Полевое изучение интрузивов

Геологическое картирование интрузивных образований

Магматические породы, застывающие на глубине от поверхности Земли, называются интрузивными телами (плутонами или интрузивами), а сам процесс внедрения магмы в земную кору – интрузией.

Знание формы магматических тел, их особенностей и внутреннего строения даёт возможность для определения их генезиса и условий внедрения, а также – для металлогенического прогнозирования по латерали и на глубину.

Интрузивные породы развиты в земной коре очень широко, в основном в фундаментах древних платформ, на щитах и в складчатых областях. В платформенном чехле они присутствуют крайне редко. 85% из всех интрузивных пород составляют гранитоиды, 10% - породы среднего и щелочного состава и около 5% - основные и ультраосновные породы. Большая часть интрузивных пород, особенно гранитоидов, имеет раннедокембрийский возраст. От позднего протерозоя и в фанерозое (от палеозоя, мезозоя до кайнозоя) доля их общего объёма в массе пород складчатых областей уменьшается.

Размеры массивов, сложенных интрузивными образованиями, разнообразны – от десятков сантиметров шириной до сотен километров в поперечнике. Формы массивов также чрезвычайно многообразны как в горизонтальном, так и в вертикальном сечении и в трёхмерном измерении. Глубина формирования интрузивов различна. Выделяются четыре фации глубинности: 1) субвулканическая – от 0 до 1.0 км; 2) гипабиссальная (фация малых глубин) – от1 до 3 км; 3) мезоабиссальная (фация средних глубин) – от 3 до 8 км; 4) абиссальная (фация больших глубин) – от 8 км и глубже.

В процессе геологического картирования территорий, на которых развиты интрузивные образования, выделяется несколько этапов: 1 – выявление формы, пространственного положения и соотношения массивов с вмещающими породами; 2 – составление разрезов и системное изучение внутреннего строения массивов; 3 – определение формационной принадлежности, относительного и абсолютного возраста, а также корреляция интрузивов.

Общая характеристика форм и особенностей залегания

Интрузивных пород

Простейшая классификация интрузивных тел основывается на соотношениях их формы с залеганием вмещающих пород. По этому признаку все интрузивные тела делятся на две большие группы – согласные (конкордантные) и несогласные (секущие, дискордантные). Положение и соотношение их отражено на принципиальной схеме (рис. 4.15.

I). Среди главных типов согласных интрузивов выделяются силлы, лакколиты, факолиты, лополиты, гарполиты и ареал-плутоны. Степень «согласия» между формой контакта тел и структурой вмещающих пород у разных массивов может быть различной. Наибольшее «согласие» наблюдается у силлов, наименьшее – у магматических диапиров. Следует также иметь в виду, что у каждого интрузива есть необходимый элемент – подводящий магматический канал («ножка»), который будет иметь вид секущего столбообразного или пластообразного тела.

Силлы (интрузивные залежи, пластовые залежи) – пластообразные тела, залегающие параллельно напластованию вмещающих пород, образовавшиеся на сравнительно небольшой глубине (рис. 4.1). Они могут быть первично горизонтальными, наклонными и вертикальными (рис. 4.2). Мощность их колеблется от нескольких сантиметров до нескольких сотен метров, но чаще встречаются силлы мощностью от 10 до 50 м. Площадь некоторых достигает до нескольких тысяч квадратных километров. Силлы могут быть сложены различными по составу породами, но в основном габбро и долеритами, и реже гипабиссальными разностями гранитоидов. Силлы, образовавшиеся в результате однократной инъекции магмы, называются простыми, а в случае двух- или многократной инъекции – повторными. Сложный силл получается из двух или более инъекций магмы разного состава. Дифференцированный силл имеет мощность обычно в сотни метров и образуется при инъекции горизонтального магматического пласта. При медленном остывании в нём происходит кристаллизационная дифференциация – при кристаллизации более тяжёлые минералы оседают, а более лёгкие всплывают. Таким образом, массив приобретает неоднородное по вертикали строение.

Рис. 4.1 Силлы в разрезе.	Рис. 4.2. Силы: a – наклонный; b – горизонтальный;c – вертикальный.

Рис. 4.3. Силы диабазов (черное) в палеозойских отложениях близ г. Прага (в разрезе).	Рис. 4.4. Силы долеритов в разрезе Тунгус-ской синеклизы (по Г.П. Вдовыкину, 1979).

Силлы больше характерны для платформ (например, траппы в пермских и каменноугольных породах Восточно-Сибирской платформы) (рис. 4.4), но могут формироваться и в складчатых областях. Их формирование происходит в обстановке интенсивной вулканической деятельности. Нередко межслойные инъекции магмы образуют серии залежей, расположенных одна над другой и соединённых друг с другом ответвлениями, секущими вмещающие породы.

Лакколиты (от греческого «ляккос» - яма, подземелье) – грибообразные или караваеобразные тела, границы которых согласны с поверхностями слоистости вмещающих их пород (рис. 4.4).

Рис. 4.4. Лакколиты (по М.П. Биллингсу).

Они образуются в результате внедрения магмы между слоями под давлением, приподнимая над собой вышележащие слои. Их размеры небольшие – обычно не более 3-6 км в поперечнике, но мощность может достигать до тысячи метров. Для лакколитов отношение диаметра и мощности должно быть менее 10, а если больше, то это интрузивное тело уже должно называться силлом. Лакколиты имеют плоское основание в центре и крутые боковые поверхности. Могут быть самостоятельными, часто многофазными интрузиями, либо входить в систему единого плутона (например, батолита). Залегают лакколиты на небольшой глубине и, вскрываясь денудацией, представляют куполообразные возвышенности. Выделяется несколько морфологических типов лакколитов. Асимметричный лакколит – эта такой лакколит, в котором угол падения кровли значительно отличается на различных участках. Бисмалит – это разновидность лакколита (или штока), кровля которого была приподнята вдоль цилиндрических сбросов. Межформационный лакколит – это лакколит, инъецированный вдоль поверхности несогласия.

Лополиты (от греч. «лёпас» - чаша, плоское блюдо) – блюдцеобразные интрузивные тела, залегающие согласно со слоистостью вышележащих пород (рис. 4.5).

Рис. 4.5. Разрез лополита Маскокс в Канаде (по Т.Ирвину и К.Смиту, 1967). 1 – базальты; 2 – доломиты и песчаники; 3 – кварциты и песчаники; 4 – расслоенная серия (от ультраосновных пород до гранофиров); 5 – контактовые фации; 6 – кристаллический фундамент.

Их размеры различны – от небольших залежей до огромных (до нескольких сотен км в поперечнике) массивов (например, Бушвельдский массив в Южной Африке или лополит Сёдбери в Канаде). Сложены лополиты, главным образом, основными и ультраосновными и реже - щелочными породами или гранитами. Питающий канал может быть как сравнительно узким и расположенным в центре, так и достаточно большим. Наиболее вероятным считается механизм инъекции магмы между слоями слоистых пород с одновременным прогибанием в центре, обусловленным истощением магматического резервуара. Лополиты, подобно интрузивным залежам, могут быть простыми, многократными, сложными и дифференцированными. Дифференциация характерна для лополитов – она может быть проста в общих чертах, но очень сложна в деталях.

Факолиты (от греч. «факос» - чечевица) – согласные интрузивы серповидной или чечевицеобразной формы (в поперечном разрезе), локализованные в сводах антиклиналей или в мульдах синклиналей (рис. 4.6).

Рис. 4.6. Факолиты в разрезе (в ядре антиклинальной складки).

Размеры факолитов относительно небольшие – от сотен до нескольких тысяч метров. Чаще всего факолиты внедряются при складчатости слоистых толщ, пассивно (либо под некоторым давлением) заполняя полости между отслаивающимися слоями в замках складок. Наиболее благоприятны для образования факолитов участки с крутым погружением шарнира. Сложены они преимущественно основными породами, а в областях интенсивной гранитизации имеют гранитоидный состав.

Гарполиты (межформационные интрузии) – крупные пластообразные (или серповидной формы) согласные тела преимущественно гранитоидного состава, залегающие на поверхностях несогласий (рис. 4.7).

Рис. 4.7. Межформационный гранитный интрузив (гарполит) в Юго-Западном Алтае (в разрезе).

По М. Биллингсу они назывались межформационными лакколитами. Некоторые исследователи их принимали за батолиты (например, Баварский массив Шайн). Гарполиты распространены довольно широко (в Восточной Сибири, Северной Америке, на Алтае, в Европе и т.д.).

II).К числу главных типов несогласных, или секущих интрузивных тел принадлежат батолиты, штоки, дайки, некки, жилы, апофизы, протрузии и частично согласные интрузивы – интрузивные купола (магматические диапиры).

Батолиты (от греч. «батос» – глубина, «литос» – камень) – крупные массивы интрузивных пород, имеющие площадь выхода на поверхности не менее 100 км² и секущие контакты с вмещающими породами (рис. 4.8). Батолиты распространены чрезвычайно широко. Сложены они главным образом гранитами, а породы иного состава (гранодиориты, диориты, сиениты или габбро) приурочены обычно к краевым и приконтактовым их частям.

Рис. 4.8. Гранитный батолит (по В.Эммонсу).

Верхняя поверхность батолитов обычно обладает плавными пологими очертаниями, нарушаемыми многочисленными куполовидными выступами, имеющими различную форму. Боковые поверхности батолитов имеют весьма различное строение. Нередко они наклонены в стороны от центральных частей массива. Встречаются также вертикальные боковые поверхности и поверхности, наклонённые к центру батолитов. Вертикальные размеры по геофизическим данным составляют 5-10 км. Нижняя граница с вмещающими породами весьма неровная, имеющая очень часто вид суживающегося вниз корневидного канала. Таким образом, в грубом приближении батолиты имеют вид караваев с узким подводящим каналом, отходящим вниз от центральной части дна массива (батолиты центрального типа), либо форму языка, подводящий канал к которому подходит сбоку (батолиты трещинного или щелевого типа) (рис. 4.9).

Рис. 4.9. Идеализированные поперечные разрезы интрузивных массивов щелевого(I) и центрального (II) типов А - интрузивный массив;.Б – вмещающие породы; а – «пробковая» часть массива; б – «подпробковое» расширение; в – подводящий канал. Породы центральной части (1), краевой части (2) массива и эндоконтактовой зоны (3).

Породы, вмещающие батолит, на контакте с интрузивными образованиями носят явные следы проплавления и рвущих взаимоотношений. Иногда есть следы механического воздействия магмы на вмещающие породы – появление разрывов, складок в них и др. До настоящего времени ещё не решена проблема пространства, занимаемого батолитами. Существует несколько гипотез, из них три наиболее распространённые. По первой, при формировании батолитов пространство образуется за счёт обрушения кровли, обломки которой падают в магму, тонут и постепенно растворяются. По второй гипотезе породы, сквозь которые поднимается магма, постепенно растворяются и ассимилируются магмой. И за счет растворения вмещающих пород у контактов батолитов образуются различные гибридные интрузивные породы. Согласно третьей гипотезы, магма внедряясь в земную кору, приподнимает её на обширных площадях, не нарушая отдельных структур, и образующиеся батолиты располагаются между комплексами пород, различающихся характером развитой в них складчатости и степенью метаморфизма. И их следует тогда называть межформационными батолитами. Не исключено, что в любом случае при продвижении магматического расплава вверх может образоваться застывшая «пробка», которая впоследствии заставляет расплавы растекаться в стороны, раздвигая и частично ассимилируя вмещающие породы. И при дальнейшем поступлении магмы она может нагнетаться в подпробковое и надпробковое пространство.

Помимо этих гипотез существуют представления об образовании гранитных батолитов путём переработки глубинными растворами и парами осадочных пород, остающихся на месте. Этот метасоматический процесс называется гранитизацией. Он проходит при температуре около 700° и приводит к образованию метасоматических гранитов, которые могут слагать достаточно крупные массивы по площади и по мощности – ареал-плутоны (мигматит-плутоны). Эти массивы зачастую характеризуются нечеткими границами с плавными переходами в гнейсы и распространены в основном среди раннедокембрийских складчатых структур.

Штоки (от нем. Stock – палка, ствол) – крутопадающие интрузивные тела округлой или вытянутой формы, секущие структуру вмещающих пород и имеющие площадь выхода на поверхности менее 100 км² (рис. 4.10).

Рис. 4.10. Формы интрузивных тел, по Р.А. Дэли, с дополнениями. Изображены тела в перспективе (п) и в разрезе (р). 1 – шнурковая залежь; 2 – диатрема (трубка взрыва); 3 – некк; 4 – жила; 5-8 – дайки (5 – простая, 6 – сложная, 7 – кольцевая, 8а – цилиндрическая, 8б – коническая); 9 – центральная интрузия; 10 – мигматит; 11 – акмолит; 12 – гарполит; 13 – силл; 14 – лополит; 15 – бисмалит; 16 – лакколит; 17 – сложный лакколит; 18 – этмолит; 19 – фунгулит; 20 – полифунгулит; 21 – хонолит; 22 – шток; 23 – батолит. 1-4 – породы: 1 – осадочные, 2 – магматические, 3 – метаморфические, 4 – обломки вмещающих пород.

Они представляют собой либо самостоятельные массивы, обладающие всеми чертами батолитов, либо являются ответвлениями от батолитов в виде куполов и гребней над их кровлей. Обычно штоки сложены породами кислого или среднего состава.

В зависимости от основных особенностей своей формы штоки разделяются на ряд разновидностей (рис. 4.10). Тела, имеющие близ поверхности коническую или цилиндрическую форму, называются бисмалитами, а суживающиеся вниз и имеющие форму воронки – этмолитами. Сфенолиты имеют форму клина, акмолиты – форму острого лезвия, фунгулиты – форму перевёрнутой секиры, хонолиты – тела сложной формы и т.д. Все эти разновидности могут быть выделены лишь условно, так как форма штоков бывает обычно очень сложной.

Рис. 4.11. Дайки (I) и диапир (II) в плане (а) и в разрезе (б) по В.Н.Павлинову

Интрузивные купола и магматические диапиры – штокообразные или каплеобразные (типа перевёрнутой капли) интрузивные тела, расширяющиеся кверху и в кровле имеющие вид купола (рис. 4.11-II). Эти названия часто применяются к массивам, не имеющим точных данных о форме и генезисе. По ряду признаков некоторые из них близки к лополитам, другие к батолитам центрального и щелевого типа, третьи – к штокам.

Дайки (от англ. dike, dyke – стенка из камня или дёрна) – несогласные плитообразные тела, размещающиеся в трещинах земной коры (рис. 4.11-I, 4.15). Трещины, выполненные дайками, образуются в условиях общего или локального растяжения горных пород. Дайки могут быть сложены различными по составу породами как интрузивными, так и эффузивными. Подавляющее большинство даек залегают круто или вертикально и имеют резко секущие контакты. Размеры даек различны – от первых сантиметров до километров мощностью и протяженностью от десятков см до сотен км. На Алдане описана дайка габбро-диабазов длиной более 100 км и мощностью до 250 м. Великая Африканская дайка имеет 480 км длину и ширину – от 3 до 11 км.

Также как и интрузивные залежи дайки могут быть простыми, многократными, сложными и дифференцированными. Простая дайка образуется в результате однократной интрузии магмы, многократная – в результате двух или более интрузий магмы одного состава. Дифференцированная дайка сложена породами разного состава, образовавшимися в результате дифференциации однородной магмы.

Рис. 4.12. Конические и кольцевые дайки Шотландии (по Дж. Риччи). Разные знаки – различные интрузивные породы.

Часто встречаются групповые дайки, образующие пояса, или системы даек. Расположение даек в них может быть параллельное, кулисообразное, ветвистое или иное. Рои параллельных даек характерны для зон спрединга и прочих структур растяжения (например, в Шотландии в одном из разрезов шириной 1.6 км установлено 115 параллельных даек общей мощностью 145 м). Вокруг вулканических центров встречаются радиальные дайки. Особую группу составляют конические и кольцевые дайки (рис. 4.12). Эти дайки образуются по окружности около центра, выраженного небольшим штоком или кольцевой дайкой. Кольцевые дайки образуются значительно раньше конических даек, которые наклонены к центру и образуют систему, имеющую форму воронки, суживающейся книзу. И кольцевые и конические дайки образуются чаще всего вокруг вулканического центра или при оседании кровли над расположенным ниже магматическим очагом. Мощность конических даек не превышает нескольких метров, а кольцевые дайки могут иметь значительно большую мощность. В диаметре мощность всей системы даек может быть от 1 до 25 км. Дайки разного типа могут быть разновозрастны и сложены породами различного состава.

Рис. 4.13. Жерловина (частично эродированная) вулкана Редеры (Пфальц, Германия; по В. Лобенцу, 1967). а – горизонтальное сечение, б – вертикальный разрез. 1 – падение полосчатости; 2 – слоистые брекчии; 3 – неслоистые брекчии; 4 – кислые туфы; 5 – конгломераты, песчаники и аркозы (блоки вмещающих пород); 6 – оливиновые базальты; 7 – вмещающие песчаники и глины; 8 – красный лежень (нижняя пермь).

Вулканические жерла или некки (экструзивные бисмалиты по М. Биллингсу) – представляют собой круто- или вертикально залегающие реликты каналов, по которым магма при вулканических извержениях поднималась на поверхность, т.е. они являются частью эруптивного аппарата вулкана(рис. 4.13). В плане имеют округлую, овальную или неправильную форму диаметром от десятков метров до 1,5 км. Структуры и текстуры пород, заполняющих некки, изменчивы. Это могут быть полнокристаллические, мелкозернистые, полустекловатые изверженные породы либо агломерат, лава, туфы или вулканическая брекчия. Некки широко распространены в областях проявления активной вулканической деятельности – от раннего докембрия до кайнозоя.

Диатремы (трубки взрыва) – субвертикальный трубообразный канал, часто с изменяющимся сечением (круглым, овальным и др.), образовавшийся в результате одноактного прорыва газов и взрыва в верхних частях земной коры (рис. 4.14). Наиболее крупные трубки взрыва достигают 1 км в диаметре.

Рис. 4.14. Кимберлитовая трубка взрыва и её глубинные проводники.

Диатремы сложены вулканическими брекчиями, туфами и обломками горных пород стенок канала (базальтами, лимбургитами, кимберлитами, осадочными породами и др.). Местами они превращены в гранатовые и пироксеновые скарны. Вмещающие породы по периферии трубок не нарушены, но у контакта с трубкой, как правило, раздроблены, метаморфизованы и деформированы. Особый интерес представляют трубки, сложенные алмазоносной брекчией кимберлита. Зачастую диатремы на глубине переходят в дайки, корни которых располагаются в верхней мантии. Распространены трубки взрыва достаточно широко – в Восточной Сибири, в Африке и т.д. На юге Кольского полуострова («Ермаковское поле») выявлено их около 30.

Рис. 4.15. Схема главнейших форм залегания интрузивных и эффузивных пород. По Г. Тиррелю, с изменениями.

Жилы – несогласные плитообразные минеральные или породные тела, как правило, с менее ровными и более извилистыми, чем у даек, плоскостями ограничения и меняющимися в двух направлениях мощностями. Чаще всего они сложены гранитами и пегматитами. Большинство геологов к жилам относят только те тела, которые образовались из продуктов горячих газовых и водных выделений магмы (пневматолитовые и гидротермальные жилы разного состава). Размеры жил варьируют в широких пределах – от десятков миллиметров до десятков метров. По форме они подразделяются на простые, сложные, ступеньчатые, сетчатые, ветвящиеся и т.д.

Рис. 4.16. Интрузия гранитов (1) с апофизами (2) во вмещающих породах (3).

Апофизы (от греч. «апофизис» – отросток) – небольшие ответвления от крупных интрузивных тел. Они имеют небольшие размеры, часто неправильную форму и секущее положение по отношению к вмещающим породам (рис. 4.16).

Протрузии – геологические тела, сложенные интрузивными породами глубинных фаций, вдвинутые в холодном состоянии в вышележащие слои в результате каких-либо тектонических процессов, проходивших в земной коре. У них не наблюдаются активные контактовые явления. Они являются бескорневыми геологическими телами. В последнее время широко распространилась идея о протрузивной природе альпинотипных ультрабазитов.

Полевое изучение интрузивов