Учебно-методическое пособие для слушателей курсов повышения квалификации специальности «Геофизика» по программе «Методы поисков и разведки месторождений полезных ископаемых в промысловой и разведочной геофизики»

В составе плотных минералов значительна концентрация частиц с большой атомной массой (свинец, ртуть, серебро, медь и др.) и малым атомным (ионным) радиусом. Большая часть всех минералов имеет среднюю плотность. Незначительное число минералов (10-15%) малой плотности. К ним относятся: самородные неметаллы – графит и сера; некоторые из окислов и гидроокислов (лед, опал); многие минерала класса силикатов (монтмориллонит, галлуазит); некоторые из галогенидов (галит, сильвин), карбонатов, боратов. Хорошая дифференциация минералов по плотности позволяет использовать эту величину для их распознавания.

Плотность магматических пород зависит главным образом от состава пород и растет с увеличением их осносвности:

• 
  у кислых пород (64-78 % кремнезема SiO₂) плотность 2,5 – 2,7 г/см³;
  
• 
  у основных (44-53%) пород 2,8 – 3 г/см³;
  
• 
  ультраосновных (<44%) пород 3,0-3,3 г/см³ .
  

В плотностном отношении интрузивные породы одного типа достаточно однородны и сравнительно хорошо выдержаны. Их плотность слабо зависит от структурно-текстурных особенностей и возраста. Некоторое увеличение плотности наблюдается при наличии значительного количества акцессорных рудных минералов.

Примеры плотности изверженных и магнитных пород с увеличением основности:

Туф средняя плотность 1,8 г/см³;

Гранит от 2,52 г/см³ до 2,81 г/см³ , средняя 2,67 г/см³ ;

Сиенит 2,63 г/см³ до 2,9 г/см³ , средняя 2,76 г/см³ ;

Диорит 2,8 г/см³ до 3,11 г/см³ , средняя 2,96 г/см³ ;

Перидотит 3,15 г/см³ до 3,28 г/см³ , средняя 3,23 г/см³
Дунит 3,25 г/см³ до 3,33 г/см³ , средняя 3,39 г/см³ .

Эффузивные породы в целом подчиняются тем же закономерностям, что и интрузивные: плотность увеличивается от кислых к ультроосновным образованиям. Однако вследствие более высокой пористости плотность эффузивных пород меньше плотности их интрузивных аналогов.

4. 
   Плотность метаморфических пород.
   

Под метаморфизмом понимают глубокое изменение и преобразование горных пород, происходящее под воздействие различных эндогенных процессов/4,6,8/.

Главными факторами метаморфизма горных пород являются: температура, давление всестороннее, и гидростатическое (в значительной степени определяется глубиной), стресс (давление, ориентированное в одном направлении или одностороннее), химически активные флюиды и газы, выделяющие из внедряющихся магм и поступающие с больших глубин из мантии.

Повышение температуры может быть связаны с погружением горных пород на большую глубину по мере накопления мощных осадков, тепловым воздействием магмы, проникающей в земную кору, местным повышением теплового потока, поступлением глубинных флюидов и др. процессами.

Давление приводит к деформации минералов и вызывает закономерную

пространственную ориентировку их в горных породах. Благодаря деформации возникают пути для перемещения паров воды и газов, что увеличивает интенсивность химических реакций.

Стресс способствует перекристаллизации минералов и горных пород.

В зависимости от сочетания перечисленных факторов форма проявления метаморфизма весьма разнообразна.

При метаморфических преобразованиях горных пород, приспосабливающихся к новым термодинамическим условиям, происходит изменение их физических свойств и, прежде всего, плотности.

Плотность изменяется за счет структурных перестроек при изохимических процессах. Изохимическим метаморфизмом (ísos - равный) называют метаморфизм, когда не происходит привноса и выноса химически активных веществ (или их мало), состав горных пород почти не изменяется (например, преобразование известняка в мрамор) или изменяется в незначительной степени.

В том случае, когда метаморфические изменения сопровождаются значительным привносом вещества и выносом вещества, происходит замещение одних минералов другими, то есть происходит метасоматоз. Изменение химического состава тоже приводит к изменению плотности.

Динамометаморфизм (дислокационный), или катакластический (от греч. катаклазо - разрушаю) метаморфизм (приразломный) — происходит в верхних зонах земной коры, главным образом под влиянием сильного одностороннего давления - стресса. Он связан с тектоническими движениями, вызывающие разрывы в земной коре и перемещение по ним отдельных блоков. Вследствие этого катакластический метаморфизм локализуется вдоль разрывных тектонических нарушений, особенно с полого падающими поверхностями сместителей. В процессе перемещения пород по разломам при сравнительно низкой температуре происходит их разрушение и дробление. Изменяются текстурно-структурные особенности пород, но минеральный состав почти не меняется (или в малой степени). Все это сопровождается понижением плотности за счет текстурных изменений.

В более глубоких зонах, где температура повышается, механическое разрушение пород сменяется пластическими деформациями. Совместное воздействие высоких температур и давлений приводит к некоторому изменению минерального состава, вследствие перераспределения вещества. Сопровождение приноса вещества приводит, наоборот, к возрастанию плотности пород.

Серпентинизация пород характерна для большинства известных массивов гипербазитов. Изменение пород отмечается преимущественно с поверхности, но в ряде массивов оно захватывает глубокие горизонты (до 1000-1500 м), особенно вдоль разломов. В процессе серпентинизации происходит разложение минералов с высокой плотностью (пироксенов, оливина) и образование малоплотного серпентина при небольшом содержании магнетита и других акцессорных минералов. Процесс протекает постепенно и характеризуется также постепенным уменьшением плотности пород. Наименьшую плотность имеют серпентиниты. Их дальнейшее изменение – карбонатизация приводит к новому увеличению плотности.

Процесс амфиболизации наиболее характерен для габбро и габбро-норитов, но наблюдается также и в гипербозитах. При амфиболизации происходит разложение пироксена с образованием амфибола и плагиоклазов с кристаллизацией хлорита, серицита и эпидота, т.е. минералов с меньшей плотностью. Измененные породы, как следствие характеризуются пониженной плотностью.

Контактовый метаморфизм. Этот тип метаморфизма связан с внедрением магмы в земную кору. Он наблюдается на контакте интрузий и вмещающих горных пород. При этом изменение происходит не только во вмещающих породах, но и в верхней части самих магматических интрузий. Изменение и преобразование горных пород, окружающих интрузивное тело, называют экзоконтактным метаморфизмом. А изменение, происходящие в краевой части интрузии эндоконтактным метаморфизмом. Здесь присутствуют широко идущие процессы метасоматоза и образование метасоматитов.

Процессы контактового метаморфизма могут быть без существенного изменения химического состава исходной породы, например при образовании роговиков (термальный метаморфизм); иногда они сопровождаются значительными метасоматическими изменениями. Возникающие при метаморфизме осадочных пород роговики характеризуются повышенной плотностью. Степень увеличения плотности определяется минеральным составом роговиков. Кристаллические сланцы, возникающие в результате контактового метаморфизма (с проявлением метасоматоза) глинистых и известково-глинистых осадочных пород, отличаются резко повышенной плотностью по сравнению с исходными породами, что обусловлено появлением минералов с высокой плотностью и резким уменьшением пористости пород.

Усиление степени метаморфизма от зелено-каменной фации к эклогитовой сопровождается увеличением плотности. Главное свойство является снижение пористости. Пористость становится 1-2%. Дальнейшее повышение степени метаморфизма, сопровождается увеличением плотности. Это происходит вследствие образования полиморфных модификаций минералов с более уплотненными кристаллическими решетками. При этом первоначальный состав оказывает настолько существенное влияние, что кислые породы высоких стадий метаморфизма имеют меньшую плотность, чем основные породы более низких стадий.

Частично- или полно- расплавленные горные породы проникают во вмещающие породы. Образуются смешанные породы, состоящие из материала исходной породы и расплава. Эти породы называют мигматиты. Разновидностью мигматитовой формации является чарнокитовая формация. Считается, что чарнокитизация и гранитизация пород – одно из наиболее ярких проявлений ультраметаморфизма. Процессы чарнокитизации и гранитизации (мигматизации) приводят к существенному изменению физических характеристик пород в связи с образованием иных минеральных ассоциаций.

Наблюдается непрерывный ряд формаций:

• 
  габбро-диорит-чарнокитовая формация, типичная для архея, характеризуется в среднем повышенной плотностью (σ_ср= 2,75 г/см³) при больших дисперсиях параметра.
  
• 
  Чарнокит-диорит-гранитовая формация (также развитая в архейских структурах) имеет плотность 2,65-2,74 г/см³.
  
• 
  Плотность пород чарнокит-гранитовой формации, характерной для протерозоя, составляет 2,6-2,7 г/см³.
  
• 
  Мигматит-гранитовые формации характеризуются выдержанной плотностью, преимущественно равной 2,6-2,65 г/см³.
  

Метаморфические горные породы, образовавшиеся при высоких температурах и давлениях вследствие восходящих тектонических движений или других причин, могут оказаться в иных термодинамических условиях. В этих случаях происходит процесс наложения низкотемпературных минеральных ассоциациях на породы, сформированные при более высоких температурах. Это регрессивный метаморфизм.

При регрессивном метаморфизме и диафторезе плотность пород уменьшается. Если эти процессам сопутствует милонитизация, то есть процесс раздробления и перетирания горных пород, то образующиеся кристаллические сланцы отличаются резко пониженной плотностью. Так как вследствие микротрещиноватости увеличивается пористость. Таким образом, низкотемпературные минералы характеризуются более низкой плотностью по сравнению с высокотемпературными минералами.

4. 
   Плотность и пористость осадочных пород.