Петрография. • Заридзе Г. М.

Петрография. • Заридзе Г. М. Петрография магматических и метаморфических пород. . М. : «Недра» , 1980. • Петрография. Изд-во МГУ. Под. Ред. А. А. Маракушева. • Белоусова О. Н. , В. В. Михина. Общий курс петрографии. М. : «Недра» , 1972. • А. М. Даминова. Породообразующие минералы. - М. : Высшая школа, 1974 г. , 171 с. 1

Лекция 1 • Предмет петрографии • Методы петрографических исследований • Кристаллооптический (микроскопический, петрографический) метод исследования г. п. 2

n Петрография (петрология) – геологическая наука вещественного цикла, занимающаяся изучением горных пород. n Горные породы - природные минеральные агрегаты, слагающие самостоятельные геологические тела, имеющие форму, объем, состав, условия залегания и слагающие земную кору и мантию, Луну и железо-каменные объекты Солнечной системы. n Строение горной породы определяется структурой и текстурой. Минеральный состав, строение и формы залегания горной породы отражают условия ее образования. 3

Классификация горных пород по происхождению: p Магматические. Интрузивные и эффузивные. p Осадочные. Образование в результате экзогенных процессов. p Метаморфические породы – образуются из любых пород под воздействием температуры, давления, газово- жидких растворов. p Смешанные породы p Туффиты от 10 до 50% нормального осадочного материала, p Туфогенные конгломераты, песчаники, сланцы. От 10 до 50% вулканогенного материала. 4

Методы изучения горных пород. • 1. Полевые методы: • - геологическое картирование • - специальное петрографическое картирование (условия залегания, морфология, внутреннее строение, взаимоотношения, возраст) • 2. Лабораторные методы: • - химический состав горных пород и породообразующих минералов: химический, спектральный, ионно (электронно) - зондовые методы, • - минеральный состав – микроскопия, в т. ч. электронная, термический анализ, рентгенофазовый; • - гранулометрический анализ осадочных пород • - физ. исследования г. п. и составляющих их минералов – плотность, скорость прохождения сейсмических волн, электро- и другие свойства, коллекторские свойства - Петрофизика. • - математические методы – обработка анализов, петрохимия • - петрологический эксперимент • - моделирование 5

Кристаллооптический (микроскопический, петрографический) метод изучения горных пород. • Оптические постоянные минералов • показатель преломления n, • коэффициент поглощения k • коэффициент отражения R • отражательная способность. • R=(n-1)2+k 2 / (n+1)2+k 2 • 6

Оптические свойства минералов • a=b=c • a=b≠c • a≠b≠c • Минералы кубической сингонии изотропны. • Минералы средних и низших сингоний оптически анизотропны, двупреломляющие – разлагают свет на две волны с разными значениями n. 7

минералы средних сингоний • оптически одноосны - одно направление в кристалле без двупреломления • – оптическая ось – (оси 3, 4, 6) • два показателя преломления: • постоянный nо – обыкновенный, • и изменяющийся nе – необыкновенный (диапазон изменений nо-nе). • • если nе nо – кристалл оптически положительный, наоборот – отрицательный 8

Минералы низших сингоний • оптически двуосны (два направления без двупреломления). • В любых направлениях кроме оптических осей образуются два луча - необыкновенные. • Три характеристических показателя преломления ng, nm, np (большой, средний и маленький). • Принято, что если ng - nm - np, кристалл оптически положительный, • если ng - nm - np, – кристалл оптически отрицательный. 9

Волновая поверхность – поверхность, построенная на показателях преломления в направлении распространения света. • Для кубических кристаллов – шар • Для минералов средней категории – шар, вписанный в эллипсоид, или эллипсоид, вписанный в шар – одна оптическая ось вращения эллипсоида совпадает с диаметром сферы. • Для минералов низших категорий суммарная волновая поверхность является комбинацией двух волновых поверхностей с четырьмя точками касания, т. е. с двумя оптическими осями. 10

Сечения волновых поверхностей + - Средние сингонии Низшие сингонии 11

Индикатриса - поверхность, построенная на величинах показателей преломления отложенных в направлении колебаний электромагнитных волн. ¢ Для минералов в общем случае – это эллипсоид с тремя различными осями. Оси симметрии эллиптического сечения индикатрисы – единственные направления, вдоль которых совершаются колебания световых волн в данном сечении кристалла. 12

Принцип построения индикатрисы 13

Сечения индикатрисы кристаллов средних сингоний 14

Поверхность показателей преломления и оптическая индикатриса кристаллов средних сингоний + _ Ne=Np Ne=Ng No=Ng No=Np наибольший и наименьший показатели преломления кристалла – ng и np и численно равные им полуоси оптической 15 индикатрисы Ng и Np.

p Эллиптическое сечение индикатрисы, проходящее вдоль оптической оси, называется главным сечением и характеризуется крайними значениями показателей преломления. p Во всех других эллиптических сечениях индикатрисы необыкновенный луч будет иметь какое-то промежуточное значение nе. 16

Ориентировка оптической индикатрисы Вытянутый эллипсоид Сплюснутый эллипсоид положительный отрицательный 17

Оптическая индикатриса кристаллов низших сингоний p трехосный эллипсоид с тремя неравными взаимно перпендикулярными осями. Эти три оси по величине отвечают трем разным показателям преломления p – ng, nm, np и обозначаются p Ng, Nm, Np. Трехосный эллипсоид обладает двумя круговыми сечениями, проходящими через Nm. Перпендикулярно каждому круговому сечению проходит оптическая ось. 18

19

Оптическая индикатриса кристаллов низших сингоний Три главных сечения, в сечении ng-np лежат оптические оси – плоскость оптических осей 20

Разрез индикатрисы по плоскостям оптических осей 21

p В ромбических кристаллах три взаимно перпендикулярные единичные направления, совпадающие с осями индикатрисы Ng, Nm, Np. p В моноклинных кристаллах единичное направление, совпадающее с (L 2) или нормалью к плоскости симметрии (Р) с ним всегда совпадает одна из трех осей оптической индикатрисы (Ng или Nm, или Np). p В триклинных кристаллах нет осей и плоскостей симметрии. Все направления единичны -оптическая индикатриса может ориентироваться в каждом кристалле триклинной сингонии по-разному. 22

Лекция 2 p Химический состав магм: петрогенные элементы и редкие элементы p Строение магмы p Минералогический состав магматических горных пород: главные (салические и фемические) и акцессорные минералы. Вторичные минералы магматических г. п. 23

Магма p Магма существенно ионный силикатный и алюмосиликатный расплав с квазикристаллическим строением и сложной сиботаксической структурой. В строении различается ближний порядок и дальний порядок. p Растворимость воды - H 2 O p Летучие компоненты –F, Cl, B, H, S, C, P. 24

Вещественный состав магм p Химический состав вне зависимости от условий образований показывает количественные соотношения химических элементов. p Минеральный состав – в каких формах находятся эти элементы. Химический и минеральный состав взаимосвязаны. p петрогенные (литофильные) элементы: p Si. O 2, Al 2 O 3, Fe. O, Mn. O, Mg. O, Ca. O, Na 2 O, K 2 O, P 2 O 5. p легколетучие вещества - 25

Редкие элементы магматических поро p Ультраосновные – Cr, Co, Ni p Основные - Cr, Co, Ni, Se, V p Средние – B, F, V, Rb, Sr, Zr, Ba, Pb. p Кислые – Li, Be, B, F, Rb, Zr, Ta, Pb, Th, U 26

Главные породообразующие минералы 27

Оливин (перидот) p - (Fe, Mg)2[Si. O 4]. p Крайние члены изоморфной серии: форстерит - Mg 2[Si. O 4] фаялит - Fe 2[Si. O 4], p монтичеллит - (Са. Mg)2[Si. O 4]. 28

Пироксены p Ромбические пироксены: p Энстатит Mg 2(Si 2 O 6). p Гиперстен (Fe, Mg)2(Si 2 O 6) p Ферросилит (Fe)2(Si 2 O 6). p Моноклинные пироксены: p Диопсид - Са. Mg(Si 2 O 6) p Геденбергит Са. Fe(Si 2 O 6). p *Сподумен Li. Al(Si 2 O 6). p Жадеит Na. Al(Si 2 O 6). p Эгирин Na. Fe(Si 2 O 6). p Авгит - моноклинный пироксен Ca(Mg, Fe, Al) (Si, Al)2 O 6. 29

Пироксены 30

АМФИБОЛЫ • Роговые обманки с общей формулой • Са 2(Mg, Fe)4 Al[Al Si 7 O 22](ОН)2. • Могут быть содержащие Na. 31

Слюды • Мусковит – парагонит • KAl 2(Al. Si 3 O 10) (F, OH) - Na. Al 2(Al. Si 3 O 10) (F, OH). • Биотиты – Fe-Mg слюды. • 4 главных минера: флогопит, сидерофиллит, аннит, истонит. • (Mg, K, Fе) Na. Al 2(Al. Si 3 O 10) (F, OH) 32

Группа граната p Минералы с общей формулой R 3+2 R 2+3 (Si. O 4)3 ; где R+2 - Mg, Fe, Mn, Ca; а R+3 - Al, Fe, Cr, Mn. p Группа алюминиевых гранатов - пиральспиты (альмандин- Fe, пироп - Mg, спессартин - Mn) p кальциевых– уграндиты p (гроссуляр - Al, уваровит - Cr, андрадит - Fe) 33

Группа мелилита p – Акерманит - Са 2 Mg(Si 2 O 7) p - Геленит - Са. Al(Al. Si. O 7). p Натромелилит - Na. Са. Al(Si 2 O 7) 34

Полевые шпаты 35

Группа кремнезема 36

Фельдшпатоиды • Нефелин кальсилит • Na. Al. Si. O 4 KAl. Si. O 4 • Лейцит K(Al. Si 2 O 6) 37

Лекция 3 l Физико-химические основы кристаллизации магматических расплавов l - Кристаллизация с образованием твердых растворов l - кристаллизация по принципу эвтектики l - кристаллизация веществ плавящихся инконгруэнтно 38

Физико-химические основы кристаллизации магматических расплавов При кристаллизации расплава вода существует как отдельная фаза и относительно быстро отделяется от расплава, давая начало гидротермальным растворам. 39

фации магматизма 1) высокотемпературная (1400 -1000 С) вулканическая с понижением от основных к кислым 2) низкотемпературная (700 -800 С, иногда выше) плутоническая. Кристаллизация расплавов процесс необратимый, но его протекание в каждый момент времени идет с тенденцией к равновесным условиям. 40

состояния силикатных систем • Термодинамическая система- это отделённая от внешней среды реальными или воображаемыми границами и заполненная веществом часть пространства, внутри которой между составляющими систему материальными объектами возможен обмен энергией и веществом. • Фаза – физически однородные части системы (расплав, кристаллы) 41

• ликвидус (жидкий) – кривая начала кристаллизации, отвечающая составу расплава • солидус (твердый) - кривая, обозначающая конец кристаллизации и определяющая состав кристаллов • Ликвидус и солидус делят диаграмму на поля • Субсолидус – область реакций, происходящих в твердом состоянии ниже солидуса. 42

Типы плавления • Конгруэнтное плавление – процесс, в котором образуется жидкая фаза с химическим составом, соответствующим первичному материалу - плавление без разложения • Неконгруэнтное (инконгруэнтное) плавление – процесс, в результате которого образуется жидкая фаза, отличающаяся от ранее существовавшей твердой фазы + твердая фаза – D L + A 43

n Основные состояния n а) конгруэнтное плавление, n б) инконгруэнтное плавление, n в) отсутствие растворимости в твердом состоянии, n г) ограниченная растворимость в твердом и жидком состоянии, n д) неограниченная растворимость в твердом и жидком состоянии. 44

Кристаллизация с образованием твердых растворов 45

Диаграмма плавления плагиоклазов при 1 бар и ее изменение при высоких давлениях и под давлением воды. 46

Принцип образования зональных кристаллов 47

Кристаллизация с образованием твердых растворов • *Кристаллы и расплав в течении всего процесса кристаллизации постоянно взаимодействуют друг с другом с одновременным изменением состава и кристаллов и расплава в направлении обогащения менее тугоплавким компонентом. • *первые кристаллы всегда богаче тугоплавким компонентом, чем исходный расплав. Последние кристаллы отвечают составу исходного расплава. • *Состав первых и последних кристаллов, а также температурный интервал кристаллизации зависят от состава исходного расплава. 48

Системы эвтектического типа Конгруэнтное плавление без твердых растворов 49

Смещение эвтектики диопсид - анортит под влиянием давления без летучих компонентов и в присутствии избытка воды 50

Правила эвтектики • *Первым выделяется из расплава компонент, находящийся в избытке относительно эвтектики. • *Количество кристаллов, выделившихся до начала эвтектики, зависит от исходного состава расплава. • *Состав кристаллов постоянен в течение всего процесса кристаллизации. • *Состав эвтектики и температура конца кристаллизации всегда постоянны и не зависят от состава исходного расплава. 51

Эвтектоидные срастания 52

Инконгруэнтное плавление 53

Реакционные ряды Боуэна Влияние щелочей на кристаллизацию и отношений Fe/Mg 54

55