Интрузивный магматизм: понятие, особенности структуры и характерные элементы

Под магматизмом понимают совокупность явлений, связанных с формированием, эволюцией состава и движением магм к поверхности Земли. Магматизм является одним из важнейших глубинных процессов в земных недрах. По форме проявления магматизм делится на интрузивный и эффузивный. Различие между ними во многом определяет механизмы породообразования.

Понятие о магме

Магма представляет собой высокотемпературный флюидно-силикатный расплав, формирующийся в глубинных очагах, главным образом в верхней мантии (астеносфере) и частично в нижних слоях земной коры. Образование магматического очага происходит при сочетании определенных значений давления и температуры. Такая первичная магма имеет однородный состав, включающий следующие компоненты: жидкость (расплав), в котором растворена газовая, или летучая фаза (флюид). Также присутствует некоторое количество твердого кристаллического вещества. По мере продвижения к поверхности первичная магма эволюционирует в зависимости от конкретных условий.

Эволюция магмы включает несколько типов процессов. Во-первых, она испытывает дифференциации разного рода:

• ликвацию, при которой расслаивается на несмешивающиеся жидкие компоненты;
• кристаллизационную дифференциацию. Этот важнейший процесс связан с выпадением (кристаллизацией) из аморфного расплава тех или иных соединений при различных сочетаниях температуры и давления.

Во-вторых, магма меняет свой химический состав в результате взаимодействия с вмещающими породами. Это явление называется контаминацией.

Кристаллизационные процессы в магме

Поскольку магма является подвижной смесью многих веществ и находится в изменяющихся условиях, кристаллизация ее компонентов – это весьма сложный процесс. Обычно его подразделяют на три основные фазы:

• Высокотемпературная раннемагматическая фаза. На этом этапе из магмы выпадают высокоплотные железо- и магнийсодержащие минералы. Они оседают и накапливаются в придонных областях магматического очага.
• Среднетемпературная главная магматическая фаза, в которой формируются основные компоненты горных пород, такие как полевые шпаты, кварц, слюды, пироксены, амфиболы. Выпадает кальций, подавляющая часть кремния и алюминия. Кристаллизация в этой фазе сопровождается уже дефицитом места в магматическом очаге, поэтому образующиеся минералы более мелкозернистые.
• Низкотемпературная позднемагматическая (пегматитовая) фаза. На данном этапе подвижный так называемый пегматитовый остаток магмы, обогащенный летучими компонентами, распространяется по оставшимся в магматическом очаге полостям и трещинам, способствуя перекристаллизации вмещающих пород. Для пегматитовых жил характерно формирование крупных кристаллов, которые могут прорастать друг в друга. Этот этап граничит и тесно связан с гидротермальной фазой минералообразования.

Вулканизм и плутонизм

Выделяют такие формы проявления магматизма, как интрузивный и эффузивный. Различие между ними заключается в условиях эволюции магм и месте их застывания. Последний фактор играет особенно важную роль.

Эффузивный магматизм – это процесс, в ходе которого магма достигает по подводящему каналу поверхности Земли, выходит наверх, образуя вулканы, и застывает. Излившаяся магма называется лавой. При выходе на поверхность она интенсивно теряет летучий компонент. Застывание также происходит быстро, некоторые типы лав не успевают при этом кристаллизоваться и затвердевают в аморфном состоянии (вулканические стекла).

Интрузивный магматизм (плутонизм) отличается тем, что магма не достигает поверхности. Внедряясь тем или иным образом в вышележащие горизонты вмещающих пород, магма застывает на глубине, образуя интрузивные (плутонические) тела.

Классификация интрузивов

Взаимоотношения вмещающих пород с продуктами интрузивного магматизма и типы интрузивных тел различают по многим критериям, в частности по таким, как:

• Глубина формирования. Различают приповерхностные (субвулканические), средне-глубинные (гипабиссальные) и глубинные (абиссальные) интрузивы.
• Расположение относительно вмещающей породы. По этому критерию внедренные массивы подразделяются на согласные (конкордантные) и несогласные (дискордантные).

Также характер интрузивного магматизма и типы интрузивов классифицируются по таким признакам, как отношение структуры плутонического тела к поверхности контакта (конформные и дисконформные), отношение к тектоническим движениям, форма, размер массива и так далее.

Критерии выделения различных типов магматических внедрений тесно связаны между собой. Например, в зависимости от структуры вмещающей толщи, глубины и механизма формирования магматического массива и других проявлений интрузивного магматизма формы интрузий могут сильно различаться.

Механизмы внедрения магмы в толщу пород

Магма может проникать во вмещающую толщу двумя основными способами: по плоскостям напластований осадочной толщи либо по существующим в породе трещинам.

В первом случае под давлением магмы приподнимаются пласты кровли – вышележащие области толщи – или же, наоборот, в результате воздействия массы внедряющейся магмы прогибаются подстилающие пласты. Так образуются согласные интрузивы.

Если магма проникает вверх, заполняя и раздвигая трещины, прорывая пласты и обрушивая породы кровли, она сама формирует полость, которую займет интрузивное тело. Таким путем формируются несогласно залегающие плутонические тела.

Формы внедренных магматических массивов

В зависимости от конкретного пути, по которому протекает процесс интрузивного магматизма, формы интрузивных тел могут быть весьма разнообразны. Наиболее распространенными из несогласно залегающих магматических массивов являются:

• Дайка – плитообразное крутопадающее тело, секущее вмещающие пласты. Длина даек значительно превышает толщину, а расположение поверхностей контакта практически параллельно. Дайки могут быть разного размера – от десятков метров до сотен километров в длину. Форма даек может быть также кольцевой или радиальной – в зависимости от расположения трещин, заполняемых магмой.
• Жила – небольшое секущее тело неправильной, ветвистой формы.
• Шток – тело столбообразной формы, характеризующееся вертикальными или крутопадающими контактовыми поверхностями.
• Батолит – наиболее крупная разновидность интрузивов. Батолиты могут иметь протяженность в сотни и даже тысячи километров.

Залегающие тела также принимают различные формы. Среди них часто встречаются:

• Силл – пластовый интрузив, поверхности контакта которого параллельны вмещающим пластам.
• Лополит – линзообразный массив, обращенный выпуклостью вниз.
• Лакколит – тело аналогичной формы, выпуклая сторона которого расположена вверху, подобно шляпке гриба. Гора Аю-Даг в Крыму – это пример габброидного лакколита.
• Факолит – тело, располагающееся в складке прогиба вмещающих пород.

Контактовая зона интрузии

Образование плутонических тел сопровождается сложными процессами взаимодействия на границе с вмещающей толщей. Вдоль контактовой поверхности образуются зоны эндоконтакта и экзоконтакта.

Эндоконтактовые изменения происходят в интрузиве благодаря проникновению в магму пород вмещающей толщи. Вследствие этого магма вблизи контакта претерпевает химические изменения (контаминацию), влияющие на минералообразование.

Зона экзоконтакта возникает во вмещающей породе как результат теплового и химического воздействия магмы и характеризуется активными процессами метаморфизма и метасоматоза. Так, летучие компоненты магмы могут замещать привнесенными соединениями минералы в зоне экзоконтакта, образуя так называемые метасоматические ореолы.

Выносимые летучими компонентами минеральные соединения могут также кристаллизоваться непосредственно в контактовой зоне. Этот процесс играет значительную роль при образовании, например, слюд, а при участии воды – кварца.

Интрузивный магматизм и интрузивные горные породы

Породы, образующиеся в результате глубинной кристаллизации магмы, называются интрузивными, или плутоническими. Эффузивные (вулканические) породы формируются при излиянии магмы на поверхность Земли (или на дно океана).

Интрузивный и эффузивный магматизм порождает ряды пород, сходные по минеральному составу. В основу классификации магматических пород по составу положено содержание кремнезема SiO₂. По этому критерию породы подразделяются на ультраосновные, основные, средние и кислые. Содержание кремнезема в ряду возрастает от ультраосновных (менее 45%) пород до кислых (более 63%). Внутри каждого класса породы различаются по щелочности. Главнейшие интрузивные породы в соответствии с этой классификацией образуют следующий ряд (в скобках – вулканический аналог):

• Ультраосновные: перидотиты, дуниты (пикриты);
• Основные: габброиды, пироксениты (базальты);
• Средние: диориты (андезиты);
• Кислые: гранодиориты, граниты (дациты, риолиты).

Плутонические породы отличаются от эффузивных условиями залегания и кристаллической структурой слагающих их минералов: они полнокристаллические (не содержат аморфных структур), яснозернистые и не имеют пор. Чем глубже очаг формирования породы (абиссальные интрузивы), тем медленнее шли процессы остывания магмы и кристаллизации при сохранении большого количества летучей фазы. Такие глубинные породы отличаются более крупными кристаллическими зернами.

Внутреннее строение интрузивных тел

Структура плутонических массивов формируется в ходе комплекса явлений, объединяемых под общим названием прототектоники. В ней различают два этапа: прототектоника жидкой и твердой фазы.

На жидкофазном этапе закладываются первичные полосатые и линейные текстуры образующегося тела. Они отражают направление течения внедряющейся магмы и динамические условия ориентировки кристаллизующихся минералов (например, параллельное расположение кристаллов слюды, роговых обманок и пр.). Текстуры также связаны с расположением фрагментов чужеродной породы, попавших в магматический очаг – ксенолитов, – и обособившихся минеральных скоплений – шлиров.

Твердофазный этап эволюции интрузива связан с остыванием вновь образованной породы. В массиве появляются первичные трещины, расположение и количество которых обусловлено обстановкой остывания и структурами, сформировавшимися в жидкой фазе. Кроме того, в таком магматическом массиве развиваются вторичные структуры вследствие раздробления его участков и смещений по разрывам.

Изучение прототектоники важно для прояснения условий размещения месторождений полезных ископаемых внутри интрузий и в окружающих породах.

Магматические интрузии и тектоника

Горные породы интрузивного происхождения широко распространены в самых различных областях земной коры. Те или иные проявления интрузивного магматизма вносят значительный вклад как в региональные, так и в глобальные тектонические процессы.

При континентальных коллизиях в ходе наращивания мощности коры, благодаря активному гранитному магматизму образуются крупные батолиты, например, батолит Гангдисе в Трансгималаях. Также формирование крупных батолитов связано с активными континентальными окраинами (Андский батолит). Вообще, интрузии кислых магм играют важную роль в процессах горообразования.

При растяжениях коры часто образуются серии параллельных даек. Такие серии наблюдаются в срединно-океанических хребтах.

Одной из характерных форм внутриконтинентальных магматических внедрений являются силлы. Они также могут иметь большую протяженность – до сотен километров. Часто магма, проникая между пластами осадочных пород, образует несколько ярусов силлов.

Глубинная магматическая деятельность и полезные ископаемые

Благодаря особенностям кристаллизации в процессах интрузивного магматизма образуются рудные минералы на хром, железо, магний, никель, а также самородные платиноиды в ультраосновных породах. При этом тяжелые металлы (золото, свинец, олово, вольфрам, цинк и др.) образуют растворимые соединения с летучими компонентами магмы (например, с водой) и концентрируются в верхних областях магматического очага. Это происходит на ранней фазе кристаллизации. На позднем этапе подвижный пегматитовый остаток, содержащий редкоземельные и редкие элементы, образует жильные месторождения в трещинах интрузива.

Так, Хибины на Кольском полуострове представляют собой лакколит, обнаженный в результате эрозии вмещающей толщи. Это тело сложено нефелиновыми сиенитами, представляющими собой руду на алюминий. Еще один пример – силловые интрузии Норильска, богатые медью и никелем.

Контактовые зоны также представляют огромный практический интерес. Месторождения золота, серебра, олова и других ценных металлов приурочены к метасоматическим и метаморфическим ореолам интрузивных тел, таких как Бушвельдский лополит в Южной Африке, известный своим золотоносным ореолом.

Таким образом, области интрузивного магматизма являются важнейшим источником многих ценнейших полезных ископаемых.