Петрография — это раздел петрологии , который фокусируется на детальном описании горных пород . Тот, кто изучает петрографию, называется петрографом . Содержание минералов и текстурные соотношения внутри горной породы подробно описываются. Классификация горных пород основана на информации, полученной в ходе петрографического анализа . Петрографические описания начинаются с полевых заметок на обнажении и включают макроскопическое описание образцов размером с ладонь. Самым важным инструментом петрографа является петрографический микроскоп . Подробный анализ минералов методом оптической минералогии в тонком сечении , а также микротекстура и структура имеют решающее значение для понимания происхождения породы.
Электронный микрозонд или атомно-зондовый томографический анализ отдельных зерен, а также химический анализ всей породы с помощью атомной абсорбции , рентгеновской флуоресценции и лазерной деструкционной спектроскопии используются в современной петрографической лаборатории. Отдельные минеральные зерна из образца породы также могут быть проанализированы с помощью рентгеновской дифракции , когда оптических средств недостаточно. Анализ микроскопических флюидных включений в минеральных зернах с нагревательным столиком на петрографическом микроскопе дает ключи к условиям температуры и давления, существовавшим во время минералообразования.
Петрография как наука зародилась в 1828 году, когда шотландский физик Уильям Николь изобрел метод получения поляризованного света путем разрезания кристалла исландского шпата , разновидности кальцита , в специальную призму, которая стала известна как призма Николя . Добавление двух таких призм к обычному микроскопу превратило прибор в поляризационный, или петрографический микроскоп . Используя проходящий свет и призмы Николя, стало возможным определить внутренний кристаллографический характер очень маленьких минеральных зерен, что значительно продвинуло вперед знания о составе горных пород.
В 1840-х годах разработка Генри К. Сорби и других прочно заложила основу петрографии. Это была техника изучения очень тонких срезов горных пород. Срез горной породы прикреплялся к предметному стеклу микроскопа, а затем шлифовался настолько тонко, что свет мог проходить через минеральные зерна, которые в противном случае казались непрозрачными. Положение соседних зерен не нарушалось, что позволяло проводить анализ текстуры горных пород . Петрография тонких срезов стала стандартным методом изучения горных пород. Поскольку структурные детали вносят большой вклад в знание последовательности кристаллизации различных минеральных компонентов в горной породе, петрография перешла в петрогенезис и, в конечном итоге, в петрологию.
Петрография получила наибольшее развитие в Германии в конце XIX века.
Макроскопические характеристики горных пород, видимые в ручных образцах без помощи микроскопа, очень разнообразны и их трудно точно и полно описать. Геолог в полевых условиях зависит главным образом от них и от нескольких грубых химических и физических тестов; а для инженера-практика, архитектора и мастера карьера они имеют первостепенное значение. Хотя часто их самих по себе недостаточно для определения истинной природы горной породы, они обычно служат для предварительной классификации и часто дают всю необходимую информацию.
Имея небольшую бутылочку кислоты для проверки на карбонат извести, нож для определения твердости горных пород и минералов и карманную линзу для увеличения их структуры, полевой геолог редко оказывается в затруднении, к какой группе принадлежит порода. Мелкозернистые виды часто не поддаются определению таким образом, а мельчайшие минеральные компоненты всех пород обычно можно определить только с помощью микроскопического исследования. Но легко увидеть, что песчаник или гравий состоят из более или менее округлых, изношенных водой зерен песка, и если они содержат тусклые, выветренные частицы полевого шпата, блестящие чешуйки слюды или мелкие кристаллы кальцита, они также редко ускользают от наблюдения. Сланцы и глинистые породы обычно мягкие, мелкозернистые, часто слоисты и нередко содержат мельчайшие организмы или фрагменты растений. Известняки легко помечаются лезвием ножа, легко вскипают при слабой холодной кислоте и часто содержат целые или сломанные ракушки или другие окаменелости. Кристаллическая природа гранита или базальта очевидна с первого взгляда, и если первый содержит белый или розовый полевой шпат, прозрачный стекловидный кварц и блестящие чешуйки слюды, то второй содержит 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 для определения удельного веса. [1]
При работе с незнакомыми типами или с породами, настолько мелкозернистыми, что их составляющие минералы невозможно определить с помощью ручной линзы, используется микроскоп. Характеристики, наблюдаемые под микроскопом, включают цвет, изменение цвета в плоскополяризованном свете ( плеохроизм , создаваемый нижней призмой Николя или более современными поляризующими пленками ), характеристики излома зерен, показатель преломления (по сравнению с монтажным клеем, обычно канадским бальзамом ) и оптическую симметрию ( двойное лучепреломление или изотропность ). В целом , этих характеристик достаточно для идентификации минерала и часто для довольно точной оценки его основного элементного состава. Процесс идентификации минералов под микроскопом довольно тонкий, но также механистический — можно было бы разработать идентификационный ключ , который позволил бы компьютеру делать это. Более сложная и искусная часть оптической петрографии — это выявление взаимосвязей между зернами и соотнесение их с особенностями, наблюдаемыми в образце размером с руку, на обнажении или на карте.
Разделение ингредиентов измельченного горного порошка для получения чистых образцов для анализа является распространенным подходом. Это может быть выполнено с помощью мощного электромагнита с регулируемой силой. Слабое магнитное поле притягивает магнетит, затем гематит и другие железные руды. Силикаты, содержащие железо, следуют в определенном порядке — биотит, энстатит, авгит, роговая обманка, гранат и подобные ферро-магнезиальные минералы последовательно извлекаются. 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 воздействует на полевой шпат до кварца и, если использовать ее осторожно, растворяет их и любой стекловидный материал в порошке породы до того, как растворит авгит или гиперстен.
Методы разделения по удельному весу имеют еще более широкое применение. Самый простой из них — левигация, которая широко применяется при механическом анализе почв и обработке руд, но не столь успешна с горными породами, поскольку их компоненты, как правило, не сильно различаются по удельному весу. Используются жидкости, которые не воздействуют на большинство породообразующих минералов, но имеют высокий удельный вес. Основными используемыми жидкостями являются растворы йодистого калия (уд. в. 3,196), борвольфрамата кадмия (уд. в. 3,30), йодистого метилена (уд. в. 3,32), бромоформа (уд. в. 2,86) или бромистого ацетилена (уд. в. 3,00). Их можно разбавлять (водой, бензолом и т. д.) или концентрировать путем выпаривания.
Если порода представляет собой гранит, состоящий из биотита (уд. гр. 3,1), мусковита (уд. гр. 2,85), кварца (уд. гр. 2,65), олигоклаза (уд. гр. 2,64) и ортоклаза (уд. гр. 2,56), то измельченные минералы всплывают в йодиде метилена. При постепенном разбавлении бензолом они выпадают в осадок в указанном выше порядке. Простые в теории, эти методы утомительны на практике, особенно потому, что часто один породообразующий минерал заключает в себе другой. Опытная обработка свежих и подходящих пород дает превосходные результаты. [1]
В дополнение к невооруженному глазу и микроскопическому исследованию, химические методы исследования имеют большое практическое значение для петрографа. Измельченные и разделенные порошки, полученные с помощью вышеописанных процессов, могут быть проанализированы для определения химического состава минералов в породе качественно или количественно. Химическое тестирование и микроскопическое исследование мельчайших зерен являются элегантным и ценным средством различения минеральных компонентов мелкозернистых пород.
Таким образом, наличие апатита в разрезах горных пород устанавливается путем покрытия голого разреза горной породы раствором молибдата аммония. На кристаллах рассматриваемого минерала образуется мутный желтый осадок (указывающий на присутствие фосфатов). Многие силикаты нерастворимы в кислотах и не могут быть исследованы таким образом, но другие частично растворяются, оставляя пленку студенистого кремнезема, который может быть окрашен красящими веществами, такими как анилиновые красители (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 (в основном под влиянием химической лаборатории Геологической службы США) достиг высокого уровня детализации и сложности. Можно определить до двадцати или двадцати пяти компонентов, но для практических целей знание относительных пропорций кремнезема, глинозема, оксидов железа и железа, магнезии, извести, поташа, соды и воды значительно помогает нам в определении положения горной породы в общепринятых классификациях.
Химического анализа обычно достаточно, чтобы указать, является ли порода магматической или осадочной, и в любом случае точно показать, к какому подразделению этих классов она принадлежит. В случае метаморфических пород он часто устанавливает, была ли исходная масса осадочной или имела вулканическое происхождение. [1]
Удельный вес горных пород определяется с помощью весов и пикнометра. Он самый большой в горных породах, содержащих больше всего магнезии, железа и тяжелых металлов, а самый маленький в горных породах, богатых щелочами, кремнеземом и водой. Он уменьшается при выветривании. Как правило, удельный вес горных пород с одинаковым химическим составом выше, если они высококристаллические, и ниже, если они полностью или частично стекловидные. Удельный вес более распространенных горных пород колеблется от примерно 2,5 до 3,2. [1]
Археологи используют петрографию для определения минеральных компонентов в керамике . [2] Эта информация связывает артефакты с геологическими областями, где было получено сырье для керамики. В дополнение к глине гончары часто использовали фрагменты горных пород, обычно называемые «темпер» или «апластик», чтобы изменить свойства глины. Геологическая информация, полученная из компонентов керамики, дает представление о том, как гончары выбирали и использовали местные и неместные ресурсы. Археологи могут определить, была ли керамика, найденная в определенном месте, произведена на месте или была продана из другого места. Этот вид информации, наряду с другими доказательствами, может подтвердить выводы о схемах 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 об аспектах самого процесса производства керамики , таких как минимальные и максимальные температуры, достигнутые во время первоначального обжига горшка.
