Кварцевый порфир: состав, структура и происхождение.

Введение

Тип вулканической породы, содержащей крупные порфиритные кристаллы кварца. Кварцевый порфир, говоря простым языком, – это тип вулканической (магматической) породы, содержащей крупные порфиритные кристаллы кварца. Эти породы классифицируются как гемикристаллические кислые породы.

Структура

Кварцевые кристаллы встречаются в мелкозернистой матрице, как правило, микрокристаллического или фелситового состава. В образцах кварц выглядит как небольшие округлые, прозрачные, сероватые, стекловидные включения, представляющие собой кристаллы – двойные шестиугольные пирамиды, чьи грани и углы сглажены в результате резорбции или коррозии. Под микроскопом часто можно увидеть, что они содержат округлые включения основной массы или полости, заполненные жидкостью, которые нередко являются негативными кристаллами с четкими контурами, напоминающими идеальные кварцевые кристаллы. Многие из этих включений содержат жидкую углекислоту и пузырек газа, который при большом увеличении может демонстрировать колебательное движение.

Варианты

Кроме кварца, обычно встречаются фенокристы полевого шпата, преимущественно ортоклаза, хотя часто присутствует переменное количество плагиоклаза. Полевые шпаты обычно имеют включения и выглядят мутными из-за образования вторичного каолина и мусковита внутри их структуры. Их кристаллы крупнее кристаллов кварца и иногда достигают двух дюймов в длину. Довольно часто в образцах видны чешуйки биотита – шестиугольные пластинки, которые могут выветриваться, образуя смесь хлорита и эпидота.

Общие минералы

Апатит, магнетит и циркон, все в небольших, но часто совершенных кристаллах, являются почти универсальными минералами кварцевых порфиров. Основная масса мелкокристаллическая и обычно имеет тусклый вид, напоминающий обычную глиняную посуду; она серая, зеленая, красноватая или белая. Часто наблюдаются прожилки или полосчатость, образовавшиеся в результате потоков при охлаждении, однако, как правило, эти породы не везикулярны. Под микроскопом можно выделить два основных типа: фелситовый и микрокристаллический. В первом случае компоненты настолько мелкозернистые, что их невозможно определить даже в самых тонких шлифах. Некоторые из этих пород демонстрируют перлитовую или сферическую структуру, и, вероятно, изначально были стекловатыми (обсидианы или пичстоны), но со временем и в результате процессов изменения постепенно перешли в мелкокристаллическое состояние. Этот процесс называется девитрификацией; он распространен в стеклах, поскольку они по своей сути нестабильны. Значительное количество мелкозернистых кварцевых порфиров также в определенной степени силикатизировано или пропитано кварцем, халцедоном и опалом, образовавшимися из кремнезема, высвободившегося при разложении (каолинизации) исходного полевого шпата. Этот вторичный кремнезем образует жилы и пятна неопределенной формы или может полностью замещать значительные участки породы посредством метасоматической замены. Опал аморфный, халцедон мелкокристаллический и часто расположен в сферических агрегатах, дающих отличный черный крест в поляризованном свете. Микрокристаллические основные массы – это те, которые можно разрешить на составляющие их минералы в тонких шлифах с помощью микроскопа. Они состоят в основном из кварца и полевых шпатов, часто в виде зерен довольно неправильной формы (микрограниты). В других случаях эти два минерала находятся в графическом переплетении, часто образуя радиально-волокнистые сферолиты из волокон чрезвычайной тонкости; этот тип известен как гранофирический. Существует также группа пород, в матрице которых содержатся небольшие округлые или бесформенные включения кварца, в которых вкраплены многочисленные призматические полевые шпаты; эта структура называется микропоикилитовой, и хотя часто она первична, иногда развивается в результате вторичных изменений, связанных с отложением нового кварца в основной массе. В целом, кварцевые порфиры с микрокристаллическими основными массами являются породами интрузивного происхождения. Элван – местное название кварцевых порфиров, встречающихся в виде жил в Корнуолле. Во многих из них в матрице содержатся чешуйки бесцветного мусковита или крошечные иголки голубого турмалина. Флюорит и каолин также присутствуют в этих породах, и все эти минералы являются результатом пневматолитической активности паров, проникающих в порфир после его консолидации, но, вероятно, до полного охлаждения. Многие древние риолитовые кварцевые порфиры на выветренных поверхностях демонстрируют многочисленные шаровидные выступы. Они могут достигать нескольких сантиметров в диаметре, уменьшаясь до мельчайших долей сантиметра. При ударе молотком они могут легко отслаиваться от матрицы, как будто их границы определены трещиной. При разрушении внутри них часто можно увидеть вторичный кварц, халцедон или агат; некоторые из них имеют центральную полость, часто с отложениями кварцевых кристаллов; они также часто демонстрируют последовательность округлых трещин или темных линий, заполненных вторичными продуктами. Породы с такой структурой широко распространены в Северном Уэльсе и Камберленде; они также встречаются в Джерси, Вогезах и Венгрии. Было предложено назвать их пиромеридами. Вокруг происхождения этих сфероидов велось много споров, но в целом признается, что большинство из них первоначально представляли собой сферолиты, которые подверглись значительным изменениям в результате разложения и кремнеобразования. Многие старые кварцевые порфиры, встречающиеся в палеозойских и докембрийских породах, подверглись воздействию тектонических движений и испытывали дробление и сдвиг. В результате они становятся сланцеватыми, а из их полевого шпата образуются мельчайшие пластинки серицитовой белой слюды, придавая породе в некоторых случаях большое сходство со слюдяными сланцами. Если в исходной породе отсутствовали феннокристы, могут образоваться очень совершенные слюдяные сланцы, которые трудно отличить от осадочных сланцев, хотя химически они несколько отличаются из-за большего содержания щелочей в магматических породах. Если присутствовали феннокристы, они часто сохраняются, хотя и становятся округлыми и вытягиваются, в то время как основная масса обтекает их. Стеклянные или фелситовые включения в кварце тогда явно указывают на магматическое происхождение породы. Такие порфировые сланцы называются порфироидами или порфировыми сланцами, а в Соединенных Штатах для них используется название апорфиолит. Они хорошо известны в некоторых частях Альп, Вестфалии, Чарнвуде (Англия) и Пенсильвании. Халлефлинты Швеции также частично являются кислотными магматическими породами с хорошо выраженной полосчатой сланцевой или гранулированной текстурой. Кварцевые порфиры отличаются от риолитов тем, что являются либо интрузивными породами, либо палеозойскими лавами. Все третичные кислые лавы относятся к риолитам. Интрузивные кварцевые порфиры также могут быть описаны как гранитопорфиры.

Apatite, magnetite, and zircon, all in small but frequently perfect crystals, are almost universal minerals of the quartz porphyries. The ground mass is finely crystalline and to the unaided eye has usually a dull aspect resembling common earthenware; it is grey, green, reddish or white. Often it is streaked or banded by flow during cooling, but as a rule these rocks are not vesicular. Two main types may be recognized by means of the microscope; the felsitic and the microcrystalline. In the former the ingredients are so fine grained that in the thinnest slices they cannot be determined by means of the microscope. Some of these rocks show perlitic or spherulitic structure, and such rocks were probably originally glassy (obsidians or pitchstones), but by lapse of time and processes of alteration have slowly passed into very finely crystal line state. This change is called devitrification; it is common in glasses, as these are essentially unstable. A large number of the finer quartz porphyries are also in some degree silicified of impregnated by quartz, chalcedony and opal, derived from the silica set free by decomposition (kaolinization) of the original feldspar. This re deposited silica forms veins and patches of indefinite shape or may bodily replace a considerable area of the rock by metasomatic substitution. The opal is amorphous, the chalcedony finely crystalline and often arranged in spherulitic growths that yield an excellent black cross in polarized light. The microcrystalline ground masses are those that can be resolved into their component minerals in thin slices by use of the microscope. They prove to consist essentially of quartz and feldspars, which are often in grains of quite irregular shape (microgranitic). In other cases these two minerals are in graphic intergrowth, often forming radiate growths of spherulites consisting of fibers of extreme tenuity; this type is known as granophyric. There is another group in which the matrix contains small rounded or shapeless patches of quartz in which many rectangular feldspars are embedded; this structure is called micropoikilitic, and though often primary is sometimes developed by secondary changes that involve the deposit of new quartz in the ground mass. As a whole those quartz porphyries that have microcrystalline ground masses are rocks of intrusive origin. Elvan is a name given locally to the quartz porphyries that occur as dikes in Cornwall. In many of them the matrix contains scales of colorless muscovite or minute needles of blue tourmaline. Fluorite and kaolin appear also in these rocks, and the whole of these minerals are due to pneumatolytic action by vapors permeating the porphyry after it had consolidated but probably before it had entirely cooled. Many ancient rhyolitic quartz porphyries show on their weathered surfaces numerous globular projections. They may be several inches in diameter, and vary from this size down to a minute fraction of an inch. When struck with a hammer they may detach readily from the matrix as if their margins were defined by a fissure. If they are broken across their inner portions are often seen to be filled with secondary quartz, chalcedony or agate: some of them have a central cavity, often with deposits of quartz crystals; they also frequently exhibit a succession of rounded cracks or dark lines occupied by secondary products. Rocks having these structures are common in north Wales and Cumberland; they occur also in Jersey, the Vosges and Hungary. It has been proposed to call them pyromerides. Much discussion has taken place regarding the origin of these spheroids, but it is generally admitted that most of them were originally spherulites, and that they have suffered extensive changes through decomposition and silicification. Many of the older quartz porphyries that occur in Paleozoic and Pre Cambrian rocks have been affected by earth movements, and have experienced crushing and shearing. In this way they become schistose, and from their feldspar minute plates of sericitic white mica are developed, giving the rock in some cases very much of the appearance of mica schists. If there have been no phenocrysts in the original rock, very perfect mica schists may be produced, which can hardly be distinguished from sedimentary schists, though chemically somewhat different on account of the larger amounts of alkalis igneous rocks contain. When phenocrysts were present they often remain, though rounded and dragged apart while the matrix flows around them. The glassy or felsitic enclosures in the quartz are then very suggestive of an igneous origin for the rock. Such porphyry schists have been called porphyroids or porphyroid schists, and in the United States the name aporhyolite has been used for them. They are well known in some parts of the Alps, Westphalia, Charnwood (England), and Pennsylvania. The halleflintas of Sweden are also in part acid igneous rocks with a well banded schistose or granulitic texture. The quartz porphyries are distinguished from the rhyolites by being either intrusive rocks or Palaeozoic lavas. All Tertiary acid lavas are included under rhyolites. The intrusive quartz porphyries are equally well described as granite porphyries.