14. ФОРМЫ ЗАЛЕГАНИЯ ПЛУТОНИЧЕСКИХ (ИНТРУЗИВНЫХ) ГОРНЫХ ПОРОД Г.

14. ФОРМЫ ЗАЛЕГАНИЯ ПЛУТОНИЧЕСКИХ (ИНТРУЗИВНЫХ) ГОРНЫХ ПОРОД Г. В. Лебедев Пермский университет

• Плутонические (интрузивные) [ лат. intrusio – внедрение ] породы образуются в результате внедрения магмы в земную кору и последующей ее кристаллизации в магматических камерах, находящихся на гипсометрическом уровне ниже поверхности земли. • Интрузивные породы являются полностью раскристаллизованными (вулканическое стекло отсутствует). • Тела , образовавшиеся в результате интрузивного процесса, называются: интрузия, интрузивный массив, плутонический массив. • По глубине формирования интрузивные породы подразделяются на: абиссальные с глубиной кристаллизации более 4 км и гипабиссальные (1 — 4 км). • Абиссальные интрузивные породы имеют полнокристаллическое, крупнозернистое и равномернозернистое строение. • Гипабиссальные породы отличаются мелко- и среднезернистой , часто порфировидной, структурой. Порфировидная структура: на фоне основной мелкозернистой массы (матрикса) выделяются более крупные кристаллы минералов. • Не путать с порфировой структурой! В породах, имеющих порфировую структуру, матрикс сложен вулканическим стеклом. • По механизму образования интрузивные тела подразделяются на: — собственно интрузивы , образующиеся при внедрении магматического расплава в земную кору; — протрузии [ англ. protrusion – выпячивание ] – интрузивные тела, внедряющиеся во вмещающие породы в холодном состоянии.

14. 1. Элементы строения интрузивных тел 1. Собственно интрузивное тело. 2. Вмещающие породы (рама). 3. Кровля или апикальная часть интрузива; может иметь как понижения (провисания), так и поднятия (воздымания). Выходы поднятий на земную поверхность часто называют куполами. 4. Апофизы [ гр. apophysis — отросток ] –жилообразные ответвления во вмещающие породы. 5. Ксенолиты [ гр. xenos – чужой + lithos — камень ] – блоки вмещающих пород, захваченные магматическим расплавом и сохранившие элементы внутреннего строения. Имеют неправильную форму и размеры до десятков и даже сотен метров. 5. Шлиры [ нем. schlieren – скользить ] – лентообразные скопления темноцветных (реже светлых) минералов в интрузивном теле. Имеют размер до нескольких метров. Элементы строения интрузивного тела А. К. Корсаков,

Ксенолит габбро в граните Сьерра-Невада, Калифорния, США http: //upload. wikimedia. org

Шлиры в габбро http: //img-fotki. yandex. ru/get/4708/107291727. 3 b/0_66 ea 4_cfa 35 be 4_XL

Шлиры в о бразце из дайки риолитов. Арсеньевское молибденовое месторождение. Приморье http: //itig. as. khb. ru/ppl/Lab_tect/dostigen_tect/Lab_tecton. files/image 018. jpg 1 — зона – контакт дайки с вмещающими породами; 2 — центральная (осевая) часть дайки; 3 — шлировые обособления (светлое)

14. 2. Контакты интрузивных тел • Контакт интрузивного тела – его г раница с вмещающими породами. • Контакты бывают горячие (активные, интрузивные), холодные (пассивные, стратиграфические) и тектоническое. • Горячие контакты образуются в результате взаимодействия магматического расплава и пород рамы. • Выделяют эндоконтактовую зону – краевая часть интрузива, и и экзоконтактовую зону – измененные вмещающие породы, прилегающие к интрузиву. Горячий контакт интрузивного тела А. К. Корсаков, 2009 • Горячий контакт указывает на то, что интрузивное тело моложе вмещающих пород. • Холодный контакт свидетельствуете о том, что интрузивное тело древнее вмещающих пород.

Характеристика горячих контактов Экзоконтактовая зона 1. В непосредственной близости с интрузивными породами наблюдаются зоны закалки (оплавления, осветления, покраснения) вмещающих пород. 2. Температурное воздействие приводит к перекристаллизации минералов. По глинистым породам образуются роговики , по кварцевым песчаникам – кварциты , по известнякам и доломитам – мраморы. 3. Проникновение гидротермальных растворов, обменные реакции между карбонатными породами рамы и интрузива приводит к образованию метасоматических (гранат-пироксеновых) пород — скарнов [ шв. skarn – пустая порода ] , содержащих рудную минерализацию. Эндоконтактовая зона 1. Мелкозернистая или порфировидная структура приконтактовых пород за счет быстрого охлаждения магмы. 2. Иной состав пород (более кислый или более основной) по сравнению с центральными частями массива, обусловленный изменением состава магмы при расплавлении ею вмещающих пород. 3. Присутствие большего количества ксенолитов и шлиров по сравнению с центральными частями массива. • Интенсивность и мощность зон контактовых изменений в существенной степени определяется размерами интрузивного массива. • Мощность зон контактовых изменений может изменяться от первых сантиметров до нескольких километров.

Морфологические типы активных контактов А. К. Корсаков, 2009 1 – ровные; 2 – волнистые; 3 – апофизные; 4 – зазубренные; 5 – глыбовые; 6 – послойно-иньекционные

Ширина контактового ореола и условия залегания контактовой поверхности • Ширина экзоконтактового ореола может свидетельствовать об особенностях залегания контакта интрузива. • При прочих равных условиях на участках, где ширина ореола больше, залегание контактовой поверхности более пологое и наоборот. Зависимость ширины экзоконтактового ореола от условий залегания контактовой поверхности А. Е. Михайлов,

Холодные контакты • При холодном контакте отсутствуют изменения как в самом интрузивном теле, так и во вмещающих породах. • Такая ситуация возникает в тех случаях, когда вмещающие породы были приведены в соприкосновение с магматическими после их формирования. Схема образования холодного контакта А. К. Корсаков, 2009 А – образование интрузивного тела; Б – эрозия пород кровли; В – образование на эродированном массиве осадков вследствие опускания земной Коры; Г – холодный контакт между интрузивом и перекрывающими породами

Тектонические контакты интрузивных тел • Тектонический контакт характеризуется тем, что интрузивные породы соприкасаются с вмещающими породами по разрывным нарушениям, которые нередко сопровождаются явлениями катаклаза, милонитизации и рассланцевания как пород интрузива, так и вмещающих его толщ. • Механическим деформациям часто сопутствуют процессы гидротермальных изменений и рудной минерализации. Смещения по разломам могут иметь различную амплитуду, иногда значительную, что затрудняет построение выводов о возрастных соотношениях интрузивов с вмещающими образованиями. • Тектонические контакты особенно характерны для серпентинизированных ультрамафитовых интрузивов, которые легко перемещаются в твёрдом состоянии. Из-за отсутствия отчетливых признаков дробления контакты таких смещенных тел зачастую производят ложное впечатление интрузивных.

Контакты интрузивных тел на карте Фрагмент учебной геологической карты № 26 • Эндоконтакт гранодиоритового массива (малиновое, γδ C 1 ) представлен краевой фацией — габбродиоритами (зеленое, ν δ C 1 ) , содержащими ксенолиты вмещающих пород ( D 2 gv). • • Экзоконтакт представлен зоной скарнирования (красная штриховка). • Контакт между гранитами (красное, γ C 2 ) и остальными породами – горячий (активный). • Контакт между гранодиоритовым массивом (малиновое, γδ C 1 ) осадочными породами силура (зеленое в ЮВ части) – тектонический.

Контакты интрузивных тел на карте Фрагмент учебной геологической карты № 29 Интрузивное тело гранодиоритов (красное, γδ ) имеет два типа контактов с вмещающими породами: горячий – с породами кембрия и ордовика , холодный – с девонскими и юрскими отложениями. Характер экзоконтактовых изменений зависит от состава вмещающих пород: на контакте с глинистыми породами ордовика сформировались роговики (красные точки), а на контакте с известняками кембрия – скарны (показаны красными штрихами).

14. 3. Морфологические типы интрузивных тел • По характеру взаимоотношения с вмещающими породами (породами рамы) интрузивные тела подразделяются на : • согласные (конкордантные) [ лат. concordare – согласоваться ] ; • несогласные (дискордантные) [ лат. discordare – не соответствовать ] ; • частично согласные. Типы интрузивных тел по соотношению с породами рамы А. К. Корсаков,

14. 3. 1. Согласные (конкордантные) интрузивные тела • Согласные интрузивные тела образуются в результате внедрения магмы между поверхностями наслоения вмещающих пород. Их контактовые поверхности повторяют залегание вмещающих пород. • Такие интрузивные тела чаще сложены гипабиссальными горными породами преимущественно основного, реже иного, состава. • Среди согласных тел выделяют: силлы, лакколиты, лополиты, факолиты.

Силлы • Силлы [ англ. sill – порог ] – пластообразные тела , образующиеся в результате внедрения магмы вдоль поверхностей напластования. • Отличаются большой площадью распространения (до нескольких тыс. км 2 ), мощность до первых сотен метров. Состав горных пород – основной (габбро, габбродолериты, нориты). • Имеют широкое распространение на активизированных платформах (Сибирская, Индийская и др. ). Силлы А. К. Корсаков,

Силлы в обнажениях http: //www. ux 1. eiu. edu http: //www. npolar. no http: //www. earth. ox. ac. uk

Силлы на геологических картах и разрезах Фрагмент учебной геологической карты № 3 Силлы

Лакколиты • Лакколиты [ гр. lakkos – углубление, полость ] – небольшие (до 10 км в поперечнике) согласные интрузивные тела грибообразной формы. Вертикальная мощность – сотни метров. • Состав горных пород — основной, щелочной. Лакколит А. К. Корсаков,

Лакколит Медведь-гора. Гурзуф, Крым

Лакколит Гора Бештау, г. Железноводск, Ставропольский край Фото Г. В. Лебедева

Лополиты • Лополиты [ гр. lopos – чаша, блюдце ] – согласные блюдцеобразные тела, приуроченные к синклинальным складкам. Мощность тел – до первых километров, в поперечнике до первых сотен километров. Состав горных пород – основной, ультраосновной щелочной. Лополит dic. academic. ru

Лополит Садбери (Sudbury) Онтарио, Канада http: //dic. academic. ru Крупнейшее в мире месторождение сульфидных медно-никелевых руд. Рудные тела приурочены к горизонту норитов

Факолиты • Факолиты [[ гр. fakos — чечевица ] ] – седловидные (в разрезе) согласные интрузивные тела, слагающие замковые части антиклинальных и синклинальных складок. • Мощность тел – до первых сотен км. • Состав горных пород – преимущественно основной. Факолиты в замках антиклиналей и синклиналей

14. 3. 2. Несогласные (дискордантные) интрузивные тела • Несогласные интрузивные тела имеют секущие контакты с вмещающими породами (рамы). • К несогласным интрузивным телам относятся: батолиты, ареал-плутоны, штоки, дайки (включая магматические жилы), а также редко встречающиеся тела: этмолиты, акмолиты, бисмалиты. • Весьма специфическими образованиями являются протрузии. Контакт дискордантного интрузивного тела сечет слоистость пород рамы А. К. Корсаков,

Батолиты • Батолиты [ гр. bathos – глубина + lithos — камень ] – абиссальные интрузивные тела площадью (условно) более 100 км 2. • Особенности: 1. Большой объем и большая площадь выхода на земную поверхность. Например, Чилийско-Перуанский батолит имеет размеры 100 -300 ÷ 1500 км. 2. Вертикальный размах 3 – 10 км. 3. Неоднородный состав: граниты, гранодиориты (преобладают), диориты, габбро. 4. Неровная кровля с частыми выступами и поднятиями. Чаще образуются при плавлении пород гранитно-метаморфического слоя. Схема строения батолита А. К. Корсаков,

Батолит на геологической карте Фрагмент учебной геологической карты № 29 • В СЗ части территории изображен гранитоидный батолит (красное), имеющий с вмещающими породами кембрия, ордовика и силура активный интрузивный контакт. Поблизости расположена серия мелких интрузивных тел того же состава. Не исключено, что на глубине они соединяются с основным телом батолита.

Ареал-плутоны • Представляют собой огромные по площади массивы гранитов и гранито-гнейсов, не имеющих определенных очертаний, с поперечником в сотни километров. • Встречаются в фундаментах древних платформ среди архейских и протерозойских комплексов. Формируются при неоднократно повторяющихся этапах интрузивной деятельности, при участии процессов гранитизации (палингенеза) метаморфических комплексов в условиях очень высоких температур. • Палингенез [ греч. palin — снова, обратно + genesis происхождение, рождение ] — образование магм (обычно гранитного состава) в результате частичного (избирательного) или полного переплавления изверженных или метаморфических горных пород в глубинных зонах Земли.

Штоки • Штоки [ нем. Stock — палка ] – интрузивные тела, имеющие в плане изометричную форму и площадь выхода на земную поверхность менее 100 км 2. • Для них характерны крутые контакты с вмещающими породами. Их петрографический состав может быть разнообразным, но чаще всего однородный. Шток А. К. Корсаков, 2009 А – в разрезе; Б – в плане

Дайки • Дайки [ англ. dike, dyke — стенка из камня, плотина ] – плитообразные, секущие, крутопадающие тела, размещающиеся в трещинах земной коры. • Их образование связано с трещинами отрыва (раздвигами), которые заполняются магматическим расплавом. • Чаще встречаются дайки протяженностью от десятков до сотен метров при мощности от десятков сантиметров до нескольких метров. Но встречаются и гигантские, например Великая дайка Зимбабве. • Дайки встречаются группами, образуя дайковые пояса, рои даек. • Помимо линейных, встречаются кольцевые, цилиндрические, конические дайки, которые характерны для изометричных в плане структур. • Магматические жилы по морфологии близки к дайкам, но отличаются более сложной формой (содержат много апофиз и ответвлений). Механизм образования даек А. К. Корсаков, 2009 А – образование разрыва; Б – раздвиг по разрыву; В – заполнение полости магматическим расплавом

Дайки основных пород в гранитах. Аляска ttp: //upload. wikimedia. org

Лейкократовые дайки Аляска, Национальный парк http: //www. geologyclass. org

Дайки нескольких генераций Новая Зеландия http: //www. otago. ac. nz

Ветвящаяся дайка

14. 3. 3. Редкие несогласные интрузивные тела • Этмолиты [ гр. е thmos — воронка + lithos — камень ] – тела неправильной формы, расширяющиеся кверху наподобие воронки. Часто сложены щелочными породами. • Акмолиты [ гр. akme — острие + lithos — камень ] – имеют форму острия ножа , направленного вверх ( пламеобразную форму). По размерам соответствуют штокам. • Бисмалиты [ гр. bisma — пробка + lithos — камень ] – тела, по форме напоминающие пробку. • Хонолиты [ гр. chonevo — отливаю + lithos — камень ] — тела неправильной формы, образовавшиеся в ослабленных зонах вмещающих пород, заполняющие «пустоты» обрушения в них. Обычно сложены гранитоидами. Редкие несогласные интрузивные тела А. К. Корсаков, 2009 А – этмолит; Б – акмолиты; В – бисмалит. 1 – интрузивные тела; 2 – вмещающие породы Хонолит

Протрузии • Протрузии – геологические тела, сложенные интрузивными породами глубинных фаций, вдвинутые в холодном состоянии в вышележащие слои в результате каких-либо тектонических процессов, проходивших в земной коре. У них не наблюдаются активные контактовые явления. Они являются бескорневыми геологическими телами. В последнее время широко распространилась идея о протрузивной природе альпинотипных ультрабазитов.

14. 3. 5. Протрузии на геологической карте и разрезе Фрагмент учебной геологической карты № 21 Протрузии

14. 3. 4. Частично согласные интрузивные тела • К частично согласным телам относятся гарполиты и магматические диапиры. • Гарполит – интрузивное тело серповидной формы , которое в верхней части имеет согласные контакты с вмещающими породами, а в нижней – интрузивные (рвущие). • Магматический диапир – интрузивное тело грушеобразной или веретенообразной формы , имеющее в верхней части согласные контакты с породами рамы, а в нижней – рвущие. Гарполит А. К. Корсаков, 2009 1 – горизонтально залегающие слои; 2 – складчатый фундамент; 3 — интрузивное тело Магматический диапир А. К. Корсаков, 2009 1 – вмещающие породы; 2 – интрузивное тело

14. 4. Внутреннее строение интрузивных тел • Разнообразие состава интрузивных тел обусловлено количеством фаз внедрения магмы, а также ее дифференциацией. • По количеству фаз внедрения магмы интрузивные тела подразделяются на однофазные и многофазные. • Наблюдается закономерное изменение состава горных пород от более древних фаз к более молодым. Ранние фазы чаще сложены основными, а более поздние кислыми горными породами ( гомодромная последовательность ). Реже наблюдается обратная последовательность: ранние фазы сложены кислыми, а более молодые – средними и основными породами ( антидромная последовательность ). • В пределах каждой фазы внедрения может происходить дифференциация магмы, вследствие проявления следующих процессов: — ассимиляция ; — ликвация ; — гравитационно-кристаллизационная дифференциация. • Ассимиляция – процесс изменения состава магмы, особенно краевых частей интрузий, вследствие расплавления вмещающих пород. Краевые фации интрузивов по этой причине могут иметь или более кислый или более основной состав по сравнению с центральными частями. • Ликвация [ лат. liquatio — разжижение ] — процесс разделения однородной магмы при понижении температуры на две или более разные по составу несмешивающиеся магмы. Доказано, что такой процесс происходит при формировании сульфидных медно-никелевых месторождений: магма основного состава разделяется на рудную и безрудную. При этом рудная часть локализуется в основании магматической камеры. • Гравитационно-кристаллизационная дифференциация происходит вследствие разновременной кристаллизации минералов из охлаждающейся магмы. При этом высокотемпературные тяжелые минералы осаждаются на дно магматической камеры, а легкие, напротив, всплывают. Этот процесс идет последовательно и завершается кристаллизацией наиболее низкотемпературных минералов. Таким механизмом объясняется образование расслоенных интрузивных массивов ультраосновного, основного состава (Бушвельский — в Африке и Чинейский — в Забайкалье) и щелочного состава (Лавозерский массив на Кольском полуострове). Для таких массивов характерна «стратификация» , напоминающая стратификацию осадочных горных пород.

Ассимиляция и кристаллизационная дифференциация магмы http: //t 1. gstatic. com 1 – ассимиляция вмещающих пород; 2 – процесс осаждения высокотемпературных минералов на дно магматической камеры; 3 – общий вид формирования интрузивных тел

Колонка стратификации Бушвельдского массива (ЮАР) http: //www 2. brevard. edu/reynoljh/onlinegeology/igneousrocks/assets/Bushveld. jpg

Кристаллизационная дифференциация магматических расплавов Схема формирования кумулятов Выделение железо — магнезиальных минералов и погружения их на дно Проникновение рудного расплава вниз Всплывание легких силикатных минералов и образование согласных залежей

Хибинский и Ловозерский щелочные массивы – типичные дифференцированные интрузивные тела http: //www. biodivers ity. ru/kola/html/khibi ny/image 006. jpg

14. 5. Прототектоника интрузивных тел • ПРОТОТЕКТОНИКОЙ называется первичная магматическая тектоника интрузивного тела, возникшая вследствие движения жидких или пластических магматических массы, и в процессе её остывания. Прототектоника находит своё выражение в линейных и плоскостных структурах течения, а также в трещинах. • Выделяют прототектонику жидкой фазы, твердой фазы. – Прототектоника жидкой фазы – структурные элементы, обусловленные течением магмы непосредственно в процессе образования массива. – Прототектоника твердой фазы – структурные элементы, возникшие в отвердевшем массиве при его остывании. Их формирование связано главным образом с контракцией , т. е. с уменьшением объема вещества при остывании.

Прототектоника жидкой фазы 1. Линейные текстуры течения (» линейность «) – ориентированное, параллельное расположение удлиненных элементов породы: 1 а – столбчатых, игольчатых и 1 б – удлиненно-таблитчатых (кристаллов амфибола, плагиоклаза, длинных ксенолитов и пр. ). 2. Полосчатые текстуры течения – «послойное» чередование пород различного состава или полос, обогащенных каким-либо одним или несколькими минералами (слюдой, кварцем, полевым шпатом, роговой обманкой). 3. Полосчато-линейные текстуры течения – ориентированное, параллельное расположение удлиненных и уплощенных элементов породы (удлиненно-таблитчатых кристаллов полевых шпатов, вытянутых плоских ксенолитов). 1 а 1 б

Расположение линейных и полосчатых текстур течения по отношению к контактовой поверхности интрузивного массива В. Н. Павлинов, 1979 1 – линейные элементы; 2 – плоскостные (полосчатые) элементы; 3 – возможное сочетание линейных (стрелки) и плоскостных элементов; 4 – шлировые текстуры

Схемы структурных типов интрузивных массивов по Р. Болку (плановое изображение) А – купол полос течения; Б – свод полос течения (центральная часть тела состоит из массивных пород); В – купол линий течения; Г – свод линий течения. • Следствием существования плоскостных параллельных «текстур течения» является полосчатость интрузивных пород. • Первичная полосчатость располагается параллельно поверхности контакта. Линии течения почти всегда совпадают с направлением максимального растяжения магматических масс в период течения. • Линейность располагается параллельно направлению течения. Первичная полосчатость и линейность нередко отчетливо развиты в жилах интрузивных пород, в которых они ориентированы параллельно ограничивающим жилы поверхностям.

Прототектоника твердой фазы • Кристаллизация магмы в магматическом очаге приводит к образованию интрузивных пород. В процессе охлаждения происходит уменьшение их объема. Это приводит к возникновению внутренних напряжений, которые при превышении предела прочности вызывают разрушение породы с образованием трещин. Они и являются элементами прототектоники твердой фазы. • Среди первичных трещин выделяют четыре главных типа , названных Г. Клоосом: пластовые — L [Lager] , поперечные – Q [Quverk] , продольные – S [Spaltung] , диагональные – STR [? ]. На чертеже обозначены буквой D. Расположение первичных трещин (S, L, Q) в интрузивных породах В. Н. Павлинов, 1979 А – в своде тела; Б – в сочетании с диагональными трещинами ( D)А Б

Прототектонические (первичные) трещины в интрузивном массиве А. К. Корсаков, 2009 Параллельные кровле. Нормальносекущие. Кососекущие

14. 6. Определение возраста интрузивных тел • При изучении интрузивных тел определяется относительный и абсолютный возраст. • Абсолютный возраст слагающих интрузив пород и продолжительность становления простых и сложных массивов определяется радиологическими методами: K-Ar, Rb-Sr, Sm-Nd, U-Pb и др. Методы основаны на определении соотношения элементов и их изотопов, сформировавшихся в процессе кристаллизации магмы, и продуктов их распада. Время устанавливается с учетом периода полураспада. • Определение относительного возраста интрузивных тел основано на сопоставлении времени образования интрузива с возрастом вмещающих пород. • В полевых условиях на более молодой возраст интрузива по сравнению с окружающими породами указывает : присутствие в массиве ксенолитов вмещающих пород, наличие во вмещающих породах зон закалки, контактово-термальных и контактово-метасоматических горных пород, апофиз и т. п. На более древний возраст интрузива указывает отсутствие указанных признаков, а также наличие во вмещающих породах базальных конгломератов, содержащих гальку, сложенную породами массива. • Таким образом, нижняя возрастная граница определяется по активному интрузивному контакту с наиболее молодыми подразделениями вмещающих пород, а верхняя – по возрасту наиболее древнего стратиграфического подразделения, с которым интрузив имеет трансгрессивные контакты, или по возрасту интрузива, с которым он имеет пассивные интрузивные контакты. • Достаточно просто определяется относительный возраст силлов и похожих на них лавовых потоков. Интрузивная залежь моложе пород кровли и подошвы, имея с ними активный контакт. Поток (покров)застывшей лавы моложе подстилающих пород (образует с ними активный контакт), но древнее кровли (образует с ее породами пассивный контакт).