Что такое петрография кратко
Обновлено: 05.07.2024
В петрография Это раздел геологии, отвечающий за изучение горных пород, направленное на определение их компонентов, описание их свойств и их классификацию. Эта дисциплина возникает с целью выявления и объяснения элементов, которые присутствуют в природе и повлияли на формирование Земли, в том числе и горные породы.
Различные открытия и исследования заложили основы его становления как науки, в том числе изобретение призмы Николя, устройства, которое позволяло преобразовывать нормальный свет в поляризованный свет с помощью кристаллов.
Вклад ученых, таких как Камиль Себастьян Наше, осуществивший создание одного из первых петрографических микроскопов, является решающим. Точно так же первые анализы горных пород с использованием микроскопа, проведенные Сорби в 1849 году, стали большим достижением в этой дисциплине.
Все эти исследования позволили классифицировать породы по группам и описать их основные характеристики, такие как текстуры, структуры и состав.
Познание минералов, открытие тех, которые образуют горные породы, и их строение стало возможным благодаря изобретению петрографического микроскопа.
История
С древних времен человека интересовали знания об элементах, составляющих его среду обитания; Один из главных вопросов вращался вокруг определения того, как была сформирована Земля.
Для изучения состава, а также свойств входящих в его состав элементов, особое внимание было уделено горным породам, которые дали начало различным разделам геологии, в том числе петрографии.
Зарождение петрографии как науки связано с результатами исследований ученого Уильяма Николая, который в 1828 году создал метод получения поляризованного света из небольших кристаллов горных пород.
Позже, в 1833 году, французский ученый Камиль Себастьен Наше создал один из первых петрографических микроскопов и начал изучать горные кристаллы с помощью этого прибора.
Генри Клифтон Сорби был известен своим вкладом в эксперименты с небольшими минералами горных пород на петрографическом микроскопе в 1849 году.
Работа Сорби стала отправной точкой для изучения минералов горных пород с помощью микроскопа и для развития науки, поскольку она побудила других ученых использовать это устройство в своих исследованиях.
Одним из главных экспонентов был Циркель, который в 1870 году провел исследование базальтовых пород, в которое он включил использование микроскопа и сумел популяризировать его в научных кругах.
Объект исследования
Петрография с помощью петрографического микроскопа отвечает за изучение горных пород с описательной точки зрения. Однако, прежде чем подвергнуться исследованию, породы проходят через различные процессы, отправной точкой которых являются полевые записи, сделанные в ходе наблюдений.
Перед тем, как попасть в микроскоп, их измельчают до получения тонких и очень маленьких срезов, позволяющих проходить через них свету, и все это с целью определения их различных компонентов.
Изучение горных пород в петрографии проводится для определения составляющих их элементов, таких как текстура, структура и состав.
Эта дисциплина также сосредоточена на анализе минералов, входящих в состав горных пород, которые распределяются в определенном порядке.
В дополнение к анализу его компонентов, он также классифицирует минералы, обнаруженные в них, с помощью поляризованного света в петрографическом микроскопе.
Следует отметить, что петрография включает в себя подробный анализ элементов, который проводится не наугад; Это связано с научным методом с целью предоставления знаний геологии.
Примеры исследований
Призма Николя
Это было устройство, созданное шотландским физиком Уильямом Николом в 1828 году, чей главный вклад в развитие науки состоял в том, чтобы заложить основу для разработки микроскопа в поляризованном свете.
Ученый в своем эксперименте использовал два куска минерала, известного как кристалл исландского шпата, который отличается отсутствием цвета и большой прозрачностью.
Еще одно свойство этого минерала - двойное лучепреломление, которое позволяет лучу света, проходящему через него, разделяться на две части. Николь взял лонжероны из Исландии и склеил их бальзамом из Канады.
Канадский бальзам или бальзамное пихтовое масло - это жидкость, полученная из вида дерева под названием Abies balsamea, которое можно найти в Канаде и Соединенных Штатах.
Устройство, созданное Николь, отвечает за преобразование естественного света, проходящего через кристаллы, в поляризованный свет, который линейно отражается в определенную точку.
Его вклад послужил основой для последующего научного развития различных дисциплин, которые использовали микроскоп в своих исследованиях.
Микроскопическая структура минералов
Этим именем было известно одно из решающих исследований зарождения петрографии как науки, проведенное Генри Клифтоном Сорби.
Этот ученый разработал метод, позволяющий анализировать горные породы в свете микроскопа с целью изучения их свойств, а также их происхождения.
Начало этих работ было положено в 1849 году, когда Сорби расположил часть камня на микроскопе, чтобы определить его структуру, но эти результаты не были известны научному миру до 1858 года.
В 1858 году Сорби выставил свои работы, которые оказали большое влияние на других ученых, которые пошли по его стопам и внесли большой вклад в развитие петрографии.
Эксперимент состоял в том, чтобы сделать довольно тонкие надрезы в камне, а затем этот кусок нужно было прикрепить к предметному стеклу микроскопа, что при включении света позволило бы наблюдать всю структуру камня.
наука о горных породах (См. Горные породы), их минералогических и химических составах, структурах и текстурах, условиях залегания, закономерностях распространения, происхождения и изменения в земной коре и на поверхности Земли. Существует тенденция разделения общей науки о горных породах на две части — П., преимущественно описательного характера, и петрологию (См. Петрология), в которой даётся анализ генетических соотношений. Однако часто эти термины рассматриваются как синонимы.
Предмет и методы петрографии. П.— наука геологического цикла; она тесно связана с минералогией (См. Минералогия), геохимией (См. Геохимия), вулканологией (См. Вулканология), тектоникой (См. Тектоника), стратиграфией (См. Стратиграфия) и учением о полезных ископаемых (См. Полезные ископаемые).
По типам изучаемых горных пород различают П. магматических, П. метаморфических и П. осадочных горных пород, или литологию (См. Литология).
П. магматических горных пород (См. Магматические горные породы) исследует кристаллические горные породы, образовавшиеся в основном в результате застывания и кристаллизации магмы (См. Магма). Процессы расщепления (дифференциации) магмы в ходе её застывания в земной коре и растворения в магме вмещающих пород (ассимиляции, контаминации) вели к возникновению различных по составу типов изверженных горных пород и связанных с ними полезных ископаемых. Исследование магматических пород проводится с целью определения их вещественного состава, выяснения физико-химических условий застывания магмы, их взаимоотношения с окружающими породами и пр.
П. метаморфических горных пород (См. Метаморфические горные породы) занимается исследованием горных пород, изменивших (без разрушения и расплавления) первоначальный минеральный и химический состав под влиянием новых физико-химических условий (см. также Метаморфизм горных пород). По характеру изменения различают породы разных метаморфических фаций, минеральный состав которых определяется в основном давлением и температурой окружающей среды (см. Фации метаморфизма).
Кроме того, существуют горные породы, занимающие промежуточное положение. Так, некоторые метаморфические породы в процессе своего образования подвергаются частичному расплавлению (см. Палингенезис); и наоборот, в формировании некоторых магматических пород значительную роль играют процессы метаморфизма. Существуют породы, переходные между осадочными и магматическими (Вулканогенно-осадочные породы, Пирокластические породы и др.), которые сложены магматическим материалом, но способ их образования и условия залегания характерны для осадочных горных пород (См. Осадочные горные породы).
Для изучения состава и строения горных пород применяются специальные методы исследования. К ним относятся в первую очередь кристаллооптические методы, позволяющие изучать тонкозернистые минеральные агрегаты. При этом используются поляризационный микроскоп и другие приборы. Широко применяются рентгеноскопический метод и спектральный анализ, которые дают возможность определить элементы-примеси, присутствующие в породах в ничтожных количествах. Химический состав минералов определяется при помощи микроанализаторов непосредственно в горных породах без предварительного выделения минералов. Вещество горных пород исследуется также путём химического анализа. Физические исследования горных пород и составляющих их минералов применяют для определения ряда физических констант (плотность, твёрдость, тепловое расширение, сжимаемость, скорости сейсмических волн, вязкость, электрические и магнитные свойства и т.д.). С середины 20 в. в П. всё шире используются математические методы на основе применения ЭВМ. В первую очередь привлекаются методы математической статистики для оценки достоверности совокупностей химических или спектральных анализов, построения рациональных классификаций горных пород, определения поисковых признаков на разные виды полезных ископаемых, пересчётов химических анализов. Таким образом, изучение горных пород включает в себя сложный комплекс разнообразных исследований, начало которых относится к полевым наблюдениям (при геологосъёмочных работах, в Кернах или в горных выработках). Обобщение геолого-петрографических материалов в региональном плане позволяет подойти к выявлению роли различных типов горных пород в процессах формирования и развития земной коры (формационный анализ).
По характеру изучаемых свойств и применяемым методам выделяют следующие разделы П.: Петрохимия, Петрофизика, Петротектоника, физико-химическая и экспериментальная П., техническая П., космическая П.
Выяснение всего комплекса химических взаимоотношений в отдельных породах и в их естественных сочетаниях составляет содержание раздела П.— петрохимии.
Развитие инженерно-геологических и геофизических исследований активизировало изучение физических свойств горных пород и привело к появлению новой ветви в П.— петрофизики, устанавливающей связь физических свойств горных пород с их составом, структурой и историей формирования.
Петротектоника (структурная петрология) — раздел П., изучающий связи между геометрическими закономерностями микроструктур горных пород и движениями или деформациями в них с целью выяснения действующих сил и напряжений. В её основе лежит микроструктурный (петроструктурный) анализ, направленный на установление господствующей пространственной ориентировки плоскостных и линейных компонентов структуры горной породы.
Физико-химическая П. на основе общих законов термодинамики выявляет связи между химическим и минеральным составами горных пород, с одной стороны, и общими условиями их формирования — с другой.
Экспериментальная П. занимается моделированием природных процессов образования горных пород (составляющих их минералов и минеральных ассоциаций).
Особое направление в развитии П. составляет техническая П., начало которой было положено трудами советского геолога Д. С. Белянкина. Техническая П. выявляет с помощью петрографических методов минеральный состав технических продуктов (шлаков, фарфора, цемента, стекла, керамики, каменного литья), тем самым оказывает большую помощь силикатному и металлургическому производству. В свою очередь, используя опыт техники в части образования каменных продуктов, техническая П. помогает расшифровывать многие процессы породообразования.
Исторический очерк. До середины 19 в. проблемы П. решались частично минералогией и общей геологией; в это время были заложены её основы. В частности, было проведено разделение всех горных пород по их генезису на осадочные, магматические и метаморфические. Зарождение П. как науки относится к середине 19 в., когда Г. К. Сорби показал возможность изучения минерального состава горных пород в шлифах под микроскопом. Далее в практику исследовательских работ по П. был введён поляризационный микроскоп, а затем усовершенствованы методы кристаллооптических исследований (немецкие петрографы К. Г. Розенбуш и Ф. Циркель, французские — Ф. Фуке, О. Мишель-Леей (См. Мишель-Леви), советский — А. П. Карпинский, американский — Э. Ларсен), разработан теодолитный метод изучения оптической констант минералов в шлифах при помощи универсального столика (Е. С. Федоров (См. Фёдоров)). Были предложены способы определения состава минералов по их кристаллооптическим свойствам, лежащие сейчас в основе изучения вещества горных пород (Е. С. Федоров, В. В. Никитин, американский учёный А. Уинчелл). Теодолитный (федоровский) метод породил микроструктурный анализ (немецкие учёные Б. Зандер, Г. Беккер, В. Шмидт, советский — Н. А. Елисеев).
Параллельно усовершенствовались методы химических исследований горных пород, что в совокупности с появлением богатого описательного петрографического материала привело к созданию в 1920—30-е гг. количественно-минералогического (П. Ниггли, Б. М. Куплетский и др.) и химического (Ф. Ю. Левинсон-Лессинг, А. Н. Заварицкий, К. Г. Розенбуш, П. Ниггли) классификаций магматических горных пород, основанных на различных способах пересчёта химических анализов горных пород.
В конце 19— начале 20 вв. основное внимание П. было привлечено к изучению проблемы генезиса и причин разнообразия магматических пород. Были высказаны предположения о существовании процессов разделения первичной магмы на частные магмы (Дифференциация магмы) и процессов усвоения магмой вмещающих пород (Ассимиляция, контаминация). В конце 19 в. Ф. Ю. Левинсон-Лессинг показал, что родоначальным источником для образования магматических пород, развитых на поверхности Земли, служат две принципиально различные магмы — кислая и основная. В 1920-х гг. эта идея была поддержана Р. Дейли. В начале 30-х гг. Н. Л. Боуэн выступил с получившей большую популярность гипотезой существования в недрах Земли одной базальтовой магмы, за счёт которой в процессе т. н. кристаллизационной дифференциации (отделение от остаточной магмы в результате всплывания или погружения в ней выделившихся кристаллов) могли образоваться почти все магматические горные породы. Впоследствии в природе были обнаружены реальные случаи кристаллизационной дифференциации (А. А. Полканов, английские учёные Л. Уэйджер и Г. Браун).
Большое внимание петрографов было привлечено к гранитам, залегающим в глубокометаморфизованных гнейсовых и мигматитовых толщах. Ещё в начале 20 в. Я. И. Седергольм выяснил, что эти породы обладают рядом особенностей, которые трудно объяснимы, если предположить внедрение гранитной магмы, и указал, что такие граниты не являются магматическими, а образовались в результате метасоматической гранитизации или ультраметаморфизма под действием глубинных эманаций. В 40—50-е гг. эти предположения пользовались особой популярностью (П. Эскола, Х. Г. Баклунд, Ю. А. Кузнецов, Н. Г. Судовиков).
В работах Д. С. Коржинского (См. Коржинский) (начиная с 1936) были созданы основы физико-химического анализа парагенезисов минералов (См. Парагенезис минералов). Компоненты, составляющие горные породы, были разделены на группы в соответствии с ролью, которую они играют в процессах минералообразования. Введены понятия о дифференциальной подвижности компонентов и системах с вполне подвижными компонентами, условия химического равновесия в которых определяются особыми термодинамическими потенциалами (потенциалы аллохимических равновесий). Это значительно расширило область приложения анализа парагенезисов минералов к природным процессам (см. Минералогическое правило фаз). Д. С. Коржинский показал, что магматизм в земной коре развивается в тесном взаимодействии с флюидами (трансмагматическими растворами), обосновал большую роль процессов магматического замещения в становлении изверженных пород в глубинных условиях и разработал теорию метасоматической зональности. На основе анализа парагенезисов минералов в 60—70-е гг. разработаны системы минеральных фаций магматических, метаморфических и метасоматических горных пород (советские геологи В. А. Жариков, А. А. Маракушев).
Большое значение для выяснения происхождения различных магматических и метаморфических пород имели экспериментальные исследования в П. (Ф. Ю. Левинсон-Лессинг и А. С. Гинзберг, начало 20 в., американские учёные Н. Л. Боуэн, О. Татл, Р. Горансон, 20—30-е гг.). Эти исследования получили особенно большой размах в 50—60-е гг. (советские учёные И. А. Островский, Н. И. Хитаров, В. С. Соболев, Г. Л. Поспелов, американские — Д. Гамильтон, Х. Йодер, С. Тилли, австралийские — Д. Грин, А. Рингвуд и др.).
Особенно важным было изучение процессов плавления горных пород под давлением паров летучих компонентов H2O, CO2, H2 и др., в результате которого было установлено, что в присутствии воды температура плавления силикатов резко понижается, и поэтому в природных условиях гранитный расплав может быть получен при наличии воды и относительно низких температурах из разнообразных по составу первичных пород.
Современное состояние и задачи петрографии. В 60—70-е гг. на основании новых петрологических, экспериментальных и геофизических исследований вновь стала обсуждаться возможность образования гранитов в результате выплавления из глубинных оболочек Земли (советские учёные Д. С. Штейнберг, П. Н. Кропоткин и др.). Многие исследователи признают существование в природе двух типов гранитов. Первый из них образовался из палингенной гранитной магмы, относительно низкотемпературной, возникшей при частичном плавлении пород земной коры в условиях их насыщения водой (см. Палингенезис). При её кристаллизации на месте образуются неперемещённые, т. н. автохтонные, или слабо перемещенные граниты. Второй тип гранитов возникает из кислых расплавов, которые образуются в процессе преобразований (дифференциации, контаминации сиалическим материалом и т.д.) базальтовой магмы, происходящей из верхней мантии или нижних частей земной коры. Такие кислые расплавы, обладающие высокой температурой, способны достигать земной поверхности, формируя не только интрузивные граниты, но и их эффузивные аналоги.
Большое внимание в П. привлекает проблема магматических формаций (См. Формации), в которые объединяются группы генетически и структурно связанных между собой магматических горных пород, образующих устойчивые ассоциации (Г. Д. Афанасьев, Ю. А. Кузнецов), показано существование вулкано-плутонических формаций (советский петрограф Е. К. Устиев). Разрабатывается также проблема связи магматизма и тектоники, которую впервые поставил Х. Штилле. Исключительное внимание уделяется изучению магматизма океанов, особенно срединно-океанических хребтов (См. Срединно-океанические хребты), возникновение которых связывается с глубинными процессами формирования магм (Д. Грин и А. Рингвуд). Высказываются предположения, что офиолитовые серии геосинклинальных областей образовались в океанических областях геологического прошлого (см. Офиолиты).
Лит.: Боуэн Н. Л., Эволюция изверженных пород, пер. с англ., М.— Л.— Новосиб., 1934; Розенбуш Г., Описательная петрография, пер. с нем., М.— Грозный — Новосиб., 1934; Левинсон-Лессинг Ф. Ю., Избр. труды, т. 4— Петрография, М., 1955; Елисеев Н. А., Метаморфизм, М., 1963; Кузнецов Ю. А., Главные типы магматических формаций, М., 1964; 3аварицкий А. Н., Введение в петрохимию изверженных горных пород, 2 изд., М.— Л., 1950; его же, Изверженные горные породы, М., 1961; Лукин Л. И., Чернышев В. Ф., Кушнарев И. П., Микроструктурный анализ, М., 1965; Петрология верхней мантии, пер. с англ., М., 1968; Винклер Г., Генезис метаморфических пород, пер. с нем., М., 1969; Уэиджер Л., Браун Г., Расслоенные изверженные породы, пер. с англ., М., 1970; Соловьев С. П., Химизм магматических горных пород и некоторые вопросы петрохимии, Л., 1970; Петров В. П., Магма и генезис магматических горных пород, М., 1972; Коржинский Д. С., Теоретические основы анализа парагенезисов минералов, М., 1973; Перчук Л. Л., Термодинамический режим глубинного петрогенеза, М., 1973; Sander В., Einführung in die Gefügekunde der geologischen Körper, Tl 1—2, W.— Innsbruck, 1948—50.
Большая советская энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия . 1969—1978 .
Существуют разные научные направления, в рамках которых изучается структура Земли. Одной из таких дисциплин является петрография. Значение этой науки сложно переценить. Она тесно взаимодействует со многими дисциплинами. Рассмотрим подробнее, чт о такое петрография.
Определение
В наименовании дисциплины используется греческое слово pétros (камень). На вопрос о том, что изучает петрография, краткий ответ можно дать такой – она изучает камень. Однако такое определение не дает полного понимания задач и целей дисциплины.
Если говорить более полно, то петрография – это наука, изучающая горные породы, их химический и минералогический состав, текстуры, структуры, условия залегания, закономерности происхождения, распространения, изменения.
Общую науку о горных породах принято разделять на две части. Первую составляют основы петрографии , предполагающие преимущественно использование описательных методов. Вторая часть – петрология. В рамках этого направления проводится исследование генетических соотношений. В литературе, однако, эти термины зачастую рассматриваются как синонимы.
Специфика
Петрография – это дисциплина геологического цикла. Как выше уже говорилось, она тесно связана с самыми разными научными направлениями.
К примеру, на практике распространено использование методов минералогии и петрографии . Кроме того, дисциплина связана с геохимией, тектоникой, вулканологией, стратиграфией и пр.
Классификация
Она проводится в зависимости от типа исследуемой породы. Так, существует петрография:
- Магматических пород. В рамках этого направления изучаются кристаллические породы, возникшие преимущественно при застывании и кристаллизации магмы. Эти процессы сопровождаются расщеплением и растворением вмещающих структур. Это привело к появлению типов пород, разных по составу, и ископаемых, связанных с ними. Магматическая петрография направлена на получение сведений об их вещественном составе, физико-химических условиях, при которых происходило застывание магмы, особенностях их взаимодействия с другими породами и пр.
- Метаморфических пород. Это направление изучает структуры, изменившие свой химический и минеральный состав под воздействием новых условий. В зависимости от изменений выделяют породы различных метаморфических фаций. Их минеральный состав определяется преимущественно по температуре и давлению окружающей среды.
Некоторые породы занимают промежуточное положение. Одни структуры в ходе своего образования частично расплавляются, другие - формируются под влиянием процессов метаморфизма.
Методы исследования
Все, что изучает петрография , связано с недрами Земли. Для исследования строения и состава пород применяются специальные методики.
В первую очередь нужно сказать о кристаллооптических методах. Они позволяют исследовать мелкозернистые агрегаты с помощью поляризационного микроскопа и других устройств.
Спектральный анализ и рентгеноскопический метод также достаточно широко применяются в петрографии. Эти методики позволяют определить примеси, присутствующие в структурах в малом количестве. Химический состав определяют с помощью микроанализаторов непосредственно в породе.
Еще один распространенный метод петрографии – это исследование физических констант. К ним относят показатели твердости, плотности, теплового расширения, магнитных свойств, сжимаемости, вязкости и пр.
С середины прошлого века стали активно использоваться математические методы. Они позволяют оценить достоверность результатов спектральных или химических анализов, построения классификаций пород, определения признаков для разных видов ископаемых.
Следует сказать, что изучает петрография не только непосредственно породы, но и условия, в которых они находятся. Таким образом, исследование ископаемых предполагает проведение сложного комплекса мероприятий. Однако любое исследование всегда начинается в полевых условиях.
Обобщение полученных материалов позволяет определить роль разных горных пород в процессе образования коры Земли.
Разделы науки
Они выделяются в зависимости от используемых методов. Основные разделы петрографии – это :
- петрофизика;
- петрохимия;
- петротектоника.
Кроме того, существуют такие направления, как техническая, экспериментальная, физико-химическая, космическая петрография.
Определение комплекса химических взаимодействий в тех или иных породах в естественных их сочетаниях осуществляется в рамках петрохимии. Развитие геофизических, инженерно-геологических исследований привело к возникновению нового раздела – петрофизики. В рамках этого направления устанавливается связь физических характеристик пород с составом, историей формирования и структурой.
Петротектоникой называют раздел петрографии, исследующий связь между геометрическими закономерностями в микроструктурах пород и движениями/деформациями в них. С помощью специальных методов выясняются действующие силы и напряжения. В основе петротектоники лежит микроструктурный анализ, позволяющий установить преимущественную пространственную ориентировку линейных и плоскостных компонентов структуры породы.
Физико-химическая петрография – это наука о связи между минеральным и химическим составом ископаемых и общих условиях их формирования. В исследованиях используются общие законы термодинамики.
Экспериментальная петрография – это направление, в рамках которого осуществляется моделирование природных процессов формирования пород, их минеральных ассоциаций.
Отдельно следует сказать о технической петрографии. Она стала развиваться благодаря деятельности советского геолога Белянкина. В рамках этого направления определяется минеральный состав фарфора, цемента, шлаков, стекла, каменного литья, керамики и других технических продуктов. Результаты исследований имеют большое значение для металлургического и силикатного производства. Вместе с тем методы технической петрографии используются для расшифровки многих процессов породообразования.
Космическая петрография, возникшая в 70-е годы прошлого столетия, изучает породы Луны и других космических тел.
История петрографии
До середины XIX столетия проблемы изучения пород решались частично методами общей геологии. В этот период сформировались основы минералогии и петрографии.
В рамках исследований все горные породы были разделены на осадочные, метаморфические и магматические по их генезису. Минералогия и петрография стали активно развиваться после того, как Сорби продемонстрировал возможность анализа минерального состава ископаемых в шлифах под микроскопом.
Впоследствии в практике стал использоваться поляризационный микроскоп, далее были усовершенствованы кристаллооптические методы исследования. Спустя некоторое время был разработан теодолитный способ изучения констант с помощью универсального столика.
Впоследствии были введены в практику методы исследования минералов по кристаллооптическим свойствам. Благодаря использованию теодолитного способа изучения пород стал развиваться микроструктурный анализ. Одновременно стали совершенствоваться химические методы.
Все это позволило создать количественно-минералогическую и химическую классификации магматических пород. Разделение основывалось на разных методах пересчета химических анализов ископаемых.
Наука на рубеже XIX-XX вв.
В этот период ученые активно начали изучать проблему генезиса и причины разнообразия пород. Выдвигались предположения о разделении первичной магмы на частные, о процессе усвоения ею вмещающих пород.
В конце XIX столетия Левинсон-Лессинг смог показать, что изначальным источником формирования магматических пород, распространенных на земной поверхности, являются 2 принципиально различные магмы – основная и кислая. В 20-е годы XX века эту идею поддержал Рейли. Спустя десятилетие Боуэн выступил с гипотезой о существовании в недрах базальтовой магмы, из которой в ходе кристаллизационной дифференциации (отделения от остаточной магмы при всплывании или погружении выделившихся кристаллов) могли сформироваться практически все магматические породы. Это предположение получило большую популярность в научном сообществе. В ходе дальнейших исследований в природе были выявлены реальные случаи такой дифференциации.
Исследование гранитов
Этим породам исследователи уделяли особое внимание. Изучались граниты, залегающие в глубокометаморфизованных мигматитовых и гнейсовых слоях.
Еще в начале ХХ века Седергольм обнаружил у этих пород некоторые особенности, объяснить которые было довольно сложно. Он предположил, что такие граниты нельзя считать магматическими. Скорее, по его мнению, они были сформированы вследствие метасоматической гранитизации либо ультраметаморфизма под влиянием глубинных процессов.
Введение новых понятий
В трудах Коржинского были сформулированы основы физико-химического исследования парагенезисов минералов. Элементы, составляющие породы, были классифицированы по группам в зависимости от функции, которую они выполняют в минералообразовании.
Появилось понятие о системах с подвижными компонентами, в которых условия равновесия химических показателей определяются специфическими термодинамическими потенциалами. Возникло понятие о дифференциальной подвижности. Все это существенно расширило сферу применения методов исследования парагенезисов минералов.
Коржинскому удалось показать, что магматизм в коре планеты развивается во взаимодействии с трансмагматическими растворами (флюидами). Он обосновал роль магматического замещения в формировании изверженных структур в глубинных условиях. Коржинский разработал концепцию метасоматической зональности.
Наука на современном этапе
В 60-е-70-е годы прошлого века на основании результатов экспериментальных, петрологических, геофизических исследований ученые вновь начали обсуждать возможность формирования гранитов вследствие выплавления из глубинных слоев.
Многие научные деятели признают существование 2 типов гранитов. Первый сформировался из палигенной магмы, имеющей сравнительно низкую температуру. Она возникла в результате частичного плавления пород коры в условиях водонасыщения. При кристаллизации на месте магмы образуются слабо перемещенные либо автохтонные (неперемещенные) граниты.
Второй тип образуется из кислых расплавов. Они формируются в ходе преобразований базальтовой магмы, которая, в свою очередь, происходит из нижних частей либо верхней мантии коры. Высокотемпературные кислые расплавы могут достигать поверхности, образуя и интрузивные граниты, и эффузивные их аналоги.
Литология
В рамках этого научного направления осуществляется изучение осадочных пород. Это направление обособилось на рубеже XIX-XX вв. вследствие палеогеографического, стратиграфического и других исследований. Ключевой задачей науки является анализ вещественного состава пород и ископаемых, связанных с ними.
Особое значение для выделения литологии в самостоятельное направление имели материалы, которые были получены на судне "Челленджер", исследования Вальтера (немецкого геолога), посвященные проблемам осадочного породообразования.
Значительный вклад в развитие направления внесли такие ученые, как Заварицкий, Архангельский, Швецов, Батурин, Страхов, Рухин и ряд зарубежных научных деятелей.
Петрология
В рамках этой науки, смежной с петрографией, проводятся исследования структурно-текстурной специфики метаморфических и магматических пород. В рамках дисциплины создана их классификация, в том числе по минеральному составу. Однако петрография охватывает более обширный спектр объектов, она исследует не только метаморфические и магматические структуры. В отношении первых эти две науки часто рассматриваются как тождественные. Однако именно в рамках петрологии изучаются генетические связи, образующиеся между породами.
Петрофизика
Это еще одна смежная с петрографией научная дисциплина. Она рассматривается как наука о физико-химических свойствах пород. Возникла петрофизика на основе петрографии, лабораторных методов анализа, геофизики. Ключевым направлением является рассмотрение характеристики структур как геологических тел с учетом специфической их природы.
Впервые понятие "петрофизика" было предложено в 1953 г. немецким физиком Фрелихом. Первым методическим руководством по дисциплине стала работа Кобрановой, изданная в 1962 г.
Ключевой задачей петрофизики является исследование физических характеристик пород и классификация типов структур, фаций, толщ по совокупности свойств. Показатели пород изучаются в массиве с помощью космофизических, геофизических и геологических методов, в лабораторных условиях посредством определения параметров под высокими температурами и давлением.
Между физическими характеристиками пород (пористостью, плотностью и пр.) и петрографо-структурными показателями имеется корреляционная связь. Она обнаруживается с помощью петрофизического анализа.
Исследования выполняются в комплексе с прочими традиционными методиками. Полученные данные отображаются на специальных картах. По этим сведениям исследователи реконструируют геодинамические условия образования геологических тел, устанавливают тип деформаций, напряжений и выявляют закономерности распределения рудных месторождений, нефтегазовых залежей. Все это обеспечивает эффективное решение инженерно-технических задач.
К примеру, благодаря петрофизическим исследованиям была выявлена природа анизотропии упругих характеристик пород, установлена ее зависимость от петроструктурных факторов, связь с деформационными изменениями. Полученные данные позволили провести реконструкцию геодинамических напряжений, имевших место при становлении интрузивных тел, формировании масштабных тектонических элементов, в особенности зон разломов, а также рудовмещающих структур.
В рамках петрологии изучены закономерности изменений физических характеристик магматических комплексов при разных условиях их становления. В ходе исследований установлены задачи, которые выполняли предрудные гидротермально-метасоматические процессы. Они способствовали образованию пористых, хрупких и проницаемых пород, которые легко замещаются рудным веществом.
Разработки по петрофизике были внедрены и в иные геолого-физические научные направления. К примеру, особое значение они имели для сейсмологии. Научно-методические разработки использовались для интерпретации профилей сейсмического глубинного зонирования. Немаловажное значение имели наработки и для тектоники. В частности, они способствовали установлению природы нарушений и обнаружению скрытых разломов.
Заключение
Как видно, изучение горных пород предполагает применение самых разных методов и приемов. В последнее время в исследованиях используются компьютерные программы. Они существенно ускоряют процесс сбора и обработки данных. Учитывая количество нерешенных вопросов, представляется, что наука о горных породах будет и далее совершенствоваться.
Существует две точки зрения о сути петрографии. Одни данным термином называют описательный раздел петрологии (науки о породах), занимающийся рассмотрением химических, структурных, минералогических свойств всех их типов и генетических связей между ними, классификацией и номенклатурой. С другой точки зрения петрография является синонимом петрологии, то есть наукой, изучающей, прежде всего, происхождение пород. Как раздел этой науки она связана с прочими ее направлениями и в любом случае с другими геологическими науками.
История
Начиная с древности и до нового времени минералы в науке рассматривались совместно с горными породами. Их изучением занималась единая геолого-минералогическая дисциплина естествознания. То есть исследование пород происходило в рамках геологии, горного дела и минералогии в современном понимании.
В XIX в. развитие петрографии как самостоятельной научной дисциплины происходило весьма интенсивно в связи с разработкой новых методов исследования. По данному принципу этот период подразделяют на три этапа. Первый из них, продолжавшийся до 1858 г., называют домикроскопическим, когда изучение пород велось в основном полевыми методами. Его окончание связано с разработкой в этом году Г. Сорби методики исследования микроструктуры пород в шлифах с применением созданного им в 1849 г. поляризационного микроскопа. Второй этап занял время с 1858 до 1890 г. В последнем десятилетии XIX в. появилось экспериментальное направление петрографии и химическая классификация пород. Кроме тому же, в 1892 г. Е.С. Федоровым была разработана методика определения оптических констант минералов в шлифах и теодолитный столик для этого. Также на рубеже веков происходило исследование происхождения пород магматического типа.
В 1925 г. Ф.Ю. Левинсоном-Лессингом было введено основополагающее для петрографии понятие – петрографическая формация.
Осадочное направление (литология) с 1930 по 1950 г. считалась самостоятельной наукой.
Во второй половине прошедшего века основными проблемами петрографии являлись возможность генезиса гранитов путем выплавления из глубин, магматические формации, магматизм океанов (особенно срединно-океанических хребтов).
Современная петрография
В настоящее время петрографию считают описательным разделом петрологии. В ее сферу входит исследование минерального состава, текстурных особенностей, классификации пород, их распространение и залегание, генетические взаимосвязи и т. д. То есть петрография является по отношению к ней фундаментальной дисциплиной и составляет ее основу. В связи с этим уместно рассмотреть различия данных направлений.
Петрология занимается исследованием магматических и метаморфических пород: их структурно-текстурных свойств, химического состава, происхождения. Петрография в отличие от нее изучает все типы пород, а также генетические связи между ними и классифицирует их. К тому же, исходя из терминологии, петрология занимается изучением происхождения пород, а петрография описывает их. При этом в отношении метаморфических и магматических пород петрологию и петрографию нередко рассматривают как синонимы. Кроме того, иногда данные понятия разделяют как петрографию в широком и узком смысле.
Исследование пород происходит на основе их генетического разделения на метаморфические, осадочные, магматические. В соответствии с этим петрография включает три раздела: метаморфическую, осадочную, магматическую. Кроме того, существует техническое направление петрографии, занимающееся исследованием технологии и физикохимии силикатов.
Петрология включает несколько разделов, которые по отношению к петрографии как к ее части являются смежными науками. К ним относятся петрохимия, петротектоника, петрофизика, физико-химическое, экспериментальное, техническое и космическое направления, петрология строительного камня. В случае рассмотрения петрографии как синонима названные направления относят к ней самой. Петрохимия исследует химический состав пород, петротектоника – связи геометрических параметров их структур с деформациями и тектоническими движениями, петрофизика рассматривает физические параметры пород, физико-химическое направление связывает химический и минеральный состав, экспериментальное занимается моделированием процессов генезиса пород, техническое выясняет аспекты их переработки, космическое исследует породы прочих планет и космических тел, петрография или петрология строительного камня изучает породы, используемые как строительные материалы.
Помимо этого, петрография связана с таким геологическими дисциплинами, как минералогия, стратиграфия, тектоника, вулканология, геохимия, учение о полезных ископаемых.
Предмет, задачи, методы
Предмет данной науки в узком смысле представлен химическим и минералогическим составом пород всех типов, условиями залегания, распространением, структурно-текстурными особенностями пород и их генетическими взаимосвязями.
Из этого происходят следующие задачи петрографии:
- исследование минерального и химического состава, строения (структурных и текстурных особенностей), параметров пород и слагаемых ими геологических тел;
- решение вопросов их номенклатуры и создание классификаций;
- выяснение процессов и условий генезиса пород;
- установление генетических взаимосвязей различных типов пород;
- изучение их залегания и распространения.
В петрографии используют полевые и лабораторные методы для изучения пород. Основным полевым методом является геологический. В лабораторных условиях для исследования тонкозернистых минеральных агрегатов применяют кристаллооптические методы, предполагающие использование поляризационного микроскопа и прочего оборудования. Для изучения химического состава служит химический анализ и микроанализаторы. Кроме того, для нахождения элементов-примесей используется рентгеноскопический метод и спектральный анализ. Для установления физических параметров служат физические методы. Наконец, с целью оценки достоверности анализов применяют математические, а именно статистические методы.
Образование и работа петрографа
Так как петрография является одной из узкоспециализированных геологических дисциплин, обучение данной профессии осуществляют в рамках общих направлений, таких как геология и геохимия. Их программы предполагают обширное изучение геологических наук, полевые и производственные практики. По окончании выдается диплом, включающий несколько профессий, помимо петрографа.
На рынке труда петрографы востребованы крайне мало, особенно с учетом того, что рассматриваемая специальность является очень узкой. Такие специалисты чаще всего трудятся в научной и образовательной сфере, реже в производстве.
Заключение
Как и многие геологические науки, петрография появилась в XIX в после разделения единого геолого-минералогического направления естествознания. Причем изначально она развивалась в качестве самостоятельной дисциплины, но позже вошла в петрологию в качестве фундаментального описательного раздела. Хотя до сих пор нет однозначной позиции относительно отношения между данными науками, поэтому можно рассматривать петрографию в узком (как часть петрологии) и широком (как ее синоним) смысле. Петрографы ввиду узкой специализированности востребованы крайне мало, что компенсируется возможностью работы по смежным профессиям, которые дает образование на общих геологических специальностях, куда входит и петрология.
Петрография — это наука о горных породах, т. е. самостоятельных минеральных агрегатах более или менее постоянного химического и минералогического состава, из которых в основном состоит земная кора.
Минералогический, а следовательно, и химический состав горных пород подвержен колебаниям в известных пределах, в силу чего и не может быть выражен определенной химической формулой, как принято выражать химический состав минералов.
Петрография изучает все свойства горных пород — их минералогический и химический состав, их строение, условия залегания в земной коре, отношения между различными породами, а также изменения горных пород с течением времени — и стремится установить законы, которые руководят образованием, изменением горных пород, их распространением в земной коре.
Горные породы представляют ту материальную среду, которая называется земной корой. Они или вмещают те или иные полезные ископаемые, или сами являются таковыми. Понимание и правильное толкование образования полезных ископаемых, правильное направление разведочных работ и оценка месторождения невозможна без детального изучения вмещающих пород, отображающих весь процесс формирования месторождения.
Некоторые характерные черты вмещающих пород служат нередко при пиками присутствия тех или иных полезных ископаемых. Так, платина и сульфиды никеля приурочены обычно к ультраоcновным или основным магматическим породам. Касситерит часто связан с измененными гранитами — грейзенами. Крупные скопления руд вольфрама и молибдена обычно находятся в гранато-пироксеновых породах — скарнах.
Необходимость петрографического изучения горных пород возникает на каждом шагу. Пригодные для цементного производства известняки не должны содержать заметного количества доломита и т. д. Хронологическое сопоставление пород, не содержащих органических остатков, также требует знания их петрографического характера. Но, кроме прямого практического значения, знание состава и характера горных пород необходимо и для исследования геологической истории изучаемого района, для понимания его тектоники, геоморфологии и других задач общего геологического исследования.
Для изучения горных пород петрография пользуется как методами, выработанными родственными ей науками — геологией, минералогией, физикой, химией, так и собственными, чисто петрографическими методами. Важнейшим петрографическим методом исследования является оптическое изучение горных пород при помощи поляризационного микроскопа, для чего из породы приготовляют тонкую пластинку — шлиф.
Описание оптических методов исследования горных пород не входит в задачу данного курса; для ознакомления с ними можно воспользоваться одним из учебников петрографии. Но, помимо оптических методов, многие горные породы могут быть, хотя и не совсем точно, определены макроскопически, по внешнему виду, на основании их минералогического состава и структуры, видимых невооруженным глазом или с помощью лупы. Этот способ определения обладает важным преимуществом — быстротой; он не требует никаких приспособлений, кроме карманной лупы, и может применяться непосредственно в поле у места залегания породы.
Читайте также: