Петрографія — це що це -? Історія, предмет вивчення та розвиток науки

Навчання 02 липня 2022 Перегляди: 72

Існують різні наукові напрямки, в рамках яких вивчається структура Землі. Однією з таких дисциплін є петрографія. Значення цієї науки складно переценити. Вона тісно взаємодіє з багатьма дисциплінами. Розгляньмо детальніше, що таке петрографія.

Визначення

У найменуванні дисципліни використовується грецьке слово pétros (камінь). На питання про те, що вивчає петрографія, коротку відповідь можна дати такою — вона вивчає камінь. Однак таке визначення не дає повного розуміння завдань і цілей дисципліни.

Якщо говорити більш повно, то петрографія — це наука, що вивчає гірські породи, їх хімічний і мінералогічний склад, текстури, структури, умови залягання, закономірності походження, поширення, зміни.

Спільну науку про гірські породи прийнято розділяти на дві частини. Першу складають основи петрографії, які передбачають переважно використання описових методів. Друга частина — петрологія. В рамках цього напрямку проводиться дослідження генетичних співвідношень. Однак у літературі ці терміни часто розглядаються як синоніми.

Специфіка

Петрографія — це дисципліна геологічного циклу. Як вище вже говорилося, вона тісно пов’язана з різними науковими напрямками.

Наприклад, на практиці поширено використання методів мінералогії та петрографії. Крім того, дисципліна пов’язана з геохімією, тектонікою, вулканологією, стратиграфією тощо.

Класифікація

Вона проводиться залежно від типу досліджуваної породи. Так, існує петрографія:

• Магматичних порід. У рамках цього напрямку вивчаються кристалічні породи, що виникли переважно при застиганні і кристалізації магми. Ці процеси супроводжуються розщепленням і розчиненням вміщуючих структур. Це призвело до появи типів порід, різних за складом, і копалин, пов’язаних з ними. Магматична петрографія спрямована на отримання відомостей про їх речовий склад, фізико-хімічні умови, за яких відбувалося застигання магми, особливості їх взаємодії з іншими породами тощо.
• Метаморфічних порід. Цей напрямок вивчає структури, що змінили свій хімічний і мінеральний склад під впливом нових умов. Залежно від змін виділяють породи різних метаморфічних фацій. Їх мінеральний склад визначається переважно за температурою і тиском навколишнього середовища.

Деякі породи займають проміжне положення. Одні структури в ході свого утворення частково розплавляються, інші — формуються під впливом процесів метаморфізму.

Методи дослідження

Все, що вивчає петрографія, пов’язане з надрами Землі. Для дослідження будови і складу порід застосовуються спеціальні методики.

В першу чергу потрібно сказати про кристалооптичні методи. Вони дозволяють досліджувати дрібнозернисті агрегати за допомогою поляризаційного мікроскопа та інших пристроїв.

Спектральний аналіз і рентгеноскопічний метод також досить широко застосовуються в петрографії. Ці методики дозволяють визначити домішки, присутні в структурах в малій кількості. Хімічний склад визначають за допомогою мікроаналізаторів безпосередньо в породі.

Ще один поширений метод петрографії — це дослідження фізичних констант. До них відносять показники твердості, щільності, теплового розширення, магнітних властивостей, стисканості, в’язкості тощо.

З середини минулого століття стали активно використовуватися математичні методи. Вони дозволяють оцінити достовірність результатів спектральних або хімічних аналізів, побудови класифікацій порід, визначення ознак для різних видів копалин.

Слід сказати, що вивчає петрографія не тільки безпосередньо породи, а й умови, в яких вони знаходяться. Таким чином, дослідження копалин передбачає проведення складного комплексу заходів. Однак будь-яке дослідження завжди починається в польових умовах.

Узагальнення отриманих матеріалів дозволяє визначити роль різних гірських порід у процесі утворення кори Землі.

Розділи науки

Вони виділяються в залежності від використовуваних методів. Основні розділи петрографії — це:

• петрофізика;
• петрохімія;
• петротектоніка.

Крім того, існують такі напрямки, як технічна, експериментальна, фізико-хімічна, космічна петрографія.

Визначення комплексу хімічних взаємодій у тих чи інших породах у природних їх поєднаннях здійснюється в рамках петрохімії. Розвиток геофізичних, інженерно-геологічних досліджень призвів до виникнення нового розділу — петрофізики. У рамках цього напрямку встановлюється зв’язок фізичних характеристик порід зі складом, історією формування та структурою.

Петротектонікою називають розділ петрографії, що досліджує зв’язок між геометричними закономірностями в мікроструктурах порід і рухами/деформаціями в них. За допомогою спеціальних методів з’ясовуються діючі сили і напруги. В основі петротектоніки лежить мікроструктурний аналіз, що дозволяє встановити переважне просторове орієнтування лінійних і площинних компонентів структури породи.

Фізико-хімічна петрографія — це наука про зв’язок між мінеральним і хімічним складом копалин і загальних умовах їх формування. У дослідженнях використовуються загальні закони термодинаміки.

Експериментальна петрографія — це напрямок, в рамках якого здійснюється моделювання природних процесів формування порід, їх мінеральних асоціацій.

Окремо слід сказати про технічну петрографію. Вона стала розвиватися завдяки діяльності радянського геолога Белянкіна. У рамках цього напрямку визначається мінеральний склад порцеляни, цементу, шлаків, скла, кам’яного лиття, кераміки та інших технічних продуктів. Результати досліджень мають велике значення для металургійного і силікатного виробництва. Разом з тим методи технічної петрографії використовуються для розшифровки багатьох процесів породоутворення.

Космічна петрографія, що виникла в 70-ті роки минулого століття, вивчає породи Місяця та інших космічних тіл.

Історія петрографії

До середини XIX століття проблеми вивчення порід вирішувалися частково методами загальної геології. У цей період сформувалися основи мінералогії та петрографії.

У рамках досліджень всі гірські породи були розділені на осадові, метаморфічні та магматичні за їх генезисом. Мінералогія і петрографія стали активно розвиватися після того, як Сорбі продемонстрував можливість аналізу мінерального складу копалин у шліфах під мікроскопом.

Згодом у практиці став використовуватися поляризаційний мікроскоп, далі були вдосконалені кристалооптичні методи дослідження. Через деякий час було розроблено теодолітний спосіб вивчення констант за допомогою універсального столика.

Згодом були введені в практику методи дослідження мінералів за кристалооптичними властивостями. Завдяки використанню теодолітного способу вивчення порід став розвиватися мікроструктурний аналіз. Одночасно стали вдосконалюватися хімічні методи.

Все це дозволило створити кількісно-мінералогічну та хімічну класифікації магматичних порід. Поділ ґрунтувався на різних методах перерахунку хімічних аналізів копалин.

Наука на рубежі XIX-XX ст.

У цей період вчені активно почали вивчати проблему генезису і причини різноманітності порід. Висувалися припущення про поділ первинної магми на приватні, про процес засвоєння нею вміщуючих порід.

Наприкінці XIX століття Левінсон-Лессінг зміг показати, що початковим джерелом формування магматичних порід, поширених на земній поверхні, є 2 принципово різні магми — основна і кисла. У 20-ті роки XX століття цю ідею підтримав Рейлі. Через десятиліття Боуен виступив з гіпотезою про існування в надрах базальтової магми, з якої в ході кристалізаційної диференціації (відділення від залишкової магми при спливанні або зануренні виокремлених кристалів) могли сформуватися практично всі магматичні породи. Це припущення набуло великої популярності в науковому співтоваристві. Під час подальших досліджень у природі були виявлені реальні випадки такої диференціації.

Дослідження гранітів

Цим породам дослідники приділяли особливу увагу. Вивчалися граніти, що залягають у глибокометаморфізованих мігматитових і гнейсових шарах.

Ще на початку ХХ століття Седергольм виявив у цих порід деякі особливості, пояснити які було досить складно. Він припустив, що такі граніти не можна вважати магматичними. Швидше, на його думку, вони були сформовані внаслідок метасоматичної гранітізації або ультраметаморфізму під впливом глибинних процесів.

Введення нових понять

У працях Коржинського були сформульовані основи фізико-хімічного дослідження парагенезисів мінералів. Елементи, складові породи, були класифіковані за групами залежно від функції, яку вони виконують в мінералоутворенні.

З’явилося поняття про системи з рухомими компонентами, в яких умови рівноваги хімічних показників визначаються специфічними термодинамічними потенціалами. Виникло поняття про диференційну рухливість. Все це суттєво розширило сферу застосування методів дослідження парагенезисів мінералів.

Коржинському вдалося показати, що магматизм у корі планети розвивається у взаємодії з трансмагматичними розчинами (флюїдами). Він обґрунтував роль магматичного заміщення у формуванні вивержених структур у глибинних умовах. Коржинський розробив концепцію метасоматичної зональності.

Наука на сучасному етапі

У 60-ті-70-ті роки минулого століття на підставі результатів експериментальних, петрологічних, геофізичних досліджень вчені знову почали обговорювати можливість формування гранітів внаслідок виплавлення з глибинних шарів.

Багато наукових діячів визнають існування 2 типів гранітів. Перший сформувався з палігенної магми, що має порівняно низьку температуру. Вона виникла в результаті часткового плавлення порід кори в умовах водонасичення. При кристалізації на місці магми утворюються слабо переміщені або автохтонні (непереміщені) граніти.

Другий тип утворюється з кислих розплавів. Вони формуються в ході перетворень базальтової магми, яка, в свою чергу, походить з нижніх частин або верхньої мантії кори. ВисокотемпЕЛЬНІ кислі розплави можуть досягати поверхні, утворюючи і інтрузивні граніти, і ефузивні їх аналоги.

Літологія

В рамках цього наукового спрямування здійснюється вивчення осадових порід. Цей напрямок відокремився на рубежі XIX-XX ст. внаслідок палеогеографічного, стратиграфічного та інших досліджень. Ключовим завданням науки є аналіз речового складу порід та копалин, пов’язаних з ними.

Особливе значення для виділення літології в самостійний напрямок мали матеріали, які були отримані на судні «Челленджер» «, дослідження Вальтера (німецького геолога), присвячені проблемам осадового породоутворення.

Значний внесок у розвиток напрямку зробили такі вчені, як Заварицький, Архангельський, Швецов, Батурин, Страхов, Рухін і ряд зарубіжних наукових діячів.

Петрологія

У рамках цієї науки, суміжної з петрографією, проводяться дослідження структурно-текстурної специфіки метаморфічних і магматичних порід. В рамках дисципліни створена їх класифікація, в тому числі по мінеральному складу. Однак петрографія охоплює більш великий спектр об’єктів, вона досліджує не тільки метаморфічні і магматичні структури. Стосовно перших ці дві науки часто розглядаються як тотожні. Однак саме в рамках петрології вивчаються генетичні зв’язки, що утворюються між породами.

Петрофізика

Це ще одна суміжна з петрографією наукова дисципліна. Вона розглядається як наука про фізико-хімічні властивості порід. Виникла петрофізика на основі петрографії, лабораторних методів аналізу, геофізики. Ключовим напрямком є розгляд характеристики структур як геологічних тіл з урахуванням специфічної їх природи.

Вперше поняття «» петрофізика «» було запропоновано в 1953 р. німецьким фізиком Фреліхом. Першим методичним керівництвом з дисципліни стала робота Кобранової, видана в 1962 р.

Ключовим завданням петрофізики є дослідження фізичних характеристик порід і класифікація типів структур, фацій, товщ за сукупністю властивостей. Показники порід вивчаються в масиві за допомогою космофізичних, геофізичних і геологічних методів, в лабораторних умовах за допомогою визначення параметрів під високими температурами і тиском.

Між фізичними характеристиками порід (пористістю, щільністю тощо) і петрографо-структурними показниками є кореляційний зв’язок. Вона виявляється за допомогою петрофізичного аналізу.

Дослідження виконуються в комплексі з іншими традиційними методиками. Отримані дані відображаються на спеціальних картах. За цими відомостями дослідники реконструюють геодинамічні умови утворення геологічних тіл, встановлюють тип деформацій, напружень і виявляють закономірності розподілу рудних родовищ, нафтогазових покладів. Все це забезпечує ефективне вирішення інженерно-технічних завдань.

Наприклад, завдяки петрофізичним дослідженням була виявлена природа анізотропії пружних характеристик порід, встановлена її залежність від петроструктурних факторів, зв’язок з деформаційними змінами. Отримані дані дозволили провести реконструкцію геодинамічних напружень, що мали місце при становленні інтрузивних тіл, формуванні масштабних тектонічних елементів, особливо зон розломів, а також рудовмещающих структур.

В рамках петрології вивчені закономірності змін фізичних характеристик магматичних комплексів за різних умов їх становлення. Під час досліджень встановлено завдання, які виконували передрудні гідротермально-метасоматичні процеси. Вони сприяли утворенню пористих, крихких і проникливих порід, які легко заміщаються рудною речовиною.

Розробки з петрофізики були впроваджені і в інші геолого-фізичні наукові напрями. Наприклад, особливе значення вони мали для сейсмології. Науково-методичні розробки використовувалися для інтерпретації профілів сейсмічного глибинного зонування. Важливе значення мали напрацювання і для тектоніки. Зокрема, вони сприяли встановленню природи порушень і виявленню прихованих розломів.

Ув’язнення

Як видно, вивчення гірських порід передбачає застосування різних методів і прийомів. Останнім часом у дослідженнях використовуються комп’ютерні програми. Вони суттєво прискорюють процес збирання та обробки даних. Враховуючи кількість невирішених питань, видається, що наука про гірські породи буде і далі вдосконалюватися.