породы накладывались один на другой. Каждый слой представляет собой пластину, отделенную от соседнего слоя поверхностью, по которой они раскалываются. Поэтому разрушение слоистой породы происходит с разделением на плитки. Слоистость можно наблюдать лишь на стороне образца, перпендикулярной напластованию. В слоистых породах (в отличие от сланцеватых) каждый слой имеет разноориентированное расположение минералов, так что в нем нет, например, чередования полос листоватых и зернистых минералов. Слои могут быть ровными, а могут быть и волнистыми, если порода подвергалась сдавливанию (рис. 10). Слоистость - характерный признак осадочных пород.

Рис. 10. Слоистая текстура породы [9]

- Сланцеватая - порода состоит из плоских, чешуйчатых, листоватых минералов, плоскости которых расположены в одном направлении. Сланцеватая порода характеризуется чередованием параллельно расположенных полос минералов, причем обычно чередуются слои листоватых и зернистых минералов. Порода раскалывается, как правило, по прослойкам листоватых минералов.

Сланцеватость можно наблюдать только на некоторых сторонах образца, когда поверхность скола перпендикулярна к сланцеватости. Плоскости сланцеватости могут быть ровными или волнистыми в зависимости от того, была ли порода подвержена воздействию горного давления. Сланцеватость является характерным признаком метаморфических пород.

Слоистая и сланцеватая текстуры - полосчатые.

- Очковая, для которой характерно наличие крупных, обычно овальных кристаллических зерен на фоне основной сланцеватой массы (рис. 11). Этот тип текстуры характерен для метаморфических пород - гнейсов.



Рис. 11. Очковая текстура [9]

- Плойчатая - в метаморфической породе в результате тектонических деформаций, вызванных давлением, образуются очень мелкие складки (рис. 12). Амплитуда складок колеблется от долей миллиметра до нескольких сантиметров.

Рис. 12. Плойчатая текстура [9]

- Пористая - когда порода пронизана порами. Пористую текстуру имеют излившиеся на поверхность эффузивные породы; иногда поры бывают настолько мелкие, что их можно наблюдать только через лупу, как, например, в базальте. Некоторые осадочные породы тоже имеют такой тип текстуры. На рис. 13 дано изображение слоистого пористого травертина (черные пятна - поры).

Рис. 13. Пористая текстура слоистого травертина [9]

- Пузырчатая - отличается наличием многочисленных пустот в породе. Пустоты имеют шарообразную или яйцеобразную форму и возникли при быстром застывании раскаленного вещества вследствие выделения из него газов. Такая текстура характерна для пемзы [10].



Глава 8. Примеры вулканических пород. Обсидиан

Минералы в составе горной породы Обсидиан: Кварц, Полевой шпат

Рис. 14. Обсидиан

Обсидиан - горная порода, состоящая из вулканического стекла с содержанием воды менее 1%; по химическому составу варьирующее от риолита до дацита. Количество силикатного стекла 80 и более % по объёму. Более богатые водой стёкла, способные к вспучиванию при нагревании, называются перлитом. Обсидиан и перлит могут встречаться в пределах одного образца. Обсидиан - массивная горная порода (в отличие от пузыристой пемзы), характеризуется раковистым, режущим изломом, иногда полосатой или пятнистой окраской. Может содержать вкрапленники кварца, полевых шпатов, темноцветных минералов. Различают обсидианы нормального, субщелочного и щелочного рядов. Известны онгонитовые и онгориолитовые обсидианы, богатые фтором и редкими элементами. Обсидианы распространены в областях вулканической деятельности.

Разновидности: в настоящее время по химическому составу выделяются обсидианы только для кислых вулканических пород: от плагиодацитов до комендитов

- по составу вкрапленников: обсидианы кварцевые, плагиоклазовые, санидиновые и др.; ранее применявшиеся названия обсидианов - базальтовый, лейцитовый, сиенитовый, трахитовый считаются устаревшими.

- по структурно-декоративным особенностям выделяют: "Снежный обсидиан" - с включениями маленьких, белых, радиально сросшихся кристалликов кристобалита в чёрной основной массе, образующими подобие снежных хлопьев или снежинок; "Радужный обсидиан" - редко встречающиеся обсидианы с иризацией в голубовато-синих, зелёных и красноватых тонах, иногда радужно сочетающихся в одном куске. [13]

Обсидиан образуется при быстром застывании (закалке) вязких кислых магм на поверхности (лавы) или в субвулканических условиях (штоки, купола, дайки и другие секущие тела). Физические свойства зависят от содержания воды и от степени раскристаллизованности породы. Твёрдость 5; плотность 2.5-2.6 г/м3.

8.1 Общая характеристика породы

Первое письменное упоминание об обсидиане мы находим в «Трактате о камнях» древнегреческого естествоиспытателя Теофраста (372-287 гг. до н.э.). В то время этот минерал еще не приобрел названия обсидиан, но уже открыл людям одно из наиболее характерных и удивительных свойств вулканических стёкол - способность вспучиваться, пузыриться при нагревании. Поэтому Теофраст относил его к классу горючих камней, рассыпающихся, разлагающихся или сгорающих в огне.

Лишь спустя более трёх веков в «Естественной истории» Плиния Старшего (23-79 гг. н.э.) впервые встречается дошедшее до нас название Obsidianus lapis - камень Обсидия. Некоторые народы называли этот камень более мистическими именами. В Америке он был известен под названием «слезы апачей», а в Закавказье - «обломки когтей сатаны».

История обработки и использования обсидиана восходит еще к временам палеолита. Самые ранние обсидиановые изделия возрастом более 9 тысяч лет были обнаружены в Месопотамии. Благодаря острым режущим краям обломки обсидиана были удобным материалом для изготовления в каменном и бронзовом веках острых наконечников стрел и копий, ножей, скребков, топоров. Позже изделия из обсидиана получили довольно широкое распространение, он служил материалом для изготовления украшений и амулетов, предметов быта и ритуальных фигурок. Жители Эфиопии и древние ацтеки Северной Америки делали из обсидиана зеркала. В современной промышленности обсидиан используется главным образом в качестве вспучивающихся наполнителей лёгких бетонов. Некоторые обсидианы, богатые редкими элементами (например, онгонитовые), перспективный источник лития, цезия, бериллия и других редких элементов.

...