Петрография — раздел петрологии , занимающийся подробным описанием горных пород . Того, кто изучает петрографию, называют петрографом . Подробно описан состав минералов и текстурные взаимоотношения внутри породы. Классификация горных пород основана на информации, полученной в ходе петрографического анализа . Петрографические описания начинаются с полевых записей на обнажении и включают макроскопическое описание образцов размером с руку. Важнейшим инструментом петрографа является петрографический микроскоп . Детальный анализ минералов с помощью оптической минералогии в тонком сечении , а также микротекстуры и структуры имеет решающее значение для понимания происхождения породы.
В современной петрографической лаборатории используется электронная микрозондовая или атомно-зондовая томография для анализа отдельных зерен, а также химический анализ всей породы методами атомной абсорбции , рентгеновской флуоресценции и спектроскопии лазерного разрушения . Отдельные минеральные зерна из образца горной породы также можно анализировать с помощью дифракции рентгеновских лучей, когда оптических средств недостаточно. Анализ микроскопических флюидных включений внутри минеральных зерен с помощью стадии нагрева на петрографическом микроскопе дает ключ к пониманию условий температуры и давления, существовавших во время образования минералов.
Петрография как наука возникла в 1828 году, когда шотландский физик Уильям Николь изобрел метод получения поляризованного света путем разрезания кристалла исландского шпата , разновидности кальцита , на специальную призму, которая стала известна как призма Николя . Добавление к обычному микроскопу двух таких призм превратило прибор в поляризационный, или петрографический микроскоп . Используя проходящий свет и призмы Николя, можно было определить внутренний кристаллографический характер очень мелких минеральных зерен, что значительно продвинуло знания о составляющих горных пород.
В 1840-х годах разработки Генри Сорби и других прочно заложили основу петрографии. Это был метод исследования очень тонких срезов камня. Кусок камня был прикреплен к предметному стеклу микроскопа, а затем измельчен до такой степени, что свет мог проходить через минеральные зерна, которые в противном случае казались непрозрачными. Положение прилегающих зерен не было нарушено, что позволило провести анализ текстуры породы . Петрография шлифов стала стандартным методом изучения горных пород. Поскольку детали текстуры в значительной степени способствуют знанию последовательности кристаллизации различных минеральных компонентов горной породы, петрография перешла в петрогенезис и, в конечном итоге, в петрологию.
Петрография в основном развивалась в Германии во второй половине XIX века.
Макроскопические характеристики горных пород, видимые на ручных образцах без помощи микроскопа, очень разнообразны и трудно поддаются точному и полному описанию. Геолог, работающий на местах, в основном зависит от них и от нескольких грубых химических и физических тестов; а для инженера-практика, архитектора и начальника карьера они имеют огромное значение. Хотя самих по себе их часто недостаточно для определения истинной природы горной породы, они обычно служат для предварительной классификации и часто дают всю необходимую информацию.
Имея при себе небольшую бутылочку с кислотой для проверки на карбонат извести, нож для определения твердости горных пород и минералов и карманную линзу для увеличения их структуры, полевой геолог редко забывает, к какой группе принадлежит горная порода. Мелкозернистые породы таким образом часто невозможно определить, а мельчайшие минеральные компоненты всех пород обычно можно установить только с помощью микроскопического исследования. Но нетрудно заметить, что песчаник или песчинка состоят из более или менее округлых, истертых водой зерен песка и если в нем присутствуют матовые, выветрившиеся частицы полевого шпата, блестящие чешуйки слюды или мелкие кристаллы кальцита, то и они редко ускользают от наблюдения. Сланцы и глинистые породы обычно мягкие, мелкозернистые, часто слоистые и нередко содержат мельчайшие организмы или фрагменты растений. Известняки легко помечаются лезвием ножа, легко вскипают от слабой холодной кислоты и часто содержат целые или разбитые раковины или другие окаменелости. Кристаллическая природа гранита или базальта очевидна с первого взгляда: первый содержит белый или розовый полевой шпат, прозрачный стекловидный кварц и блестящие чешуйки слюды, а другой — желто-зеленый оливин, черный авгит и серый слоистый плагиоклаз.
Другие простые инструменты включают в себя паяльную трубку (для проверки плавкости отдельных кристаллов), гониометр , магнит, увеличительное стекло и весы по удельному весу. [1]
При работе с незнакомыми типами или с горными породами, настолько мелкозернистыми, что составляющие их минералы невозможно определить с помощью ручной линзы, применяют микроскоп. Характеристики, наблюдаемые под микроскопом, включают цвет, изменение цвета под плоскополяризованным светом ( плеохроизм , создаваемый нижней призмой Николя или, в последнее время, поляризационными пленками ), характеристики разрушения зерен, показатель преломления (по сравнению с монтажным клеем, обычно канадским бальзамом). ) и оптическая симметрия ( двулучепреломляющая или изотропная ). В целом этих характеристик достаточно, чтобы идентифицировать минерал и часто довольно точно оценить его основной элементный состав. Процесс идентификации минералов под микроскопом довольно тонкий, но в то же время механистичный — можно было бы разработать идентификационный ключ , который позволил бы это сделать компьютеру. Более сложная и искусная часть оптической петрографии — это выявление взаимосвязей между зернами и сопоставление их с особенностями, наблюдаемыми на образце размером с руку, на обнажении или при картировании.
Распространенным подходом является разделение ингредиентов измельченной породы для получения чистых образцов для анализа. Его можно выполнить с помощью мощного электромагнита регулируемой силы. Слабое магнитное поле притягивает магнетит, затем гематит и другие железные руды. В определенном порядке следуют силикаты, содержащие железо: последовательно выделяются биотит, энстатит, авгит, роговая обманка, гранат и подобные железомагнезиальные минералы. Наконец, остаются только бесцветные немагнитные соединения, такие как мусковит, кальцит, кварц и полевой шпат. Химические методы также полезны.
Слабая кислота растворяет кальцит из измельченного известняка, оставляя только доломит, силикаты или кварц. Плавиковая кислота разрушает полевой шпат раньше, чем кварц, и, если использовать ее с осторожностью, растворяет эти и любые стекловидные материалы в каменном порошке раньше, чем авгит или гиперстен.
Еще более широкое применение имеют методы разделения по удельному весу. Самый простой из них — левигация, широко применяемая при механическом анализе почв и обработке руд, но не столь успешная для горных пород, так как их компоненты, как правило, не сильно различаются по удельному весу. Используются жидкости, не воздействующие на большинство породообразующих минералов, но имеющие высокий удельный вес. Растворы йодида калия ртути (упр. гр. 3,196), боровольфрамата кадмия (упр. гр. 3,30), метиленйодида (упр. гр. 3,32), бромоформа (упр. гр. 2,86) или бромида ацетилена (упр. гр. 3,86) или бромида ацетилена (пр. гр. 3,30). 3.00) являются основными используемыми жидкостями. Их можно разбавлять (водой, бензолом и т. д.) или концентрировать путем выпаривания.
Если порода представляет собой гранит, состоящий из биотита (пр. гр. 3,1), мусковита (пр. гр. 2,85), кварца (пр. гр. 2,65), олигоклаза (пр. гр. 2,64) и ортоклаза (пр. гр. 2,64) и ортоклаза (пр. гр. 2,65). 2.56), измельченные минералы плавают в иодиде метилена. При постепенном разбавлении бензолом они выпадают в осадок в указанном выше порядке. Простые в теории, эти методы утомительны на практике, особенно потому, что один минерал, образующий горную породу, обычно включает в себя другой. Профессиональная обработка свежих и подходящих камней дает превосходные результаты. [1]
Помимо невооруженного глаза и микроскопического исследования, большое практическое значение для петрографа имеют химические методы исследования. Измельченные и разделенные порошки, полученные указанными выше способами, можно анализировать для качественного или количественного определения химического состава минералов в породе. Химический анализ и микроскопическое исследование мельчайших зерен — элегантный и ценный способ различения минеральных компонентов мелкозернистых пород.
Так, наличие апатита в разрезах пород устанавливают путем покрытия обнаженного разреза раствором молибдата аммония. Над кристаллами рассматриваемого минерала образуется мутный желтый осадок (свидетельствующий о наличии фосфатов). Многие силикаты нерастворимы в кислотах и не могут быть проверены таким способом, но другие частично растворяются, оставляя пленку студенистого кремнезема, которую можно окрасить красящими веществами, например анилиновыми красителями (нефелин, анальцит, цеолиты и т. д.).
Полный химический анализ горных пород также широко используется и важен, особенно при описании новых видов. Анализ горных пород в последние годы (во многом под влиянием химической лаборатории Геологической службы США) достиг высокого уровня точности и сложности. Можно определить до двадцати или двадцати пяти компонентов, но для практических целей знание относительных пропорций кремнезема, глинозема, железа и оксидов железа, магнезии, извести, поташа, соды и воды помогает нам определить большое количество компонентов. положение камня в общепринятых классификациях.
Химического анализа обычно достаточно, чтобы указать, является ли горная порода магматической или осадочной, и в любом случае точно указать, к какому подразделению этих классов она принадлежит. В случае метаморфических пород часто устанавливается, была ли первоначальная масса осадком или имела вулканическое происхождение. [1]
Удельный вес горных пород определяют с помощью весов и пикнометра. Наибольшее его значение наблюдается в породах, содержащих наибольшее количество магнезии, железа и тяжелых металлов, и наименьшее — в породах, богатых щелочами, кремнеземом и водой. Оно уменьшается по мере выветривания. Обычно удельный вес горных пород одного и того же химического состава выше, если они высококристаллические, и ниже, если они полностью или частично стекловидны. Удельный вес наиболее распространенных пород колеблется от 2,5 до 3,2. [1]
Археологи используют петрографию для выявления минеральных компонентов в керамике . [2] Эта информация связывает артефакты с геологическими областями, где было получено сырье для керамики. Помимо глины, гончары часто использовали фрагменты горных пород, обычно называемые «закалкой» или «апластикой», чтобы изменить свойства глины. Геологическая информация, полученная из компонентов керамики, дает представление о том, как гончары отбирали и использовали местные и неместные ресурсы. Археологи могут определить, была ли керамика, найденная в определенном месте, произведена на месте или продана из других мест. Информация такого рода, наряду с другими данными, может поддержать выводы о моделях расселения, групповой и индивидуальной мобильности , социальных контактах и торговых сетях. Кроме того, понимание того, как определенные минералы изменяются при определенных температурах, может позволить археологам-петрографам сделать выводы о аспектах самого процесса производства керамики , таких как минимальная и максимальная температуры, достигнутые во время первоначального обжига горшка.
