Существуют разные научные направления, в рамках которых изучается структура Земли. Одной из таких дисциплин является петрография. Значение этой науки сложно переценить. Она тесно взаимодействует со многими дисциплинами. Рассмотрим подробнее, что такое петрография. 
Определение
В наименовании дисциплины используется греческое слово pétros (камень). На вопрос о том, что изучает петрография, краткий ответ можно дать такой – она изучает камень. Однако такое определение не дает полного понимания задач и целей дисциплины.
Если говорить более полно, то петрография – это наука, изучающая горные породы, их химический и минералогический состав, текстуры, структуры, условия залегания, закономерности происхождения, распространения, изменения.
Общую науку о горных породах принято разделять на две части. Первую составляют основы петрографии, предполагающие преимущественно использование описательных методов. Вторая часть – петрология. В рамках этого направления проводится исследование генетических соотношений. В литературе, однако, эти термины зачастую рассматриваются как синонимы.
Специфика
Петрография – это дисциплина геологического цикла. Как выше уже говорилось, она тесно связана с самыми разными научными направлениями.
К примеру, на практике распространено использование методов минералогии и петрографии. Кроме того, дисциплина связана с геохимией, тектоникой, вулканологией, стратиграфией и пр.
Классификация
Она проводится в зависимости от типа исследуемой породы. Так, существует петрография:
- Магматических пород. В рамках этого направления изучаются кристаллические породы, возникшие преимущественно при застывании и кристаллизации магмы. Эти процессы сопровождаются расщеплением и растворением вмещающих структур. Это привело к появлению типов пород, разных по составу, и ископаемых, связанных с ними. Магматическая петрография направлена на получение сведений об их вещественном составе, физико-химических условиях, при которых происходило застывание магмы, особенностях их взаимодействия с другими породами и пр.
- Метаморфических пород. Это направление изучает структуры, изменившие свой химический и минеральный состав под воздействием новых условий. В зависимости от изменений выделяют породы различных метаморфических фаций. Их минеральный состав определяется преимущественно по температуре и давлению окружающей среды.
Некоторые породы занимают промежуточное положение. Одни структуры в ходе своего образования частично расплавляются, другие - формируются под влиянием процессов метаморфизма.
Методы исследования
Все, что изучает петрография, связано с недрами Земли. Для исследования строения и состава пород применяются специальные методики.
В первую очередь нужно сказать о кристаллооптических методах. Они позволяют исследовать мелкозернистые агрегаты с помощью поляризационного микроскопа и других устройств.
Спектральный анализ и рентгеноскопический метод также достаточно широко применяются в петрографии. Эти методики позволяют определить примеси, присутствующие в структурах в малом количестве. Химический состав определяют с помощью микроанализаторов непосредственно в породе.
Еще один распространенный метод петрографии – это исследование физических констант. К ним относят показатели твердости, плотности, теплового расширения, магнитных свойств, сжимаемости, вязкости и пр.
С середины прошлого века стали активно использоваться математические методы. Они позволяют оценить достоверность результатов спектральных или химических анализов, построения классификаций пород, определения признаков для разных видов ископаемых.
Следует сказать, что изучает петрография не только непосредственно породы, но и условия, в которых они находятся. Таким образом, исследование ископаемых предполагает проведение сложного комплекса мероприятий. Однако любое исследование всегда начинается в полевых условиях.
Обобщение полученных материалов позволяет определить роль разных горных пород в процессе образования коры Земли.
Разделы науки
Они выделяются в зависимости от используемых методов. Основные разделы петрографии – это:
- петрофизика;
- петрохимия;
- петротектоника.
Кроме того, существуют такие направления, как техническая, экспериментальная, физико-химическая, космическая петрография.
Определение комплекса химических взаимодействий в тех или иных породах в естественных их сочетаниях осуществляется в рамках петрохимии. Развитие геофизических, инженерно-геологических исследований привело к возникновению нового раздела – петрофизики. В рамках этого направления устанавливается связь физических характеристик пород с составом, историей формирования и структурой.
Петротектоникой называют раздел петрографии, исследующий связь между геометрическими закономерностями в микроструктурах пород и движениями/деформациями в них. С помощью специальных методов выясняются действующие силы и напряжения. В основе петротектоники лежит микроструктурный анализ, позволяющий установить преимущественную пространственную ориентировку линейных и плоскостных компонентов структуры породы.
Физико-химическая петрография – это наука о связи между минеральным и химическим составом ископаемых и общих условиях их формирования. В исследованиях используются общие законы термодинамики.
Экспериментальная петрография – это направление, в рамках которого осуществляется моделирование природных процессов формирования пород, их минеральных ассоциаций.
Отдельно следует сказать о технической петрографии. Она стала развиваться благодаря деятельности советского геолога Белянкина. В рамках этого направления определяется минеральный состав фарфора, цемента, шлаков, стекла, каменного литья, керамики и других технических продуктов. Результаты исследований имеют большое значение для металлургического и силикатного производства. Вместе с тем методы технической петрографии используются для расшифровки многих процессов породообразования.
Космическая петрография, возникшая в 70-е годы прошлого столетия, изучает породы Луны и других космических тел.
История петрографии
До середины XIX столетия проблемы изучения пород решались частично методами общей геологии. В этот период сформировались основы минералогии и петрографии.
В рамках исследований все горные породы были разделены на осадочные, метаморфические и магматические по их генезису. Минералогия и петрография стали активно развиваться после того, как Сорби продемонстрировал возможность анализа минерального состава ископаемых в шлифах под микроскопом.
Впоследствии в практике стал использоваться поляризационный микроскоп, далее были усовершенствованы кристаллооптические методы исследования. Спустя некоторое время был разработан теодолитный способ изучения констант с помощью универсального столика.
Впоследствии были введены в практику методы исследования минералов по кристаллооптическим свойствам. Благодаря использованию теодолитного способа изучения пород стал развиваться микроструктурный анализ. Одновременно стали совершенствоваться химические методы.
Все это позволило создать количественно-минералогическую и химическую классификации магматических пород. Разделение основывалось на разных методах пересчета химических анализов ископаемых.
Наука на рубеже XIX-XX вв.
В этот период ученые активно начали изучать проблему генезиса и причины разнообразия пород. Выдвигались предположения о разделении первичной магмы на частные, о процессе усвоения ею вмещающих пород.
В конце XIX столетия Левинсон-Лессинг смог показать, что изначальным источником формирования магматических пород, распространенных на земной поверхности, являются 2 принципиально различные магмы – основная и кислая. В 20-е годы XX века эту идею поддержал Рейли. Спустя десятилетие Боуэн выступил с гипотезой о существовании в недрах базальтовой магмы, из которой в ходе кристаллизационной дифференциации (отделения от остаточной магмы при всплывании или погружении выделившихся кристаллов) могли сформироваться практически все магматические породы. Это предположение получило большую популярность в научном сообществе. В ходе дальнейших исследований в природе были выявлены реальные случаи такой дифференциации.
Исследование гранитов
Этим породам исследователи уделяли особое внимание. Изучались граниты, залегающие в глубокометаморфизованных мигматитовых и гнейсовых слоях.
Еще в начале ХХ века Седергольм обнаружил у этих пород некоторые особенности, объяснить которые было довольно сложно. Он предположил, что такие граниты нельзя считать магматическими. Скорее, по его мнению, они были сформированы вследствие метасоматической гранитизации либо ультраметаморфизма под влиянием глубинных процессов.
Введение новых понятий
В трудах Коржинского были сформулированы основы физико-химического исследования парагенезисов минералов. Элементы, составляющие породы, были классифицированы по группам в зависимости от функции, которую они выполняют в минералообразовании.
Появилось понятие о системах с подвижными компонентами, в которых условия равновесия химических показателей определяются специфическими термодинамическими потенциалами. Возникло понятие о дифференциальной подвижности. Все это существенно расширило сферу применения методов исследования парагенезисов минералов.
Коржинскому удалось показать, что магматизм в коре планеты развивается во взаимодействии с трансмагматическими растворами (флюидами). Он обосновал роль магматического замещения в формировании изверженных структур в глубинных условиях. Коржинский разработал концепцию метасоматической зональности.
Наука на современном этапе
В 60-е-70-е годы прошлого века на основании результатов экспериментальных, петрологических, геофизических исследований ученые вновь начали обсуждать возможность формирования гранитов вследствие выплавления из глубинных слоев.
Многие научные деятели признают существование 2 типов гранитов. Первый сформировался из палигенной магмы, имеющей сравнительно низкую температуру. Она возникла в результате частичного плавления пород коры в условиях водонасыщения. При кристаллизации на месте магмы образуются слабо перемещенные либо автохтонные (неперемещенные) граниты.
Второй тип образуется из кислых расплавов. Они формируются в ходе преобразований базальтовой магмы, которая, в свою очередь, происходит из нижних частей либо верхней мантии коры. Высокотемпературные кислые расплавы могут достигать поверхности, образуя и интрузивные граниты, и эффузивные их аналоги.
Литология
В рамках этого научного направления осуществляется изучение осадочных пород. Это направление обособилось на рубеже XIX-XX вв. вследствие палеогеографического, стратиграфического и других исследований. Ключевой задачей науки является анализ вещественного состава пород и ископаемых, связанных с ними.
Особое значение для выделения литологии в самостоятельное направление имели материалы, которые были получены на судне "Челленджер", исследования Вальтера (немецкого геолога), посвященные проблемам осадочного породообразования.
Значительный вклад в развитие направления внесли такие ученые, как Заварицкий, Архангельский, Швецов, Батурин, Страхов, Рухин и ряд зарубежных научных деятелей.
Петрология
В рамках этой науки, смежной с петрографией, проводятся исследования структурно-текстурной специфики метаморфических и магматических пород. В рамках дисциплины создана их классификация, в том числе по минеральному составу. Однако петрография охватывает более обширный спектр объектов, она исследует не только метаморфические и магматические структуры. В отношении первых эти две науки часто рассматриваются как тождественные. Однако именно в рамках петрологии изучаются генетические связи, образующиеся между породами.
Петрофизика
Это еще одна смежная с петрографией научная дисциплина. Она рассматривается как наука о физико-химических свойствах пород. Возникла петрофизика на основе петрографии, лабораторных методов анализа, геофизики. Ключевым направлением является рассмотрение характеристики структур как геологических тел с учетом специфической их природы.
Впервые понятие "петрофизика" было предложено в 1953 г. немецким физиком Фрелихом. Первым методическим руководством по дисциплине стала работа Кобрановой, изданная в 1962 г.
Ключевой задачей петрофизики является исследование физических характеристик пород и классификация типов структур, фаций, толщ по совокупности свойств. Показатели пород изучаются в массиве с помощью космофизических, геофизических и геологических методов, в лабораторных условиях посредством определения параметров под высокими температурами и давлением.
Между физическими характеристиками пород (пористостью, плотностью и пр.) и петрографо-структурными показателями имеется корреляционная связь. Она обнаруживается с помощью петрофизического анализа.
Исследования выполняются в комплексе с прочими традиционными методиками. Полученные данные отображаются на специальных картах. По этим сведениям исследователи реконструируют геодинамические условия образования геологических тел, устанавливают тип деформаций, напряжений и выявляют закономерности распределения рудных месторождений, нефтегазовых залежей. Все это обеспечивает эффективное решение инженерно-технических задач.
К примеру, благодаря петрофизическим исследованиям была выявлена природа анизотропии упругих характеристик пород, установлена ее зависимость от петроструктурных факторов, связь с деформационными изменениями. Полученные данные позволили провести реконструкцию геодинамических напряжений, имевших место при становлении интрузивных тел, формировании масштабных тектонических элементов, в особенности зон разломов, а также рудовмещающих структур.
В рамках петрологии изучены закономерности изменений физических характеристик магматических комплексов при разных условиях их становления. В ходе исследований установлены задачи, которые выполняли предрудные гидротермально-метасоматические процессы. Они способствовали образованию пористых, хрупких и проницаемых пород, которые легко замещаются рудным веществом.
Разработки по петрофизике были внедрены и в иные геолого-физические научные направления. К примеру, особое значение они имели для сейсмологии. Научно-методические разработки использовались для интерпретации профилей сейсмического глубинного зонирования. Немаловажное значение имели наработки и для тектоники. В частности, они способствовали установлению природы нарушений и обнаружению скрытых разломов.
Заключение
Как видно, изучение горных пород предполагает применение самых разных методов и приемов. В последнее время в исследованиях используются компьютерные программы. Они существенно ускоряют процесс сбора и обработки данных. Учитывая количество нерешенных вопросов, представляется, что наука о горных породах будет и далее совершенствоваться.
