Петрография и петрология магматических и метаморфических пород

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ 

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное автономное образовательное 

учреждение высшего профессионального образования

«Южный федеральный университет»

Геолого-географический факультет

А. Э. Хардиков, И. А. Холодная

ПЕТРОГРАФИЯ И ПЕТРОЛОГИЯ 
мАГмАТИчЕскИХ 
И мЕТАмОРФИчЕскИХ ПОРОд

Учебник

Ростов-на-Дону

Издательство Южного федерального университета

2011

УДК 552.3/.4
ББК 26.3
       Х20

Печатается по решению редакционно-издательского совета 

Южного федерального университета

Рецензенты:

профессор, доктор геолого-минералогических наук М. И. Гамов;

профессор, доктор геолого-минералогических наук В. Е. Закруткин;
доцент, кандидат геолого-минералогических наук М. Ю. Черненко;

профессор, доктор геолого-минералогических наук С. Г. Парада

Учебное пособие подготовлено и издано в рамках национального проекта 
«Образование» по «Программе развития федерального государственного 
образовательного учреждения высшего профессионального образования 

“Южный федеральный университет” на 2007–2010 гг.»

Хардиков, А. Э.

Петрография и петрология магматических и метаморфических 

пород : учебник / А. Э. Хардиков, И. А. Холодная ; Южный федеральный университет. – Ростов-на-Дону : Издательство Южного федерального университета, 2011. – 324 с.

ISBN 978-5-9275-0882-2

Учебник охватывает разносторонний круг вопросов, связанных с клас
сификацией и номенклатурой, строением и составом, условиями образования и закономерностями размещения магматических и метаморфических 
горных пород. Он состоит из трех разделов: «Магматизм и магматические 
породы», «Метаморфизм и метаморфические породы» и «Кристаллооптика». В нем кратко разобраны все основные вопросы современной теоретической и практической петрографии магматических и метаморфических 
пород.

Учебник рассчитан не только на студентов геологических специальнос
тей образовательных учреждений высшего профессионального образования, 
но и на аспирантов и специалистов широкого профиля, сталкивающихся 
с необходимостью изучения строения, состава и условий образования магматических и метаморфических горных пород. 

УДК 552.3/.4
ББК 26.3

© Южный федеральный университет, 2011
© Хардиков А. Э., Холодная И. А., 2011
© Оформление. Макет. Издательство
 Южного федерального университета, 2011

Х20

ISBN 978-5-9275-0882-2

ОГЛАвЛЕнИЕ

Введение ...................................................................... 6
Общие положения ......................................................... 7

МОДУль I. МАГМАТИЧЕСКИЕ ГОРНыЕ ПОРОДы .......12

1.1. Магма и кристаллизация магматических 
расплавов ................................................................12

1.1.1. Строение Земли ..........................................12
1.1.2. Природа магмы ..........................................14
1.1.3. Температура магмы .....................................16
1.1.4. Процесс охлаждения магмы .........................17

1.2. Родоначальные магмы .......................................20
1.3. Причины разнообразия магматических пород .......33

1.3.1. Магматическая дифференциация ..................33
1.3.2. Ассимиляция .............................................39
1.3.3. Гибридизация .............................................41
1.3.4. Смешение магм ..........................................43
1.3.5. Условия кристаллизации магмы ...................44

1.4. Общие закономерности кристаллизации 
магмы ....................................................................47
1.5. Вещественный состав магматических 
горных пород ..........................................................65

1.5.1. Краткий обзор главных породообразующих 
минералов магматических пород ...........................74

1.6. Формы залегания и внутреннее строение 
экструзивных и интрузивных тел ..............................87

1.6.1. Экструзивные тела ......................................88
1.6.2. Интрузивные тела .......................................90
1.6.3. Внутреннее строение экструзивных 
и интрузивных тел ...............................................94

1.7. Структуры и текстуры магматических 
пород ......................................................................97

1.7.1. Структуры магматических пород ..................98
1.7.2. Текстуры магматических пород ..................119

1.8. Классификация и номенклатура 
магматических пород .............................................122
1.9. Главные типы магматических пород ..................132

1.9.1. Гипербазиты (ультраосновные породы, 
группа перидотита) ............................................132
1.9.2. Базиты (мафиты, группа габбро-базальтов) ..139
1.9.3. Среднекремнекислые породы 
(группа диорита-андезита) ..................................153
1.9.4. Кремнекислые породы (группа 
гранита-риолита и гранодиорита-дацита) ..............161
1.9.5. Среднекремнекислые субщелочные 
породы (группа сиенита-трахита) .........................172
1.9.6. Среднекремнекислые щелочные породы 
(группа нефелиновых сиенитов-фонолитов) ...........178
1.9.7. Группа щелочных 
габброидов-базальтоидов .....................................182
1.9.8. Несиликатные магматические породы .........185
1.9.9. Вулканокластические породы ....................187

Проектные задания к модулю I  ..................................194
Контрольные вопросы к модулю I  ..............................197
Тесты рубежного контроля к модулю I ........................198

МОДУль II. МЕТАМОРФИЧЕСКИЕ 
ГОРНыЕ ПОРОДы ....................................................200

2.1. Метаморфизм и его признаки ...........................200
2.2. Состав и строение метаморфических пород .........209

2.2.1. Состав метаморфических пород ..................209
2.2.2. Фации метаморфизма ................................210
2.2.3. Структуры метаморфических пород ............211
2.2.4. Текстуры метаморфических пород ..............227
2.2.5. Реликтовые текстуры и структуры .............228

2.3. Принципы классификации 
метаморфических пород .........................................231
2.4. Главные типы метаморфических пород ..............235

2.4.1. Катакластический метаморфизм .................235
2.4.2. Автометаморфизм .....................................238
2.4.3. Контактовый метаморфизм ........................245
2.4.4. Региональный метаморфизм ......................255
2.4.5. Ультраметаморфизм ..................................266
2.4.6. Метасоматиты ..........................................269

Проектные задания к модулю II ..................................273

Контрольные вопросы к модулю II ..............................274
Тесты рубежного контроля к модулю II .......................275

МОДУль III. МИКРОСКОПИЧЕСКИЙ МЕТОД 
ИЗУЧЕНИЯ МИНЕРАлОВ И ГОРНыХ ПОРОД ............278

3.1. Определение оптических свойств минералов .......278

3.1.1. Изучение минералов в параллельных 
николях в проходящем свете...............................278
3.1.2. Изучение минералов в скрещенных 
николях в проходящем свете...............................286
3.1.3. Изучение минералов в скрещенных 
николях в сходящемся свете ...............................298
3.1.4. Схема микроскопического описания 
породообразующих минералов .............................306

3.2. Вторичные изменения породообразующих 
минералов .............................................................308
3.3. Микроскопическое изучение горных пород ........311

3.3.1. Методика изучения магматических 
горных пород ....................................................311
3.3.2. Методика изучения пирокластических 
пород ................................................................315
3.3.3. Методика изучения метаморфических 
горных пород ....................................................316

Проектные задания к модулю III .................................320
Контрольные вопросы к модулю III .............................320
Тесты рубежного контроля к модулю III ......................321

литература ...............................................................323

ввЕдЕнИЕ

Настоящий учебник предназначен для изучения курса «Пет-

рография и петрология» студентами, обучающимися по направлению «Геология» Государственного образовательного стандарта. Целью преподавания этой дисциплины является получение 
студентами необходимых знаний о составе, строении и условиях образования горных пород и связанных с ними полезных 
ископаемых. На лабораторных занятиях студенты овладевают 
методами исследования минералов и горных пород и приобретают навыки их определения. Значительный объем аудиторных занятий по курсу «Петрография и петрология» отводится 
микроскопическому изучению минералов в шлифах с помощью 
поляризационного микроскопа.

В последние годы наметилась устойчивая тенденция на со
кращение объема аудиторных занятий и увеличение времени 
на самостоятельную работу студентов. Для улучшения восприятия материала студентами создан учебник, в основу которого 
положены лекции, читавшиеся авторами в течение ряда лет 
в Ростовском государственном, а в последствие Южном федеральном университете, наработки по проведению лабораторных 
занятий, личный опыт в изучении магматических и метаморфических пород, а также материалы многих российских и зарубежных ученых-петрографов.

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕнИЯ

Петрография или петрология – это наука о горных породах. 

Она является наукой геологического цикла, поскольку углубляет и детализирует знания о земной коре. Петрография на 
современном уровне развития не ограничивается определением 
и описанием горной породы, а выясняет зависимость всех ее 
свойств от процесса образования. В современной, особенно зарубежной, литературе термином петрография обозначают только описательную часть науки о породах (πετρος – камень, скала; 
γραφω – описываю, пишу), а генетическую часть называют петрологией (λογος – учение, слово). В русскоязычной литературе 
обычно термины петрология и петрография рассматривают как 
синонимы.

Горная порода – это естественный агрегат минералов, воз
никший в результате определенного геологического процесса 
и являющийся поэтому геологически самостоятельной частью 
земной коры. Горные породы слагают самостоятельные тела, 
характеризующиеся определенными формами и условиями 
залегания. Каждая горная порода имеет определенный состав 
и внутреннее строение, и это зависит от того, что она продукт 
определенного геологического процесса. Не всякий агрегат является горной породой, а только естественный, природный. Все 
искусственные агрегаты, полученные в результате человеческой деятельности (цемент, шлаки, керамика, мусорные свалки 
и т. д.), нельзя считать горной породой. Кроме того, горной породой является только такой естественный агрегат минералов, 
который представляет собой конечный продукт определенного, 
уже совершившегося геологического процесса. Современные 
осадки (песок, ил в руслах рек, на дне конечных водоемов стока), почва, лед, снег на поверхности земли и другие объекты, 
являющиеся продуктами незаконченных, еще совершающихся 
в настоящее время геологических процессов, тоже не могут относиться к горным породам. Однако тот же песок, лед и т. д., 
если он залегает в виде слоя внутри земной коры и представляет таким образом ее часть, уже является горной породой, так 
как в этом случае песок уже будет продуктом совершившегося, 
законченного геологического процесса.

Общие положения

Не всякий естественный агрегат минералов коры является 

горной породой и внутри земной. Агрегаты минералов рудных, 
кварцевых или кальцитовых жил гидротермального происхождения не относятся к горным породам, поскольку они в некоторой степени случайные образования. В каждом месте процесс их образования имеет свои особые черты, и поэтому состав 
и строение минерального агрегата в разных жилах может существенно различаться. Определенная горная порода всегда 
имеет постоянные особенности, независимо от того, где она 
встречается. Этого нельзя сказать о рудных, кварцевых или 
кальцитовых жилах. Не являются горными породами и коры 
выветривания, а также случайные выполнения различным материалом пустот, трещин в земной коре, так как они в каждом 
случае будут различными. Горная порода – это всегда твердая 
часть земной коры. Нефть, подземные воды, природный газ не 
относятся к горным породам, даже если они образуют сплошные массы между слоями горных пород.

Существует четкое различие между понятиями «горная по
рода», «руда» и «полезное ископаемое», хотя и противопоставлять эти понятия тоже нельзя. Горная порода – это геологическое понятие, полезное ископаемое и руда – понятие экономическое. С геологической точки зрения полезное ископаемое – 
это тоже горная порода, но только такая, которая в данное время может быть использована. С экономической точки зрения 
«полезному ископаемому» или «руде» может быть противопоставлена «пустая горная порода».

Поскольку содержание понятия «горная порода» опреде
ляется, прежде всего, геологическим процессом, в результате 
которого образуется каждая горная порода, необходимо рассмотреть главнейшие из этих процессов, к которым относятся: 
1) кристаллизация и отвердевание природного силикатного расплава, поступившего из глубин Земли; 2) превращение осадков 
в горные породы; 3) перекристаллизация в твердом состоянии 
ранее существовавших горных пород любого происхождения, 
происходящая в земной коре в результате изменения физикохимических условий. В соответствии с этими тремя резко различными типами геологических процессов все горные породы 

Общие положения

9

делятся на три типа: 1) магматические (изверженные), образовавшиеся в результате кристаллизации природного расплава; 
2) осадочные, образовавшиеся из осадков; 3) метаморфические, 
образовавшиеся при перекристаллизации в твердом состоянии 
в земной коре.

Несмотря на существенное различие между перечисленны
ми тремя типами геологических процессов нельзя провести 
четких границ между тремя типами горных пород. Во-первых, магматические и осадочные породы очень часто бывают 
метаморфизованными. Во-вторых, в образовании некоторых 
осадочных (вулканогенно-осадочных) пород большую роль играют магматические процессы. В-третьих, при образовании 
метаморфических пород на большой глубине иногда происходит расплавление первичных пород, что приводит к наложению на метаморфические процессы явлений магматического 
характера.

Кроме перечисленных типов горных пород, существует еще 

одна специфическая группа, возникающая в результате удара 
космических тел об поверхность Земли. Это импактиты (от английского impact – удар).

В настоящее время петрография разделяется на три отрасли: 

а) петрография магматических пород; б) литология или петрография осадочных пород; в) метаморфизм, т. е. петрография 
метаморфических пород.

Прежде чем приступить к первому разделу – петрографии 

магматических пород – необходимо рассмотреть общие задачи 
петрографии и главные методы, применяемые при изучении 
всех горных пород. Петрография должна изучать: 1) вещественный состав горной породы; 2) строение (текстуру и структуру) породы; 3) формы и геологические условия залегания 
пород; 4) процессы образования каждой породы и зависимость 
всех ее свойств и условий залегания от этих процессов.

Горные породы изучаются, во-первых, как геологические 

тела на месте своего залегания и, во-вторых, как минеральные агрегаты в лаборатории. Полевые исследования включают 
в себя наблюдения за условиями залегания горных пород, формой и размерами сложенных ими тел, их трещиноватостью, 

Общие положения

контактами и взаимоотношениями разных пород друг с другом. 
В лабораторных условиях горные породы исследуются аналитически в образцах и шлифах. Главным методом изучения их 
является кристаллооптический метод. С помощью поляризационного микроскопа можно диагностировать породы, выявлять 
особенности и количественные соотношения минералов, а также внутреннее строение пород. Применение столика Е. С. Федорова и рентгеноструктурного анализа позволяет определять 
точный состав породообразующих минералов, а также исследовать тонкие структурные особенности пород. Вещественный состав горных пород изучается с помощью методов химического 
и спектрального анализа. Для исследования отдельных минералов применяются термический, электронно-микроскопический и другие методы. Для определения абсолютного возраста 
пород применяется масс-спектрометрический, термолюминесцентный и другие методы.

Современная петрография имеет следующие направления 

развития.
1. Структурная петрография, изучающая состав и строение 

горной породы.
2. Петрохимия исследует химический состав породы.
3. Экспериментальная петрология путем эксперимента 

и теоретических исследований ищет общие физико-химические законы образования горных пород.
4. Петрофизика с помощью геофизических методов иссле
дует внутреннее строение оболочек Земли.
5. Формационный анализ имеет целью изучение природ
ных ассоциаций горных пород и связанного с ними комплекса 
полезных ископаемых. 

Объектом петрологии является изучение изменений, проис
ходящих самопроизвольно в массах горных пород: затвердевание жидких магм, частичное или полное расплавление твердых 
пород, физические и химические превращения, испытываемые 
осадочными породами. Следовательно, петрология изучает 
процессы течения вещества, движения ионов, атомов, молекул и целых кристаллов внутри породы, через нее или вне ее, 
а также переходы той или иной части породы из одной фазы 

Общие положения

11

в другую или изменение положения одной и той же фазы. До 
настоящего времени лабораторные эксперименты не в состоянии дать ясной полной картины того, что происходит в земной 
коре. Поэтому необходимо прибегнуть к общим основным законам термодинамики, показывающим, что возможно, а что 
невозможно, а также определяющим пути развития процесса. 
Эти общие законы управляют всеми превращениями, поэтому 
нет никакого сомнения, что им должны подчиняться и массивные горные породы. 

мОдУЛЬ I 

мАГмАТИчЕскИЕ ГОРныЕ ПОРОды

В модуле «Магматические горные породы» дана общая ха
рактеристика магматических пород, рассмотрены форма и строение магматических тел, химический и минеральный состав, 
структуры и текстуры, образование и классификация магматических горных пород, их распространенность, ассоциации, 
причины разнообразия, а также комплекс полезных ископаемых, связанных с магматическими породами.

Целью модуля является изучение состава и строения магма
тических пород, ознакомление с принципами их классификации и получение представления о магматических процессах.

1.1. магма и кристаллизация магматических расплавов

1.1.1. Строение Земли

Существующие представления о строении и составе внут
ренних частей Земли базируются на данных сейсмологических 
измерений. Выделяется три основных оболочки Земли: земная 
кора, мантия и ядро. Граница между земной корой и мантией располагается на глубине от 6 до 40–60 км и называется 
поверхностью Мохоровичича (граница М) в честь югославского ученого, открывшего ее в 1909 г. Граница между мантией 
и ядром Земли открыта в 1914 г. Гуттенбергом (граница Г) 
и располагается на глубине 2900 км. Существуют также границы в мантии на глубине около 900 км, разделяющая вещество 
верхней и нижней мантии, и в ядре на глубине около 5100 км, 
отделяющая наружное и внутреннее ядро.

По современным представлениям, мантия Земли соответс
твует составу каменных метеоритов, которые сложены оливином, никелистым железом, пироксенами, плагиоклазами 
и др. В пределах мантии существует слой пониженной вязкости (астеносфера), для которого характерно частично жидкое состояние. Мощность этого слоя под океанами составляет около 
300 км, под складчатыми поясами – около 150 км, под плат

1.1. Магма и кристаллизация магматических расплавов

13

формами – около 70 км и под древними щитами он отсутствует. В пределах астеносферы температура превышает температуру плавления базальтов (1000–1500 ºС), а давление достигает 
1–20 тыс. МПа. Раздел между мантией и земной корой (граница М) фиксируется переходом от оливиновых пород к породам, 
в которых главную роль играют полевые шпаты.

В нижней части земной коры выделяется слой непостоянной 

мощности с плотностью около 2800–2900 кг/м3, соответствующий смеси пироксенов и основных плагиоклазов («базальтовый слой»). Название «базальтовый» условно, поскольку 
он сложен различными породами, в частности под континентами – метаморфическими породами. Мощность базальтового 
слоя под океанами составляет 2–3 км, а под континентами – 
6–20 км. Выше его на континентах располагаются менее 
плотные породы (2600–2700 кг/м3), соответствующие кварцево-полевошпатовым породам (гранитам). Этот слой назван 
«гранитным», хотя значительная его часть сложена гнейсами 
и кристаллическими сланцами. Мощность гранитного слоя 
составляет 10–50 км. Верхнюю часть земной коры составляет 
слой осадочных пород (средняя плотность 2100 кг/м3). В зоне 
континентов он залегает на гранитном слое и имеет мощность 
0–20 км. На океаническом блоке осадочный слой имеет мощность 0–3 км и залегает на базальтовом слое. Таким образом, 
в пределах континентов земная кора имеет трехчленное строение, а в зоне океанов – двухчленное. В областях, переходных 
от континентов к океанам (островные дуги, окраинные и внутренние моря), земная кора характеризуется малой и невыдержанной мощностью гранитного слоя (кора переходного типа). 
Наибольшая мощность коры континентального типа (50–
75 км) характерна для альпийских складчатых областей, а под 
древними платформами и докембрийскими щитами она минимальна (25–35 км).

В областях, переходных от материков к океанам, располага
ются современные геосинклинальные системы. Они состоят из 
глубоководных желобов, островных дуг и геосинклинальных 
котловин, непосредственно прилегающих к континентальному шельфу. Островные дуги обращены выпуклостью в сторону