Общая геология Лекция № 11 -1 М А

Общая геология Лекция № 11 -1 М А Г М А Т И З М

ПЛАН ЛЕКЦИИ 1. Понятие о магме и магматическом очаге 2. Образование магматических горных пород 3. Интрузивный магматизм 3. 1. Элементы строения интрузивов, размеры, форма, и глубина формирования 3. 2. Проблема пространства, занимаемого интрузивными телами 4. Вулканизм 4. 1. продукты вулканических извержений 4. 2. Типы вулканических аппаратов и построек 4. 3. Категории и типы извержений 4. 4. Поствулканические явления

Процессы, изменяющие земную кору и её поверхность, принято делить на: Экзогенные (процессы внешней динамики) и эндогенные (процессы, происходящие внутри Земли). Экзогенные процессы протекают под действием солнечной энергии и силы тяжести. Эндогенные – под действием внутренней энергии, внутреннего тепла Земли, той же силы тяжести. Эндогенные процессы: магматические, метаморфические и тектонические процессы.

Главные черты рельефа Земли – океаны и континенты, равнины и горные хребты – обязаны действию внутренних (эндогенных) сил, источник которых лежит в глубинных недрах Земли.

Лишь детали рельефа, его тонкая скульптура выработаны действием поверхностных, внешних (экзогенных) факторов, таких, как деятельность поверхностных водных потоков,

ветра,

ледников,

морского прибоя и т. п.

Роль внутренних сил Земли чрезвычайно велика. Наиболее наглядно они проявляют себя вулканическими извержениями и землетрясениями.

• Магматизм – процесс образования и перемещения из глубоких недр Земли к её поверхности горячих силикатных расплавов (магм), содержащих в растворённом виде летучие компоненты (пары воды и различные газы).

Магматизм принято делить на: 1) Магматизм глубинный, или интрузивный (лат. «интрузио» - проникать, внедрять), или плутонизм (по имени древнеримского бога подземного царства Плутона). При интрузивном магматизме магма не достигает поверхности Земли и затвердевает на глубине Интрузивный массив Лос- Куэрнос (рога), Чили

2) Вулканизм, поверхностный или эффузивный (лат. «эффузио» - излияние) магматизм. Остров Вулькано (Липарские острова) – кузница Вулкана, древнеримского бога огня и металлических ремёсел.

Магма (от греч. – густая мазь) – флюидно-силикатный расплав Магма – трёхкомпонентный расплав, состоящий из жидкости, твёрдых кристаллов и летучих компонентов (флюидов), находящихся как в растворённом виде, так и в виде газовых пузырьков.

Силикатный расплав состоит главным образом из оксидов кремния, алюминия, кальция, железа, магния, титана, натрия и калия. Флюиды – летучие компоненты представлены парами воды, углекислотой, водородом, серным и сернистым газами, сероводородом и др. газами При охлаждении и затвердевании (кристаллизации) в магме образуются различные минералы. Преимущественно – это минералы класса силикатов, из которых практически нацело состоят магматические горные породы.

Источники информации о магме 1) Наблюдаемые извержения 2) Разнообразные магматические породы. Их состав соответствует составу магмы, за исключением летучих компонентов, потерянных при затвердевании. 3) Данные экспериментальной петрологии 4) Геофизика

Магматические горные породы Горные породы – природные минеральные агрегаты более или менее постоянного минералогического состава. По своему генезису магматические горные породы делятся на: 1) Интрузивные (внедрившиеся, плутонические) – образуются в толще земной коры на различных глубинах. 2) Эффузивные (излившиеся, вулканические) – образуются на поверхности земной коры в морских или наземных условиях. 3) Вулканогенно-обломочные (пирокластические) – образуются в результате осаждения на поверхности Земли обломочного вулканогенного материала выброшенного в атмосферу при взрывных извержениях.

По происхождению магматические горные породы делятся на: 1) Интрузивные (внедрившиеся, плутонические) – образуются в толще земной коры на различных глубинах. г. Аюдаг, Крым

2) Эффузивные (излившиеся, вулканические) – образуются на поверхности земной коры в морских или наземных условиях. Гавайи

3). Вулканогенно-обломочные (пирокластические) – образуются в результате осаждения на поверхности Земли обломочного вулканогенного материала выброшенного в атмосферу при взрывных извержениях.

Вещественный состав магматических пород Химический состав Показывает количественные соотношения химических элементов, входящих в состав породы, зависит от состава магмы. Главные петрогенные (породообразующие) оксиды: Si. O 2, Al 2 O 3, Fe 2 O 3, Mn. O, Mg. O, Ti. O, Ca. O, Na 2 O, K 2 O – до 98% массы породы. По количеству Si. O 2 в химическом составе магматические породы делятся на кислые, средние, основные и ультраосновные, по количеству Na 2 O+K 2 O магматические породы делятся на нормальные (щелочно-земельные), субщелочные и щелочные.

Кремнезём (Si. O 2) в виде петрогенного оксида присутствует во всех магматических породах, слагая от 30 до 78% их массы.

Минеральный состав Показывает в каких макроскопических соединениях находятся химические элементы, т. е. из каких минералов состоит порода. Связан с химическим составом, и зависит от условий образования породы. Главные породообразующие минералы магматических пород – силикаты + кварц (~99% массы пород).

Зарождение магм Магматические расплавы зарождаются в континентальной земной коре и верхней мантии Земли в интервале глубин от 10 -15 до 250 -300 км. Поверхность астеносферы – главная область генерации магмы. Астеносфера находится в эффективно твёрдом состоянии. Это среда, в которой расплав (1 - 5%) заполнят только межзерновое пространство.

Магматические очаги возникают в результате частичного плавления мантийного или корового вещества Плавление вещества на контактах минеральных зёрен.

Первичные очаги плавления могут возникать выше астеносферы - в литосфере. Механизмы плавления: 1) Увеличение температуры выше точки плавления при постоянном давлении. 2) Быстрый, почти изотермический подъём нагретого вещества. 3) Резкое падение литостатического давления. 4) Увеличение флюидного давления при дегидратации минералов содержащих гидроксид-ион.

Геофизические данные и состав некоторых магматических расплавов свидетельствуют о том, что магматические очаги могут формироваться и в земной коре. Магматические очаги вулканов Камчатки.

3 Расплав легче твёрдых пород, его окружающих. Разность плотностей составляет около 0, 5 г/см . Вязкость расплава, определяющая его подвижность, на 10 -20 порядков ниже вязкости твёрдых пород. Поэтому магматические очаги механически неустойчивы. Расплав, возникающий при частичном плавлении, выжимается из межзернового пространства и под действием силы тяжести просачивается вверх. Отдельные капли расплава сливаются вместе. Образуются крупные магматические очаги. Расплав пробивается вверх, используя трещинные каналы и раздвигая их стенки.

Условия остывания магмы и превращения её в горную породу и плавления породы с образованием магмы Магма застывает при: -Падении температуры -Увеличении давления -Удалении летучих Порода плавится при: -подъёме температуры -снижении давления -добавлении летучих

Причины разнообразия магматических пород - физико-химические процессы, нарушающие однородность первичного расплава. 1) Кристаллизационная дифференциация. Разделение однородного расплава на различные по химическому составу фракции в процессе выделения кристаллов из расплава. Отделение кристаллов от расплава происходит под действием силы Бинарный кристаллизационный ряд тяжести. Нормана Боуэна.

2) Ассимиляция (Реджинальд Дели) – процесс полной переработки вмещающих пород, контактирующих с магмой или попавших в неё в виде обломков (ксенолитов). 3) Ликвация – разделение магмы на две несмешивающиеся жидкости. 3) Гибридизация – процесс неполной переработки магмой вмещающих пород.

В ходе гибридизации внутри магматической камеры остаются непереплавленные ксенолиты, вокруг них магма «загрязняется» чужеродными компонентами. Образуются гибридные породы, резко отличающиеся по своему составу от пород остальной части интрузива.

Частично переработанные ксенолиты в магмах

Интрузивный магматизм г. Шипрок, базальтовый некк к СВ от Нью-Мехико.

Наблюдения показывают, что 90% магмы не изливается на земную поверхность, а затвердевает на той или иной глубине, образуя интрузивные (внедрённые) тела - интрузивы. Размеры интрузивов меняются от сотен километров в поперечнике до тел шириной не более нескольких сантиметров, объёмы – от тысяч кубических километров до первых кубических метров. Фрагмент карты Урала, м-б 1: 5 000

Первоначально интрузивы располагаются на глубине от нескольких сотен метров до многих километров, недоступны для прямых наблюдений и фиксируются по характеру распространения упругих волн, тепловым и другим геофизическим аномалиям.

Становятся доступными для изучения после выведения на дневную поверхность благодаря подъему блоков земной коры и удаления перекрывающих их пород. Башня дьявола, Вайоминг

Элементы строения интрузива Апофиз Магматическая жила ↓ ↑Эндоконтакт→ ←Ксенолит Ксенолит → ←Экзоконтакт Зона эндоконтакта – внутренняя зона изменения пород интрузивного тела. Зона экзоконтакта – внешняя зона теплового воздействия интрузивного тела на вмещающие породы.

85% всех интрузивных тел сложено гранитоидами, 10% породами среднего состава. Основные и ультраосновные породы составляют не более 3 -5%. Систематика интрузивных тел, отражающая их размеры, форму и взаимоотношения с вмещающими осадочными породами (рамой), предложена Р. Дели (США) в 1914 году. Систематика носит формальный и довольно условный характер, но удобна тем, что каждый из выделенных типов интрузивов обладает некоторыми общими чертами строения.

Согласные и несогласные интрузивы По отношению к слоистости вмещающих пород или к структурным формам залегания пород интрузии делят на: А Б А) согласные, Б) несогласные (секущие).

Согласные интрузивы Силлы (пластовые интрузивы) ← Силл Монтана

Силлы – плоские, интрузивные тела преимущественно основного состава мощностью до 500 м. Образуются на небольшой глубине. Могут быть наклонными, горизонтальными, вертикальными. При образовании силлов магма проникает между слоями вдоль поверхностей наслоения, «расталкивает» слои и растекается между ними. Площади огромны – тысячи и десятки тысяч км 2 . Возможно, что столь широкое растекание связано с расклинивающим действием флюидов (паров и газов), содержащихся в магме. Часто образуют многоэтажные сложные интрузивные залежи – трапповую формацию, широко развитую на платформах.

Траппы Восточной Сибири Фото Р. В. Веселовского

Траппы плато Путорана

Разновидности пластовых интрузивов Лакколиты Юта

Лакколиты - линзовидные интрузивные тела (Ø 3 -6 км) с выпуклыми или куполообразными верхними и относительно горизонтальными нижними поверхностями. Как и силлы, они залегают согласно со слоями вмещающих отложений. Грибообразная форма указывает на активное внедрение магмы под большим давлением, приводящему к раздвиганию слоёв и образованию сводового поднятия пород кровли. Образуются на небольшой глубине. Состав магмы средний.

Лополиты — очень крупные линзовидные пластовые интрузивные тела, вогнутые в центральной части - блюдцеобразной формы, залегающие согласно структурам вмещающих пород. Мощность лополитов достигает сотен метров. Один из крупнейших лополитов (в поперечнике ок. 500 км, 2 площадью 144 тыс. км ) обнаружен в Трансваале (ЮАР).

Бисмалит - лакколит, осложненный цилиндрическим поднятием. Происхождение обязано избыточному давлению вязкой магмы над весом вышележащих слоев, что приводит к возникновению системы трещин в кровле лакколита, куда внедряется магма с образованием секущего цилиндрического или конического тела. Гарполит – пластовое интрузивное тело серпообразной формы. Факолит – небольшое линзовидное интрузивное тело, резко изогнутое согласно с вмещающими породами. Образуются либо после смятия вмещающих пород в складки, либо вместе с ними.

Частично согласные интрузивные тела Магматические купола, или диапиры Аю-Даг, Крым

Представляют собой относительно небольшие, частично согласные интрузивные тела, имеющие форму перевернутой капли с куполовидной кровлей. В кровле контакты с вмещающими породами согласные, в боковых стенках - секущие. При внедрении магматические диапиры деформируют вмещающие толщи, приподнимая их в кровле и вызывая образование мелких складок и разрывов вблизи боковых контактов.

Магматические диапиры Кавказских Минеральных Вод. Г. Бештау.

Несогласные (секущие) интрузивные тела Дайки Дайка – интрузив, имеющий форму плоского тела относительно небольшой мощности при значительной длине, залегающий вертикально или круто. Мощность самых тонких даек может измеряться сантиметрами. По сути дайка представляет собой трещину, заполненную магматическим расплавом.

Дайка долеритов в доломитах рифея (Восточная Сибирь) Фото Р. В. Веселовского. Дайка. Большой Каньон. Крым

При небольшой мощности одиночные дайки могут протягиваться на очень значительные расстояния. Дайка-змейка и дайка- стена. Восточная Сибирь. Фото Р. В. Веселовского.

Самая крупная известная дайка – Великая дайка Зимбабве. Интрузивный массив c крупнейшими месторождениями хромовых руд. Протягивается на 560 км при мощности от 3, 2 до 12, 3 км.

Дайки часто образуют группы, системы или пучки. Радиальные дайки в районе Санлайт (Вайоминг) вокруг магматического центра (по М. П. Биллингсу). Системы даек, имеющих форму конусов, образуются над магматическими очагами, расположенными на некоторой глубине. Конические дайки – конус острием вниз. Кольцевые – конус острием вверх.

Некки и штоки Некк Шипрок (Нью-Мехико) и дайка.

Некки (вулканические жерла) Некки - цилиндрические интрузивные тела, заполняющие жерла вулканов, обычно имеющие диаметр не более 1, 5 км. Шипрок, Нью-Мехико Вулканические некки прочнее вмещающих пород, благодаря чему после разрушения эрозией вулканических построек они сохраняются в рельефе в виде шпилей или крутосклонных холмов. Башня дьявола, Вайоминг.

Штоки Столбообразные интрузивы с крутыми контактами, в плане изометрической формы, площадь 2 выхода на поверхность < 100 км . Штоки сложены самыми различными по составу породами от гранитов до ультраосновных. Шток Брамберг (Намибия).

Массив Кондёр (Алданское нагорье). Шток ультраосновных пород. Одно из самых крупных в мире месторождений платины.

Батолиты 2 Самые крупные (S > 100 км ) интрузивные тела. В плане имеют удлиненную форму. Размеры батолита Берегового хребта 1700 км на 80 -100 км. В Андах гранитный батолит протягивается на 6000 км от Огненной Земли до севера Перу. Его ширина ~ 100 км. →

Обычно наблюдается лишь верхняя куполообразная поверхность батолитов, осложненная выпуклостями и впадинами меньшего размера. ↑Провесы кровли↑ Боковые стенки батолита обычно крутые, наклонены в стороны от массива, что создаёт впечатление его расширения с глубиной, «бездонности» интрузива. Современная геофизика не подтверждает представления о «бездонности» батолитов. Наряду с гранитными плутонами, уходящими на глубину 8 -10 км, есть и довольно «тонкие» гранитные пластины толщиной 1 -2 км.

Экзоконтактовые ореолы Ширина ореола зависит от температуры и крутизны наклона боковых стенок интрузива (изменяется от первых см до десятков км).

Условное разделение интрузивов по глубине формирования Субвулканические до 1 км (близповерхностные), силлы, некки. до 2 -3 км Гипабиссальные (среднеглубинные), дайки, лополиты, лакколиты, факолиты. < 3 км Абиссальные (глубинные), батолиты, штоки, бисмалиты, гарполиты. Разделение только по структуре пород!

Проблема пространства, занимаемого интрузивными телами Дайки. Магма действует на вмещающие породы как гидравлический клин. На глубине (> 3 км)происходит гидроразрыв, магма использует трещины. Сжимающее напряжение Давление магмы Межпластовые тела (силлы, гарполиты, лаколиты, лополиты и др. используют полости отслоения между различными по своим свойствам слоями вмещающих горных пород.

Куда деваются вмещающие породы при образовании крупных интрузивных тел? В поисках решения этого вопроса было предложено четыре гипотезы. 1) Ассимиляционная – жидкая магма занимает своё пространство путём расплавления вмещающих пород. Аргументы «за» . Образование на периферии массивов оторочек гибридных пород. «Против» . Гибридные Ассимиляция не имеет породы всеобщего значения. Одинаковые по составу массивы часто залегают среди пород, имеющих совершенно различный химический состав. Если бы ассимиляция играла решающую роль, состав интрузий изменялся бы в зависимости от состава вмещающих пород. Этого не наблюдается.

2) Тектоническая – магма сминает вмещающие породы, а породы кровли приподнимает и освобождает пространство для себя. Детальное изучение крупных интрузивных массивов не обнаружило прямой зависимости между формами поверхности интрузивов и структурами пород кровли. Кроме того, у крупных батолитов часто не проявляется никакого динамического воздействия на породы рамы!

3) Обрушения – неравномерный нагрев пород кровли над поднимающимся интрузивом вызывает их отслаивание, разламывание и обрушение обломков в расплав. Обломки тяжелее магмы, поэтому быстро тонут, незначительно оплавляясь в верхней части очага. Их полная ассимиляция происходит только на значительной глубине. Поэтому состав магмы в верхних частях интрузивов мало зависит от состава замещенных магмой пород кровли.

4) Гранитизация У части крупных гранитных батолитов отсутствуют явные признаки активного механического внедрения. Гранитный материал постепенно замещает исходный субстрат. По ксенолитам иногда даже можно проследить первичную слоистость вмещающих пород. Гранитизация – процесс образования гранитов на месте за счёт переработки пород рамы при их взаимодействии с горячими растворами