Магматические формации

1.

КУРС ЛЕКЦИЙ
Магматически
е
формации
Преподаватель – Анциферова Татьяна Николаевна

2.

Магматические формации
Целью курса «Магматические формации» является ознакомление с
современными представлениями о магматических формациях, как о
закономерных природных ассоциациях горных пород, с их номенклатурой,
систематикой, принципами выделения, их индикаторной ролью в
реконструкции истории геологического развития литосферы, в формировании
и локализации магматогенных рудных месторождений.
Задачей курса является заложение системных знаний о принципах
формационного анализа магматических образований, об основных подходах и
методах изучения их вещественного состава, о главных видах магматических
формаций, определяющих направление поисков месторождений полезных
ископаемых,
об
использовании
магматических
формаций
для
палеореконструкций геодинамических режимов развития конкретных
регионов и литосферы в целом.

3.

Лекция № 1
Цели и задачи формационного анализа.
Содержание курса.
История развития
магматических пород.
формационного
анализа
Определение понятий и терминов.
Существующие классификации магматических
формаций.

4.

Цели и задачи формационного анализа
Целью формационного анализа является выявление причин и условий
образования естественных природных ассоциаций магматических горных
пород, связанных между собой общностью происхождения. При этом под
общностью происхождения следует понимать сходство геотектонических
условий проявления магматизма, а также сходство петрогенетических
условий и процессов приводящих к образованию однотипных пород на
протяжении геологической истории Земли.
Задачами формационного анализа является:
• выявление связей магматизма с составом, строением и эволюцией земной
коры и литосферы в целом, с геодинамическими режимами, свойственными
определённым этапам развития земной коры.
• разработка теоретических и методологических основ выделения
магматических формаций;
• определение критериев формационной принадлежности магматических
образований;
• сравнительная характеристика главных формационных типов;
• изучение общих закономерностей развития магматизма в истории Земли;
• выявление генетических и парагенетических связей МПИ с определёнными
типами магматических формаций.

5.

СОДЕРЖАНИЕ КУРСА
I. Магматизм дивергентных границ литосферных плит
А. Магматизм спрединговых
центров
• А.1. Срединно-океанические хребты
• А.2. Задуговые бассейны
Б. Магматизм
внутриконтинентальных
рифтов

6.

II. Магматизм конвергентных границ литосферных плит
А. Магматизм зон субдукции
• А.1. Островные дуги
• А.2. Активные континентальные
окраины (андийского и невадийского
типов)
Б. Магматизм зон коллизии

7.

III. Магматизм внутриплитных обстановок
А. Континентальный
внутриплитный магматизм
Б. Океанический
внутриплитный магматизм
IV. Магматизм ранних этапов развития Земли
А. Магматизм гранитзеленокаменных поясов
Б. Магматизм ядер древних
кратонов

8.

9.

История развития формационного анализа магматических пород
Г.В.Тиррела, (публикации 1926 и 1933 гг.)
Т.Барта (публикации 1952),
Ф.Тёрнера и Дж.Ферхугена - «Петрология изверженных и
метаморфических пород» (1961)
Франц Юльевич Левинсон-Лессинг
Михаил Антонович Усов
Александр Николаевич Заварицкий
Юрий Александрович Билибин

10.

История развития

11.

История развития

12.

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ТЕРМИНЫ
Основополагающими понятиями и терминами формационного анализа
магматических пород являются:
Геологическая формация
Магматическая формация:
Формационный тип (абстрактная формация)
Магматический комплекс (конкретная формация)
Магматическая серия:
Петрохимическая серия (абстрактная серия)
Петрографическая серия (конкретная серия)
Магматическая дифференциацмя
Фракционная кристаллизация

13.

• Геологическая формация
•Магматическая формация:
Формационный тип (абстрактная формация)
Магматический комплекс (конкретная формация)
•Магматическая серия:
Петрохимическая серия (абстрактная серия)
Петрографическая серия (конкретная серия)
•Магматическая дифференциацмя
•Фракционная кристаллизация
Геологическая формация
(независимо, осадочная, метаморфическая или
магматическая) представляет собой естественное сообщество горных пород,
возникших в определённой геологической обстановке и отвечающее отдельным
этапам развития того или иного участка земной коры.
В «Геологическом словаре» даётся следующее определение: «Формации
геологические – это сообщества геологических тел объединяемых в
парагенетическом, генетическом, стратиграфическом или каком-либо ином
отношении».

14.

• Геологическая формация
• Магматическая формация:
Формационный тип (абстрактная формация)
Магматический комплекс (конкретная формация)
• Магматическая серия:
Петрохимическая серия (абстрактная серия)
Петрографическая серия (конкретная серия)
• Магматическая дифференциацмя
• Фракционная кристаллизация
Магматическая формация
Формационный тип
(абстрактная формация)
представляет собой более крупную (глобальную) единицу, не
привязанную к конкретному региону или структуре. Под ней
обычно понимается устойчивая, повторяющаяся в процессе
геологической
эволюции,
естественная
ассоциация
магматических горных пород, обладающих определенной
общностью состава.
Магматический комплекс
(конкретная формация)
проявляется в фиксированном геологическом пространстве и
времени. Она представляет собой ассоциацию изверженных
пород, слагающих отдельные тела и их совокупность, которые
характеризуются следующими особенностями:
а) общностью вещественного состава, т.е. сходными
петрографическими, петрохимическими, геохимическими и
минерагеническими признаками;
б) единством структурно-геологического положения, т.е.
развитием в пределах единой крупной геоструктуры;
в) близким временем формирования, т.е. связью с единым
этапом тектоно-магматической эволюции данной структуры.

15.

Гипербазитовая формация (формационный тип). Она включает дунит-гарцбургитовые массивы в разной
степени серпентинизированные и тектонизированные. Во всём мире такие массивы встречаются только в
складчатых поясах (за пределами платформ) в ассоциации с зеленокаменноизменёнными базальтами и плутоническими
(интрузивными) базитами. Возраст этих массивов может быть самый разный – от протерозоя до кайнозоя.
Основные разновидности пород – гарцбургиты, дуниты, серпентиниты. Химический состав пород, несмотря на
различия возраста и удалённости на тысячи километров, очень близкий. Иначе говоря, – это естественная ассоциация
горных пород, в данном случае ультраосновных, многократно повторяющаяся в пространстве и времени – т.е.
формационный тип.
Примером конкретного выражения этого формационного типа (магматический комплекс) могут
служить формация гипербазитов Восточного Саяна или Байкальской горной области, где расположены конкретные
массивы гипербазитов, близких по возрасту и фиксирующих определённый этап развития данных областей.
Состав формации определяется набором видов и разновидностей слагающих ее пород,
выявленных по петрографическим, минералогическим и геохимическим параметрам. При этом
ведущими являются петрографические признаки, в силу чего в названии формаций отражены
названия конкретных видов пород (например, дунит-троктолит-габбровая формация). То есть,
название формационному типу дается по характерным для него типам пород. В сложных
названиях многопородных формаций последовательность перечисления должна соответствовать
нарастающему значению соответствующих признаков.
Например, ассоциация из габбро и сиенита с преобладанием габбро должна быть названа
сиенит-габбровой формацией, а с преобладанием сиенита – габбро-сиенитовой; или ассоциация
из дунита, гарцбургита и лерцолита с преобладанием лерцолита, подчиненной ролью гарцбургита
и еще меньшей — дунита, должна обозначаться как ?дунит-гарцбургит-лерцолитовая.

16.

• Геологическая формация
•Магматическая формация:
Формационный тип (абстрактная формация)
Магматический комплекс (конкретная формация)
•Магматическая серия:
Петрохимическая серия (абстрактная серия)
Петрографическая серия (конкретная серия)
•Магматическая
дифференциацмя
•Фракционная кристаллизация
Магматическая серия
Петрохимическая серия
(абстрактная)
предполагает объединение магматических пород на основе
общих петрохимических признаков.
Классическими петрохимическими сериями являются:
• толеитовая (TNa, TK-Na)
• известково-щелочная (ИNa, ИK-Na)
• субщелочная (СК, СK-Na)
• щелочная (ЩК, ЩK-Na)
Петрографическая серия
(конкретная)
представляет собой частный случай петрохимической, в
названии которой используется название петрографических
видов изверженных пород (шошонит-латитовая, бонинитовая
и т.д.). По существу она включает в себя совокупность пород,
сформированных
при
сходных
физико-химических
параметрах, подчиняющихся тренду дифференциации единой
родоначальной магмы.

17.

НУЖНО ЗНАТЬ !
Толеитовая серия – включает базальты, андезито-базальты, андезиты, небольшие объёмы дацитов и
риолитов. Содержание SiO2 в пределах 48-63 мас.%, однако, типоморфной породой является толеитовый
базальт. В основной массе базальтов присутствует авгит и пижонит. (Иногда называют пижонитовая серия).
Главная отличительная особенность химизма – прогрессивное обогащение железом при относительно
постоянном содержании кремнезёма.
Известково-щелочная серия – включает большие объёмы андезитов, дацитов и риолитов при подчинённой
роли базальтов и андезитобазальтов. Содержание SiO2 от 52 до 70 мас.%. В основной массе присутствует
гиперстен (гиперстеновая серия). Отсутствует тренд обогащения железом.
Субщелочная серия. По типу щёлочности подразделяется на две подсерии – K-Na и К. Субщелочная K-Na
подсерия объединяет субщелочные оливиновые базальты, гавайиты, муджиериты, трахиты, трахиандезиты,
трахириолиты. С ростом содержания SiO2 закономерно увеличивается железистость пород. От толеитовой
отличается более высокой щёлочностью, наличием калиевых и калинатровых полевых шпатов, щелочных
пироксенов, биотита, керсутита. К- подсерия представлена, по существу, шошонитовой петрографической
серией, включающей породы от абсарокитов и шошонитов, до латитов и калиевых риолитов. Наиболее
характерной особенностью является резкое преобладание калия над натрием. Тренд обогащения железом
отсутствует. Породы основного состава составляют порядка 50% объёма, средние 40%, кислые (трахидациты)
10%.
Щелочная серия – главная отличительная особенность, это очень высокое содержание щелочей, что
отражается в наличии фельдшпатоидов (нефелин, лейцит, анальцим). От субщелочной отличается более
высокой щёлочностью, присутствием фельдшпатоидов в модальном составе и, в среднем, более низким
содержанием кремнезёма.

18.

Магматическая формация, по мнению большинства исследователей, представляет
собой совокупность геологических тел или массивов горных пород, тогда как
магматическая серия объединяет собственно петрографические типы и
разновидности.
СОПОСТАВЛЕНИЕ СЕРИАЛЬНОГО И ФОРМАЦИОННОГО ПОДХОДОВ В ИССЛЕДОВАНИИ
МАГМАТИЧЕСКИХ ГОРНЫХ ПОРОД (И.Ф.Гертнер, 2005)

19.

НУЖНО ЗНАТЬ !
Среди горных пород в соответствии с главными геологическими
процессами, которые приводят к их образованию, различают три
генетические класса:
1) магматические горные породы — продукты затвердевания природных
силикатных расплавов (магм) - ОРТОмагматические
2) осадочные горные породы — продукты преобразования осадков,
накопившихся на земной поверхности в результате разложения других,
ранее существовавших пород и жизнедеятельности организмов -
ПАРАмагматические
3) метаморфические горные породы — продукты перекристаллизации
магматических и осадочных пород без их расплавления -
ЭПИмагматические

20.

• Геологическая формация
•Магматическая формация:
Формационный тип (абстрактная формация)
Магматический комплекс (конкретная формация)
•Магматическая серия:
Петрохимическая серия (абстрактная серия)
Петрографическая серия (конкретная серия)
•Магматическая
дифференциацмя
•Фракционная кристаллизация
Образование генетически родственных магматических пород обусловлено различными петрогенетическими
процессами, которые необходимо учитывать при выделении серий и комплексов. К числу наиболее важных
относятся следующие:
Магматическая дифференциация
Это понятие охватывает все процессы, в результате которых из гомогенных магм образуются различные по составу
фракции горных пород. Иначе говоря это совокупность магматических процессов, создающая всё многообразие
пород, встречающихся в природе, при том, что число первичных магм весьма ограничено. Важнейшими
процессами магматической дифференциации являются фракционная кристаллизация и гравитационная
дифференциация.
Фракционная кристаллизация (т.е. кристаллизационное разделение) - это процесс, который приводит к
образованию в магме контрастных по составу минеральных фракций путём отделения в охлаждающемся расплаве
кристаллов от жидкой фазы. Этот процесс, как правило, сопровождается гравитационным разделением
образующихся кристаллических фаз, которые, в зависимости от удельного веса, с разной скоростью оседают на
дне магматической камеры, либо всплывают к её кровле. В процессе кристаллизации между жидкой фазой
(расплавом) и образовавшимися кристаллами должно поддерживаться термодинамическое равновесие. Для его
сохранения ранее выделившиеся кристаллы должны реагировать с расплавом с изменением их состава. Эта
реакция может быть различна, в результате чего образуются непрерывная и прерывистая реакционные серии,
впервые установленные Боуэном.

21.

кварц
биотит
роговая обманка
моноклинный пироксен
ромбический пироксен
оливин
Прерывистая серия
калиевый полевой шпат
альбит
олигоклаз
андезин
диорит
гранодиорит
гранит
цеолит
лабрадор
битовнит
анортит
Непрерывная серия
габбро
Реакционные
серии по Боуэну
богатый водой раствор

22.

Суть реакционных серий заключается в том, что в непрерывной серии образуется непрерывный ряд
твёрдых растворов плагиоклаза, а в прерывистой, ранее выделившийся минерал реагирует с расплавом с
образованием нового минерала (Ol + SiO2 Opx). Из реакционного принципа Боуэна следует, что в
зависимости от условий охлаждения магмы может образоваться одна порода, или произойдёт образование
разных по составу пород. Например, первичная базальтовая магма может кристаллизоваться в виде габбро,
либо может дать целый ряд пород, варьирующих по составу от дунитов, через габбро и диориты, до
гранитов. Реализация того или иного пути будет зависеть от скорости охлаждения и степени
фракционирования, т.е. эффективности удаления ранее образовавшихся кристаллов. Наиболее полное
фракционирование можно показать следующей схемой:
Ol (дунит) Ol+Px (перидотит) Px+Pl (габбро) Hb+Pl (диорит) Pl+Q (гранит).
Кроме кристаллизационной и гравитационной дифференциации в некоторых случаях имеют место и другие
разновидности процессов дифференциации:
Фильтр-прессинг – отжимание межзернового интерстициального расплава под действием веса
вышележащих пород.
Автоинтрузия – внедрение остаточного расплава по трещинам в не до конца закристаллизовавшиеся
части магматической камеры.
Ликвация – разделение гомогенного расплава на две несмешивающиеся жидкости и их последующая
кристаллизация.
Дифференциация в потоке – отделение или концентрирование кристаллических фаз под действием
гидрадинамических факторов.
Газовый перенос – перенос компонентов при помощи газовой фазы.
Ассимиляция – образование пород отличных от материнской магмы за счёт ассимиляции боковых пород,
особенно карбонатов и галогенов.

23.

Существующие классификации магматических формаций
Классификация магматических формаций (формационных типов) Ю.А.Кузнецова
I. Формации собственно геосинклинальных этапов развития
подвижных зон.
(Формации, формирующиеся на коре океанического или
переходного типов).
А. Ряд эффузивных и эффузивно-интрузивных формаций. Спилиткератофировая группа:
Спилит-диабазовая
Кварц-кератофировая
Б. Ряд интрузивных формаций. Габбро-плагиогранитовая группа:
Габбро-диорит-диабазовая
Габбро-пироксенит-дунитовая
Габбро-плагиогранитовая
Плагиогранитовая
В. Гипербазитовая формация.
III. Формации устойчивых областей.
(Формации континентальных платформ, океанических плит,
«горячих точек» и континентальных рифтов).
А. Ряд эффузивно-интрузивных (покровно-силловых) формаций.
Трапповая (толеит-базальтовая)
Щелочная оливин-базальтовая (трахибазальтовая) континентов
Щелочная оливин-базальтовая (трахибазальтовая) океанов
Щёлочно-базальтоидная (нефелин-лейцит-базальтовая)
Б. Ряд формаций центральных интрузий и трубок взрыва.
Кимберлитовая
Формация центральных интрузий щелочных и ультраосновных
пород с карбонатитами
Формация центральных интрузий агпаитовых нефелиновых
сиенитов
Формация гранитовых и габбро-гранитовых центральных
интрузий
II. Формации орогенных этапов развития подвижных зон, главным
образом геоантиклинальные.
(Формации, формирующиеся на коре переходного типа, в зонах коллизии
или на активных континентальных окраинах).
А. Ряд эффузивных формаций. Базальт-андезит-липаритовая группа:
Андезитовая
Трахиандезитовая
Липаритовая
Б. Ряд вулканогенных и интрузивных формаций. Габбро-диоритгранодиоритовая группа:
Габбро-диорит-гранодиоритовая
Габбро-монцонит-сиенитовая
Формация субвулканических гранитов
В. Ряд батолитовых гранитоидных формаций
Формация гранитовых батолитов
Формация гранодиоритовых батолитов
Формация гранитоидных батолитов «пёстрого» состава
IV. Некоторые особые типы формаций щитов и ранних стадий
развития древних платформ.
А. Ряд мигматитовых формаций
Формация мигматитов амфиболитовой фации и связанных с ними
анатектитов
Формация мигматитов фации гиперстеновых гнейсов и связанных с ними
чарнокитов
Б. Ряд габбро-гранитовых формаций ранних этапов установления
платформенного режима на древних платформах.
Формация дифференцированных габбровых и норитовых интрузий
Формация рапакиви
Формация анортозитов

24.

Классификация магматических формаций (формационных типов), разработанная в Томском госуниверситете
(Гертнер И.Ф.)

25.

26.

Общим недостатком этих классификаций является то, что в них не
отражена геотектоническая позиция магматических формаций. В
классификации Ю.А.Кузнецова это отчасти имеется, однако современная
геология основывается на плейттектонической а не геосинклинальной
теории. В последней же, использованной Ю.А.Кузнецовым, многие
геотектонические обстановки просто не выделялись – например рифты
срединно-океанических хребтов. Поэтому наша задача попытаться
«привязать» устойчиво повторяющиеся во времени и пространстве
ассоциации магматических горных пород, выделяемых под названием
магматических формаций, с основными геотектоническими обстановками
существующими и существовавшими на протяжении геологической
истории Земли. Иначе говоря магматизм мы будем рассматривать, как
отражение определённых геотектонических условий. Теоретической
основой такого подхода является тектоника литосферных плит.