ПЕТРОГРАФИЯ
(от греч. petros - камень
и ... графия), наука о горных породах, их минералогич. и
химич. 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., преим. описательного характера, и петрологию, в
к-рой даётся анализ генетич. соотношений. Однако часто эти термины рассматриваются
как синонимы.
Предмет и методы петрографии. П.<-наука
геол. цикла; она тесно связана с минералогией, геохимией, вулканологией,
тектоникой, стратиграфией и учением о полезных ископаемых.
По типам изучаемых горных пород различают
П. магматич., П. метаморфич. и П. осадочных горных пород, или литологию.
П. магматических горных пород исследует
кристаллич. горные породы, образовавшиеся в основном в результате застывания
и кристаллизации магмы. 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
магматич. пород проводится с целью определения их веществ. состава, выяснения
физико-химич. условий застывания магмы, их взаимоотношения с окружающими
породами и пр.
П. метаморфических горных пород занимается
исследованием горных пород, изменивших (без разрушения и расплавления)
первоначальный минеральный и химич. состав под влиянием новых физико-химич.
условий (см. также Метаморфизм горных пород). По характеру изменения
различают породы разных метаморфич. фаций, минеральный состав к-рых определяется
в основном давлением и темп-рой окружающей среды (см. Фации метаморфизма).
Кроме того, существуют горные породы, занимающие
промежуточное положение. Так, нек-рые метаморфич. породы в процессе своего
образования подвергаются частичному расплавлению (см. Палингенезис);
и
наоборот, в формировании нек-рых магматич. пород значит. роль играют процессы
метаморфизма. Существуют породы, переходные между осадочными и магматическими
(вулканогенно-осадочные
породы, пирокластические породы
и др.), к-рые сложены магматич. материалом,
но способ их образования и условия залегания характерны для осадочных
горных пород.
Для изучения состава и строения горных
пород применяются спец. методы исследования. К ним относятся в первую очередь
кристаллооптич. методы, позволяющие изучать тонкозернистые минеральные
агрегаты. При этом используются поляризационный микроскоп и др. приборы.
Широко применяются рентгеноскопич. метод и спектральный анализ, к-рые дают
возможность определить элементы-примеси, присутствующие в породах в ничтожных
количествах. Химич. состав минералов определяется при помощи микроанализаторов
непосредственно в горных породах без предварит. выделения минералов. Вещество
горных пород исследуется также путём химич. анализа. Физич. исследования
горных пород и составляющих их минералов применяют для определения ряда
физич. констант (плотность, твёрдость, тепловое расширение, сжимаемость,
скорости сейсмич. волн, вязкость, электрич. и магнитные свойства и т. д.).
С сер. 20 в. в П. всё шире используются математич. методы на основе применения
ЭВМ. В первую очередь привлекаются методы математич. статистики для оценки
достоверности совокупностей химич. или спектральных анализов, построения
рациональных классификаций горных пород, определения поисковых признаков
на разные виды полезных ископаемых, пересчётов химич. анализов. Т. о.,
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 геол.-петрографич.
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 след. разделы П.: петрохимия, петрофизика, петротектоника,
физико-химическая
и экспериментальная П., технич. П., космич. П.
Выяснение всего комплекса химич. взаимоотношений
в отд. породах и в их естеств. сочетаниях составляет содержание раздела
П.- петрохимии.
Развитие инженерно-геол. и геофизич. исследований
активизировало изучение физич. свойств горных пород и привело к появлению
новой ветви вП.- петрофизики, устанавливающей связь физич. свойств горных
пород с их составом, структурой и историей формирования.
Петротектоника (структурная петрология)
- раздел П., изучающий связи между геометрич. 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 химич. 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 к-рой было положено трудами сов. геолога Д. С. Белянкина.
Технич. П. выявляет с помощью петрографич. методов минеральный состав технич.
продуктов (шлаков, фарфора, цемента, стекла, керамики, каменного литья),
тем самым оказывает большую помощь силикатному и металлургич. произ-ву.
В свою очередь, используя опыт техники в части образования каменных продуктов,
технич. П. помогает расшифровывать многие процессы породообразования.
Космическая П., оформившаяся в 1970-е гг.,
изучает метеориты, горные породы Луны и др. планет.
Исторический очерк. До сер. 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, магматич. и метаморфические. Зарождение
П. как науки относится к сер. 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 кристаллооптич. исследований (нем. петрографы
К. Г. Розен-буш и Ф. Циркель, франц.- Ф. Фуке, О. Мишель-Леей,
сов.-
А. П. Карпинский, амер.- Э. Ларсен), разработан теодолитный метод
изучения оптич. констант минералов в шлифах при помощи универсального столика
(Е. С. Фёдоров). Были предложены способы определения состава минералов
по их кристаллооптич. свойствам, лежащие сейчас в основе изучения вещества
горных пород (Е. С. Фёдоров, В. В. Никитин, амер. учёный А. Уинчелл). Теодолитный
(фёдоровский) метод породил микроструктурный анализ (нем. учёные Б. Зандер,
Г. Беккер, В. Шмидт, сов.- Н. А. Елисеев).
Параллельно усовершенствовались методы
химич. исследований горных пород, что в совокупности с появлением богатого
описат. петрографич. материала привело к созданию в 1920-30-е гг. количественно-минералогич.
(П. Ниггли, Б. М. Куплетский и др.) и химич. (Ф. Ю. Левинсон-Лессинг,
А.
Н. Заварицкий, К. Г. Розенбуш, П. Ниггли) классификаций магматич.
горных пород, основанных на различных способах пересчёта химич. анализов
горных пород.
В конце 19 - нач. 20 вв. основное внимание
П. было привлечено к изучению проблемы генезиса и причин разнообразия магматич.
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 магматич. 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 к-рой в процессе т. н. кристаллизационной
дифференциации (отделение от остаточной магмы в результате всплывания или
погружения в ней выделившихся кристаллов) могли образоваться почти все
магматич. горные породы. Впоследствии в природе были обнаружены реальные
случаи кристаллизац. дифференциации (А. А. Полканов, англ. учёные
Л. Уэйджер и Г. Браун).
Большое внимание петрографов было привлечено
к гранитам, залегающим в глубокометаморфизованных гнейсовых и мигматитовых
толщах. Ещё в нач. 20 в. Я. И. Седерголъм выяснил, что эти породы
обладают рядом особенностей, к-рые трудно объяснимы, если предположить
внедрение гранитной магмы, и указал, что такие граниты не являются магматич.,
а образовались в результате метасоматич. гранитизации или ультраметаморфизма
под действием глубинных эманации. В 40-50-е гг. эти предположения пользовались
особой популярностью (П. Эскола, X. Г. Баклунд, Ю. А. Кузнецов,
Н.
Г. Судовиков).
В работах Д. С. Коржинского (начиная
с 1936) были созданы основы физико-химич. анализа парагенезисов минералов.
Компоненты,
составляющие горные породы, были разделены на группы в соответствии с ролью,
к-рую они играют в процессах минералообразования. Введены понятия о дифференциальной
подвижности компонентов и системах с вполне подвижными компонентами, условия
химич. равновесия в к-рых определяются особыми термодинамич. потенциалами
(потенциалы аллохимич. 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 (трансмагматич. растворами),
обосновал большую роль процессов магматич. замещения в становлении изверженных
пород в глубинных условиях и разработал теорию метасоматич. зональности.
На основе анализа парагенезисов минералов в 60 -70-е гг. разработаны системы
минеральных фаций магматич., метаморфич. и метасоматич. горных пород (сов.
геологи В. А. Жариков, А. А. Маракушев).
Большое значение для выяснения происхождения
различных магматич. и метаморфич. пород имели экспериментальные исследования
в П. (Ф. Ю. Левинсон- Лессинг и А. С. Гинзберг, нач. 20 в., амер. учёные
Н. Л. Боуэн, О. Татл, Р. Горансон, 20-30-е гг.). Эти исследования получили
особенно большой размах в 50-60-е гг. (сов. учёные И. А. Островский, Н.
И. Хитаров, В. С. Соболев, Г. Л. Поспелов, амер.- Д. Гамильтон, X. Йодер,
С. Тилли, австрал.- Д. Грин, А. Рингвуд и др.).
Особенно важным было изучение процессов
Большое внимание в П. привлекает проблема
Исследования в области П. в СССР ведутся
Лит.: Боуэн n. Л., Эволюция изверженных
плавления горных пород под давлением паров летучих компонентов Н
поэтому в природных условиях гранитный расплав может быть получен при наличии
воды и относительно низких темп-pax из разнообразных по составу первичных
пород.
Современное состояние и задачи петрографии.
В
60-70-е гг. на основании новых петрологич., экспериментальных и геофизич.
исследований вновь стала обсуждаться возможность образования гранитов в
результате выплавления из глубинных оболочек Земли (сов. 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 перемещённые граниты. Второй тип гранитов возникает из кислых
расплавов, к-рые 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 темп-рой, способны достигать земной поверхности, формируя
не только интрузивные граниты, но и их эффузивные аналоги.
магматич. формаций, в к-рые объединяются группы генетически и структурно
связанных между собой магматич. горных пород, образующих устойчивые ассоциации
(Г. Д. Афанасьев, Ю. А. Кузнецов), показано существование вулкано-плутонич.
формаций (сов. петрограф Е. К. Устиев). Разрабатывается также проблема
связи магматизма и тектоники, к-рую впервые поставил X. Штилле. Исключит.
внимание уделяется изучению магматизма океанов, особенно срединно-океанических
хребтов, возникновение к-рых связывается с глубинными процессами формирования
магм (Д. Грин и А. Рингвуд). Высказываются предположения, что офиолитовые
серии геосинклинальных областей образовались в океанич. областях геол.
прошлого (см. Офиолиты).
институтами АН СССР, управлениями и ведомствами Мин-в геологии СССР и союзных
республик, учебными институтами. В 1952 при Отделении геолого-географич.
наук АН СССР был создан Межведомственный петрографич. к-т для решения вопросов
генезиса и номенклатуры горных пород. Проблемы П. обсуждаются на периодически
(через 4-5 лет) созываемых Всесоюзных петрографич. совещаниях (начиная
с 1953), а также на региональных петрографич. совещаниях. Кроме того, важнейшим
проблемам П. посвящаются тематич. сессии геологического конгресса Международного.
Работы
по П. публикуются в ряде периодических изданий: в СССР - в геол. сериях
"Докладов" и "Известий" АН СССР, в "Записках Всесоюзного минералогического
общества", в журн. "Советская геология" n др.; за рубежом проблемам
П. посвящён специально издаваемый журн. "Journal of Petrology" (Oxf., с
1960).
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 n. a., Метаморфизм,
М., 1963; Кузнецов Ю. А., Главные типы магматических формаций, М., 1964;
Заварицкий 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; Уэйджер Л., Браун Г., Расслоенные изверженные
породы, пер. с англ., М., 1970; Соловьев С. П., Химизм магматических горных
пород и некоторые вопросы петрохимии, Л., 1970; Пи етров В. П., Магма и
генезис магматических горных пород, М., 1972; Коржинский Д. С., Теоретические
основы анализа парагенезисов минералов, М., 1973; Пи ерчук Л. Л., Термодинамический
режим глубинного петрогенеза, М., 1973; Sander В., Einfuhrung in die Gefugekunde
der geologischen Korper, TI 1-2, W.-Innsbruck, 1948-50.
А Б В Г Д Е Ё Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ъ Ы Ь Э Ю Я