Literatura
Przewodnik do petrografii - Praca zbiorowa pod red. A. Maneckiego i M. Muszyńskiego, Kraków 2008.
A. Majerowicz, B. Wierzchołowski - Petrologia skał magmowych, Warszawa 1990.
K. Łydka - Petrologia skał osadowych, Warszawa 1985.
A. Bolewski, W. Parachoniak - Petrografia, Warszawa 1990.
L. Chodyniecka, W. Gabzdyl, T. Kapuściński - Mineralogia i petrografia dla górników, Katowice 1993.
W. Ryka, A. Maliszewska - Słownik Petrograficzny, Warszawa 1991.
J. Żaba - Ilustrowany słownik minerałów i skał, Katowice 2003.
P. Czubla, W. Mizerski, E. Świerczewska-Gładysz - Przewodnik do ćwiczeń z geologii, Warszawa 2007 (lub: Przewodnik do ćwiczeń z geologii dynamicznej - praca zbiorowa pod red. J. Roniewicza).
Borkowska M., Smulikowski K. - Minerały skałotwórcze, Warszawa 1973.
MacKenzie W.S., Donaldson C.H., Guilford C. - Atlas of Igneous Rocks and their Textures, Longman.
L. A. Raymond - Petrology. The Study of Igneous, Sedimentary & Metamorphic Rocks, 2nd ed., 2002.
Podział strukturalny krzemianów
anion O:Si
Krzemiany wyspowe [SiO4]4- 4 : 1
Krzemiany grupowe [Si2O7]6- 3.5 : 1
Krzemiany pierścieniowe [Si6O18]12- 3 : 1
Krzemiany łańcuchowe [Si2O6]4- 3 : 1
Krzemiany wstęgowe [Si4O11]6- 2.75 : 1
Krzemiany warstwowe [Si4O10]4- 2.5 : 1
Krzemiany przestrzenne 2 : 1
W glinokrzemianach część tetraedrów krzemotlenowych [SiO4]4- jest zastąpiona przez tetraedry glinotlenowe [AlO4]5-
Minerały skałotwórcze skał magmowych
Oliwin (Mg,Fe2+)2[SiO4]
Augit (Ca,Na)(Mg,Fe,Al,Ti)[Si2O6]
Hornblenda (Ca,Na)2-3(Mg,Fe,Al)5[Si6(Si,Al)2O22|(OH)2]
Muskowit KAl2[AlSi3O10](OH)2
Biotyt KMg3[AlSi3O10](OH)2
Skalenie
sodowo-wapniowe (plagioklazy) (Na,Ca)[Al(Si,Al)Si2O8]
potasowe (ortoklaz) K[AlSi3O8]
Kwarc SiO2
Skaleniowce (foidy)
Leucyt KAlSi2O6
Nefelin (Na,K)AlSiO4
Minerały akcesoryczne:
Granaty (Mg,Fe2+,Mn,Ca)3Al2[SiO4]3
Cyrkon Zr[SiO4]
Tytanit CaTi[O|SiO4]
Apatyt Ca5(Cl,F,OH)[PO4]3
Turmaliny borokrzemiany pireścieniowe
Monacyt (Ce, Ca)PO4
Chromit CrFe2O4
Magnetyt Fe3O4
Ilmenit FeTiO4
Piryt FeS2
Minerały wtórne:
Epidot Ca2(Fe,Al)Al2[O|OH|SiO4|Si2O7]
Serpentyny Mg6[Si4O10](OH)8
Chloryty (Mg,Fe)6[(Si,Al)4O10](OH)8
Serycyt
Kalcyt, chalcedon, opal...
Minerały skałotwórcze skał magmowych
(krótka lista)
Oliwiny (Mg,Fe2+)2[SiO4]
Pirokseny (Augit) (Ca,Na)(Mg,Fe,Al,Ti)[Si2O6]
Amfibole (Hornblenda)
(Ca,Na)2-3(Mg,Fe,Al)5[Si6(Si,Al)2O22|(OH)2]
Miki:
Muskowit KAl2[AlSi3O10](OH)2
Biotyt KMg3[AlSi3O10](OH)2
Skalenie:
sodowo-wapniowe (Plagioklazy) (Na,Ca)[Al(Si,Al)Si2O8]
potasowe (Ortoklaz) K[AlSi3O8]
Kwarc SiO2
Analiza mikroskopowa minerałów i skał w płytkach cienkich (tzw. szlifach mikroskopowych o grubości 0.02 mm)
Badania przy jednym polaryzatorze
Identyfikacja minerałów przeźroczystych i nieprzeźroczystych
Dla minerałów przeźroczystych:
Wydzielenie minerałów barwnych i bezbarwnych
Barwa i pleochroizm (dot. minerałów barwnych)
Relief
Łupliwość
Pokrój kryształów, kształt i wielkość kryształów i ziarn minerałów
Wrostki
Charakter powierzchni, spękania, ewentualne oznaki wietrzenia chemicznego minerałów
Badania przy polaryzatorach skrzyżowanych
Rozróżnianie minerałów izotropowych i anizotropowych
Dla minerałów anizotropowych:
Barwy interferencyjne
Kąty ściemniania (wygaszania światła)
Zbliźniaczenia
Skały magmowe to skały powstałe w wyniku krystalizacji magmy
Magma - płynny stop krzemianowy nasycony gazami
Lawa wulkaniczna - magma, która wydostała się na powierzchnię Ziemi
Magma pierwotna - powstała przez wytopienie skał płaszcza lub skorupy
Magma macierzysta
Dyferencjacja (różnicowanie) magm
Krystalizacja frakcyjna - stopniowe wydzielanie się minerałów ze stopu w trakcie jego krzepnięcia w miarę spadku temperatury
Likwacja - proces odmieszania magm o różnej gęstości
Asimilacja skał otoczenia - zachodzi w brzeżnych partiach komory magmowej, polega na częściowym wytapianiu skał osłony lub wymiany substancji ze skałami osłony
Ksenolity - zatopione w magmie i termicznie zmienione okruchy skał osłony
Kontaminacja - zanieczyszczenie magmy przetopionym materiałem skał osłony
Skały magmowe to skały powstałe w wyniku krystalizacji magmy, jako końcowy produkt łańcucha procesów magmowych:
Generacja magm
Separacja
Migracja
Dyferencjacja (różnicowanie się magm)
Asymilacja/Kontaminacja
Krystalizacja/Solidyfikacja
Magma - płynny stop krzemianowy nasycony gazami
jednofazowa - wyłącznie faza ciekła
dwufazowa - stop + kryształy lub stop + pęcherzyki gazu
trójfazowa - stop + kryształy + pęcherzyki gazu
Magmy:
krzemianowe
węglanowe
siarczkowe
tlenkowe
Lawa wulkaniczna - magma, która wydostała się na powierzchnię Ziemi
Magmy pierwotne - powstałe przez wytopienie skał płaszcza lub skorupy, wysokotemperaturowe, o zachowanym wyjściowym składzie chemicznym
Magmy macierzyste - wypełniające komory magmowe, wyjściowe dla skał magmowych lub podlegające dalszej dyferencjacji
Magmy pochodne - produkty dyferencjacji magmy macierzystej
Składniki lotne magm:
H2O, CO2, H2, CO, CH4, S, SO2,
H2S, N2, NH4, F2, HF, Cl2, HCl, O2
Gęstość magm: od ok. 2.4 g/cm3 (magmy kwaśne)
do ok. 2.9 g/cm3 (magmy zasadowe)
Lepkość
Temperatura: od ok. 1250°C do 650°C
temperatury likwidusu i solidusu
Ciśnienie
Wytapianie magm
wzrost temperatury
spadek ciśnienia litostatycznego
wzbogacenie w składniki lotne
Dyferencjacja (różnicowanie) magm
Krystalizacja frakcyjna - stopniowe wydzielanie się minerałów ze stopu w trakcie jego krzepnięcia w miarę spadku temperatury
Likwacja - proces odmieszania magm o różnej gęstości
Dyfuzja
Asymilacja skał otoczenia - zachodzi w brzeżnych partiach komory magmowej, polega na częściowym wytapianiu skał osłony lub wymiany substancji ze skałami osłony
Ksenolity - zatopione w magmie i termicznie zmienione okruchy skał osłony
Kontaminacja - zanieczyszczenie magmy przetopionym materiałem skał osłony, o odmiennym składzie chemicznym
Mieszanie magm - skały hybrydowe
Krystalizacja równowagowa i frakcjonalna
Frakcyjna krystalizacja magmy
Stadium wczesne - krystalizacja oliwinów, piroksenów i Ca-plagioklazów z akcesorycznymi granatami i chromitem. Powstanie skał ultrazasadowych.
Stadium główne - krystalizacja piroksenów i Ca-Na plagioklazów (magma gabrowa), później amfiboli i Na-Ca plagioklazów (magma diorytowa), jeszcze póżniej biotytu z dodatkiem skaleni alkalicznych (magma granodiorytowa).
Stadium późne - krystalizacja skaleni alkalicznych, biotytu, muskowitu i kwarcu (magma sjenitowa i granitowa).
Procesy pomagmowe
Stadium pegmatytowe - krystalizacja skał żyłowych (pegmatytów) i kruszców ze stopu pomagmowego zasobnego w SiO2, alkalia, składniki lotne (H2O, CO2, H2S) oraz takie pierwiastki jak B, F, Li, Sn, W.
Stadium pneumatolityczne - tworzenie się minerałów na skutek interakcji resztek pomagmowych zdominowanych przez składniki lotne ze skałami otoczenia. Powstają takie minerały jak topaz, turmalin, kasyteryt, wolframit, siarczkowe kruszce metali.
Stadium hydrotermalne - krystalizacja minerałów z gorących roztworów pomagmowych, oddziałujących na skały otoczenia. Powstające minerały tworzą różnorodne żyły kruszcowe, bogate m.in. w Cu, Zn, Pb, As, Sb, Bi, Ag, Au.
Kryteria klasyfikacji skał magmowych:
miejsce powstania w skorupie ziemskiej
skład chemiczny magmy
skład mineralny i chemiczny skał
Skały:
wylewne (wulkaniczne)
subwulkaniczne
żyłowe
hipabysalne
głębinowe (plutoniczne, abysalne)
Skały:
ultrazasadowe
zasadowe
obojętne
kwaśne
Główne składniki magmy:
SiO2, Al2O3, MgO, FeO+Fe2O3, CaO, Na2O, K2O, H2O, TiO2
Magmy ultrazasadowe są ubogie w krzemionkę (ok. 40% SiO2) i glinkę, praktycznie pozbawione alkaliów, natomiast bardzo bogate w MgO i FeO. Z takich magm krystalizują oliwiny i pirokseny - główne minerały skał ultrazasadowych (ultramaficznych).
Magma bazaltowa zawiera 45-52% SiO2, ok. 15% Al2O3, znaczne ilości CaO, MgO i FeO (do ok. 10% każdego z tych składników), natomiast niewiele alkaliów, zwłaszcza K2O. Z takiej magmy krystalizują przede wszystkim Ca-Na plagioklazy i pirokseny.
Magmy obojętne (np. andezytowa) są bogatsze w krzemionkę (52-65% SiO2) i alkalia, natomiast uboższe w CaO, MgO i FeO. Krystalizują z nich Na-Ca plagioklazy i skalenie alkaliczne, a z minerałów ciemnych głównie hornblenda i biotyt.
Magmy kwaśne (granitowe) zawierają ponad 65% SiO2, ok. 15% Al2O3, znaczne ilości alkaliów(w sumie do ok. 10% Na2O i K2O), są natomiast ubogie w CaO, MgO i FeO. Z takich magm krystalizują skalenie alkaliczne, Na-Ca-plagioklazy, biotyt oraz kwarc.
Likwacja - proces odmieszania się wskutek działania grawitacji z pierwotnie jednorodnego stopu ciekłych faz (magm) o różnej gęstości, np. stopu siarczkowego od krzemianowego, magmy gabrowej od granitowej.
Główne skały magmowe
grupa skał |
głębinowe |
żyłowe |
wylewne |
minerały główne |
inne minerały |
ultra-maficzne (ultra-zasadowe) |
dunit |
pikryt |
kimberlit |
oliwin |
piroksen, granat, spinel |
|
perydotyt |
|
|
oliwin, piroksen |
granat, spinel |
zasadowe |
gabro, noryt |
diabaz (doleryt) |
bazalt, melafir |
piroksen, Ca-plag. |
oliwin, hornblenda |
obojetne |
dioryt |
lamprofir |
andezyt |
hornblenda, Na-Ca-plag. |
biotyt, piroksen, K-skaleń |
|
sjenit |
|
trachit |
K-skaleń, Na-plag., biotyt |
hornblenda, piroksen, kwarc (Q) |
kwaśne |
granit |
pegmatyt, aplit |
riolit |
skalenie, Q, biotyt |
muskowit hornblenda |
|
grano-dioryt |
|
riodacyt |
skalenie, Q, biotyt, hbl. |
|
|
tonalit |
|
dacyt |
Na-Ca-plag., biot., hbl., Q |
K-skaleń |
Kolejność powstawania minerałów i skał magmowych
według szeregu reakcyjnego Bowena
szereg Bowena
|
rodzaj skał
|
oliwin anortyt
bytownit piroksen labrador
amfibol andezyn
biotyt oligoklaz
skalenie alkaliczne
muskowit + kwarc
|
skały ultrazasadowe
skały zasadowe
skały obojętne
skały kwaśne
|
Struktura - sposób wykształcenia składników skały
stopień krystaliczności
rozmiary kryształów
kształt kryształów
stopień krystaliczności
struktura holokrystaliczna (pełnokrystaliczna)
struktura hipokrystaliczna
struktura hialinowa (holohialinowa, szklista)
rozmiary kryształów
struktura fanerokrystaliczna (jawnokrystaliczna)
grubokrystaliczna
średniokrystaliczna
drobnokrystaliczna
struktura afanitowa (skrytokrystaliczna)
mikrokrystaliczna
kryptokrystaliczna
struktura porfirowa - fenokryształy w afanitowym cieście skalnym
struktury równo- i nierównokrystaliczne
struktura fanerokrystaliczno-porfirowa
kształt kryształów
kryształy euhedralne (automorficzne, idiomorficzne)
kryształy subhedralne (hipidiomorficzne)
kryształy anhedralne (ksenomorficzne)
Tekstura - sposób ułożenia i rozmieszczenia składników w skale oraz wypełnienia przez nie przestrzeni
ułożenie i rozmieszczenie składników
tekstura bezkierunkowa (bezładna)
tekstury kierunkowe (np. fluidalna)
wypełnienie przestrzeni
tekstura zbita, masywna
tekstury porowate (pęcherzykowa, pumeksowa, migdałowcowa itp.)
Schemat opisu skały magmowej
barwa
struktura
tekstura
skład mineralny - na podstawie cech fizycznych zidentyfikować główne minerały
Na podstawie powyższych cech ustalamy rodzaj i nazwę skały
ATLAS of IGNEOUS ROCKS & THEIR TEXTURES
by W.S. MacKenzie, C.H. Donaldson and C. Guilford
To English-speaking petrologist textures are the geometrical relationships among the component crystals of a rock and any amorphous materials (glass or gas in cavities) that may be present. They comprise the following properties :
Crystallinity (degree of crystallization) - i.e. the relative proportions of glass and crystals.
Granularity (grain size) - i.e. the absolute and the relative sizes of crystals.
Crystal shapes.
Mutual relations or arrangement of crystals and any amorphous materials present.
CRYSTALLINITY
Igneous rocks range in crystallinity from entirely crystals to entirely glass.
100 % crystals - holocrystalline
intermediate - hypocrystalline or hypohyaline
100 % glass - holohyaline
The adjectives glassy, vitreous and hyaline all indicate that a rock is more or less completely glass. Hypocrystalline rocks can be described more precisely by stating the relative proportions of crystals to glass.
GRANULARITY
This property embraces three different concepts :
(1) what the aided and unaided eye can or cannot see;
(2) absolute crystal sizes;
(3) relative crystal sizes.
(1) Terms referring to what the aided and unaided eye can or cannot see
Phanerocrystalline - all crystals of the principal mineral can be distinguished by the naked eye.
Pegmatitic texture is a variety of phanerocrystalline in which the crystals are strikingly large, bigger than 1-2 cm, and in rare instances up to many metres.
Aphanitic - all crystals, other than any phenocrysts present, cannot be distinguished by the naked eye. (The term aphyric is sometimes used for aphanitic rocks which lack phenocrysts). Two sub-types exist:
(a) Microcrystalline - crystals can be identified in thin section with a petrographic microscope. Crystals only just large enough to show polarization colours (less than 0.01 mm) are called microlites.
(b) Cryptocrystalline - crystals are too small to be identified even with the microscope. Globular, rod-like and hair-like crystals which are too small to show polarization colours are known as crystallites.
Felsitic texture is sometimes applied to siliceous rocks with ill-defined, almost cryptocrystalline, grey-polarizing areas composed of more or less equigranular aggregates of quartz and alkali feldspar. The name felsite is often applied to such rocks, although this is more commonly a field term for fine-grained acid material of uncertain mode of occurrence.
(2) Terms indicating absolute ranges of grain size
Coarse-grained - crystal diameters > 5 mm
Medium-grained - crystal diameters 1-5 mm
Fine-grained - crystal diameters < 1 mm
While the overall texture is recognizable in the fine-grained rock, it is not so in the coarse one and a low-power objective lens would be necessary to examine it adequatly. Petrographic microscopes rarely have a sufficiently low-power objective lens for examining the textures of coarse-grained rocks; a hand lens should be used for these, with two sheets of polaroid, if available.
(3) Terms indicating relative size of crystals
Equigranular - all crystals are of approximately the same size.
Inequigranular - crystals differ substantially in size.
A common variety, porphyritic texture, involves relatively large crystals (phenocrysts) embedded in finer-grained groundmass.
(N.B. The same mineral may be present as both phenocrysts and groundmass).
In naming a rock with porphyritic texture the mineral present as phenocrysts should be listed and followed by the suffix -phyric,
e.g. hornblende-phyric andesite.
However, if the groundmass is glassy, the term vitrophyre is used,
e.g. an olivine vitrophyre has olivine phenocrysts set in glass; the texture in this is referred as vitrophyric.
Seriate texture involves a continuous range in sizes of crystals of the principal minerals; if the crystals show a broken series of sizes, the inequigranular texture is said to be hiatal.
Caution is necessary in the identification of seriate and hiatal textures, since the dimensions of a crystal in a thin section depend on the attitude of the intersection of the crystal in three dimensions.
CRYSTAL SHAPES
Two kinds of term are used to describe crystal shape:
(1) those relating to the quality of the development of faces on crystals and
(2) those specyfying the three-dimensional shapes of individual crystals.
(1) Terms indicating the quality of the development of faces on crystals
Euhedral (syn. idiomprphic, automorphic) - crystal completely bounded by its characteristic faces.
Subhedral (syn. hypidiomorphic, hypautomorphic) - crystal bounded by only some of its characteristic faces.
Anhedral (syn. allotriomorphic, xenomorphic) - crystal lacks any of its characteristic faces.
(2) Terms indicating three-dimensional crystal shape
In hand specimens of coarse-grained rocks it is often possible to see the three-dimensional shape of a crystal on a broken surface. For finer-grained rocks, however, the crystals have to be examined in thin sections and the two-dimensional shapes of several crystals of different orientations used to deduce the three-dimensional shapes of the crystals in general.
General three-dimensional terms
The shape may either be equidimensional (syn. equant) or an inequidimensional one; tabular (syn. platy), lamellar, columnar (syn. prismatic), acicular (syn. needle-like, fibre, fibrous, hair-like).
N.B. Although these are euhedral examples, they could be subhedral or anhedral.
Specific three- dimensional terms
Skeletal, dendritic and embayed crystals
Parallel-growth crystals
Elongate, curved, branching crystals
Pseudomorphs
MUTUAL RELATIONS OF CRYSTALS
(AND AMORPHOUS MATERIALS)
Skały ultrazasadowe - ultramaficzne
Powstają z magm ubogich w krzemionkę (ok. 40% SiO2) i glinkę, pozbawionych alkaliów, natomiast bardzo bogatych w MgO i FeO.
Magmy ultrazasadowe, cechujące się wysoką gęstością (do 3 g/cm3), zazwyczaj są pochodzenia płaszczowego.
Perydotyt - skała zbudowana głównie z oliwinu i piroksenu
parageneza: oliwin + piroksen + chromit wskazuje na magmę pochodzącą z górnych partii górnego płaszcza.
parageneza: oliwin + piroksen + granat wskazuje na magmę pochodzącą z głębszych partii górnego płaszcza
Dunit - skała zbudowana w 80-100% oliwinu
Piroksenit - skała zbudowana głównie z piroksenów
Pozostałe głębinowe skały ultrazasadowe, wydzielone
w Międzynarodowej Klasyfikacji Skał Magmowych:
Wehrlit - perydotyt klinopiroksenowy
Lherzolit - perydotyt orto- i klinopiroksenowy
Harzburgit - perydotyt ortopiroksenowy
Websteryt - odmiana piroksenitu
Skały ultrazasadowe nie posiadają typowych odpowiedników wylewnych
Kimberlit - alkaliczny perydotyt z akcesorycznymi diamentami,
wypełnia kominy wulkaniczne
Pikryt
W warunkach hipergenicznych oliwin łatwo ulega serpentynizacji:
4Mg2SiO4 + 4H2O + 2CO2 = Mg6Si4O10(OH)8 + 2MgCO3
produktami tego procesu są serpentynity z żyłami magnezytu
Iddingsyt
Utwory ultrazasadowe, w formie różnej wielkości porwaków, pospolicie występują w obrębie skał bazaltowych. Często porwaki te mają charakter typowo monomineralny; zbudowane są wyłącznie z oliwinów bogatych w molekułę forsterytową - tzw. bomby oliwinowe.
Tego typu porwaki (enklawy, ksenolity) mogły się dostać do magmy bazaltowej w trakcie jej przemieszczania z głębszych stref skorupy ziemskiej, a nawet płaszcza, i wchłonięcia (zaasymilowania) okruchów skał ultrazasadowych występujących w otoczeniu.
Enklawy oliwinowe mogły również powstać wskutek lokalnego odmieszania się magmy bogatej w Mg od magmy bazaltowej i wykrystalizowania oliwinów zasobnych w molekułę forsterytową.
Skały zasadowe - grupa gabra i bazaltu
Powstają z magmy bazaltowej, zawierającej 45-52% SiO2, ok. 15% Al2O3, znaczne ilości CaO, MgO i FeO, natomiast ubogiej w alkalia.
Skały głębinowe: gabro, noryt, troktolit, anortozyt, labradoryt
Gabro - skała zbudowana z plagioklazu typu labrador-bytownit i piroksenu z grupy augitu, pobocznie oliwinu (gabro oliwinowe), ewentualnie hornblendy (gabro hornblendowe), rzadziej biotytu. Akcesoryczne składniki gabra: magnetyt, tytanomagnetyt, ilmenit, apatyt.
Noryt - skała gabrowa zawierająca pirokseny rombowe (ortopirokseny).
Troktolit - skała plagioklazowo-oliwinowa, z podrzędnym udziałem piroksenu.
Skały gabrowe są często zmienione w wyniku procesów określanych terminem saussurytyzacja - oddziaływanie pogabrowych utworów hydrotermalnych na skałę macierzystą. Saussurytyzację można również określić jako autohydrotermalne przeobrażenie gabra. W wyniku saussurytyzacji, pod wpływem m.in. H2O i CO2, zasadowe plagioklazy gabra ulegają przeobrażeniu w agregaty minerałow wtórnych, takich jak: albit (ew. oligoklaz), minerały z grupy epidotu, kalcyt, niekiedy kwarc.
Podobnie jak w skałach ultrazasadowych oliwin zwykle ulega serpentynizacji.
Uralityzacja - przeobrażenie piroksenu (augit, diallag) w mikrokrystaliczne włókniste agregaty minerałów z grupy hornblendy zwyczajnej. Uralit to pośrednie stadium przejściowe między piroksenem, a hornblendą.