Table of Contents

Глобальная мозаика из глинистых пород

Игнеозные породы образуются в результате охлаждения и затвердевания магмы под поверхностью Земли или лавы, экструдированной на неё. Их распределение по континентам обеспечивает прямое окно в тектонический двигатель планеты, эволюцию коры и глубокие геологические процессы, которые сформировали массивы суши на протяжении миллиардов лет. Картирование этих пород позволяет геологам реконструировать древние движения плит, идентифицировать минеральные ресурсы и понимать вулканические опасности. Этот географический обзор исследует, где происходят основные типы магматических пород, как они отображаются и что их закономерности показывают о динамической истории Земли.

Классификация полевых пород

Породы, содержащие глинистые породы, делятся на две основные категории в зависимости от их среды образования, с дальнейшими подразделениями, основанными на содержании кремнезема и минералогии.

Интрузивные (плутонические) камни

Назойливые породы медленно кристаллизуются из магмы, пойманной глубоко в коре, производя грубозернистые текстуры. Гранит , наиболее обильная континентальная интрузивная порода, доминирует над древними кратонами и батолитами. Габбро , интрузивный эквивалент базальта, образуется в океанической коре и слоистых вторжений. Диорит и перидотит округляют общие плутонические типы, последний представляет материал мантии.

Экструзивные (вулканические) скалы

Экструзивные породы быстро охлаждаются на поверхности, получая мелкозернистые или стекловидные текстуры. Базальт является наиболее широко распространенной экструзивной породой, образуя океаническую кору и большие магматические провинции. Риолит , экструзивный аналог гранита, появляется в континентальных вулканических дугах. Андесит характерен для зон субдукции, в то время как обсидиан и пемза представляют собой фельсовые вулканические стекла.

Подразделения на основе кремния

Геохимики классифицируют магматические породы по содержанию кремнезема:

  • Фелсик (65-75% SiO2): гранит, риолит
  • Промежуточное (55-65% SiO2): диорит и андезит
  • Мафик (45-55% SiO2): габбро, базальт
  • Ультрамафик (менее 45% SiO2): перидотит, коматиит

Эта классификация напрямую связана с тектонической обстановкой: фельсовые породы доминируют над континентальными интерьерами и дугами, в то время как мафиозные и ультрамафиозные породы преобладают в океанических центрах распространения и мантийных плюмах.

Методы картографирования и источники данных

Современное картографирование магматических пород объединяет несколько подходов, от традиционных полевых работ до дистанционного зондирования на основе спутников.

Полевые исследования и геологическое картирование

Наземное геологическое картирование остается фундаментальным. Геологи систематически регистрируют типы горных пород, структуры и контакты на обнажениях, создавая подробные карты четырехугольников. Эти полевые наблюдения обеспечивают наземную истину для данных дистанционного зондирования. Национальная база геологических карт USGS и аналогичные национальные исследования во всем мире компилируют эти карты в стандартизированные форматы.

Дистанционное зондирование и спутниковые снимки

Landsat, ASTER и Sentinel-2 мультиспектральные датчики обнаруживают особенности поглощения минералов в видимых и коротковолновых инфракрасных диапазонах, что позволяет различать типы пород в обширных, недоступных областях. Тепловые инфракрасные данные могут отображать богатые кварцем граниты против базальта. Гиперспектральная визуализация обеспечивает еще более тонкие минералогические детали.

Геофизические методы

Гравитационные и магнитные съемки показывают подземные магматические тела. Магнитные аномалии выделяют мафиозные и ультрамафиозные вторжения, богатые магнетитом. Сейсмическая томография Изображения коры и мантийных структур, показывающие корни вулканических дуг и континентальных рифтовых зон. Аэромагнитные и радиометрические съемки, пролетающие низко над местностью, особенно эффективны для картирования гранитных и базальтовых ландшафтов.

Геохимический и петрологический анализ

Образцы пород, собранные в полевых условиях, подвергаются химическому анализу для определения содержания кремнезема, соотношения микроэлементов и изотопных составов. Эти данные ограничивают источники магмы и тектонические настройки. Сбор геохимических баз данных, таких как EarthChem и PetDB, позволяет в глобальном масштабе синтезировать распределение магматических пород.

Распределение глинистых пород по континентам

Каждый континент демонстрирует отличительную картину типов магматических пород, отражающую его уникальную тектоническую историю. В следующих разделах рассматриваются основные явления.

Северная Америка

Рекорд магматических пород Северной Америки охватывает архей до настоящего времени. Канадский щит , обширный открытый кратон, содержит гранитно-зеленые каменные пояса и большие магматические провинции, такие как базальты Кевинаван Рифт 1,1 миллиарда лет. Сьерра-Невада Батолит в Калифорнии представляет собой массивное меловое гранитное вторжение, образованное субдукцией. Колумбия Ривер Базальт Групп на Тихоокеанском северо-западе представляет собой миоценовую губительную базальтовую провинцию, охватывающую более 160 000 квадратных километров. Активный вулканизм вдоль Каскадного хребта производит андезиты и дациты, в то время как Йеллоустонская точка трека фиксирует кремниевые извержения кальдеры через Айдахо и Вайоминг.

Южная Америка

Горный хребет Анды является типом местности для континентальной вулканической дуговой активности. Субдукция плиты Наска под Южной Америкой генерирует андезит, дацит и риолит на стратовулканах, таких как Охос-дель-Саладо и Ллуллайяко. Большая Игнезийская провинция Парана-Этендека в Бразилии и Уругвае состоит из базальтов раннего мелового потопа, связанных с открытием Южной Атлантики. Докембрийские кратоны в регионах Амазонки и Сан-Франциско содержат древние гранитно-зеленые пояса и слоистые мафиозно-ультрамафиозные вторжения, богатые элементами хромовой и платиновой группы.

Европа

Фенноскандский щит Скандинавии и Финляндии сохраняет некоторые из самых старых магматических пород Земли, в том числе 3,5-миллиардные граниты и зеленые камни.Шотландское нагорье демонстрируют гранитные плутоны Каледонского орогения.Центральная иберийская зона Испании и Португалии содержит обширные герцинские гранитоиды. Активный вулканизм в Италии включает щелочные калийные породы горы Везувий и кремниевые игнибриты кальдеры Кампи Флегрей.Исландия представляет собой аномальное субаэральное воздействие Среднеатлантического хребта, состоящего преимущественно из базальта и риолита.

Африка

Африка принимает самые обширные в мире экспозиции архейских пород в Каапваале, Зимбабве и Танзанийский кратон.Бушвельдский Игнезонный Комплекс в Южной Африке является крупнейшим слоистым мафиозным вторжением на Землю, содержащим огромные запасы платины, хрома и ванадия.Восточноафриканская рифтовая система демонстрирует активное континентальное рифтинг с щелочными базальтами и карбонатитами в вулканах, таких как Ол Доиньо Ленгай.Эфиопские нагорья включают в себя олигоценовые потопные базальты, связанные с Афарским шлейфом. Более молодые вулканические поля через Сахару и западноафриканские кратоны регистрируют интраплатежный вулканизм.

Азия

Гималайско-тибетский ороген имеет обширные миоценовые и плейстоценовые гранитные вторжения, образованные во время столкновения Индии и Азии.Сибирские ловушки, крупная пермско-триасовая магматическая провинция, охватывающая 7 миллионов квадратных километров, являются одними из крупнейших наводнительных базальтовых извержений Земли.Деканские ловушки в Индии извергаются на границе мелового и палеогенового периодов и охватывают более 500 000 квадратных километров.Индонезийская вулканическая дуга (Суматра, Ява, Бали) является классической зоной субдукции, производящей андезиты и базальты.Эмейшанская крупная игнорированная провинция в Сычуани

Австралия

Йилгарн Кратон Западной Австралии является крупным архейским гранитно-зеленым терраном, в котором находятся месторождения золота и никеля мирового класса.Пилбара Кратон содержит некоторые из самых старых хорошо сохранившихся пород Земли, в том числе 3,5-миллиардные коматииты и базальты.Новая провинция вулканов на юго-востоке Австралии регистрирует четвертичный интраплататный базальтовый вулканизм.Вулканическая провинция Широкого залива в Квинсленде включает в себя базальты миоцена и риолиты. Активные вулканы Банда Арк и Папуа-Новой Гвинеи образуют северную окраину.

Антарктида

Взрывная геология Антарктиды в значительной степени скрыта подо льдом, но открытые нунатаки и Трансантарктические горы показывают значительное разнообразие. Огромная большая игнеозная провинция включает в себя юрские толеитовые базальты и долеритовые подоконники, выставленные в Сухих долинах. Антарктический полуостров Вулканическая дуга содержит мезозойские кайнозойские гранитные и вулканические породы, аналогичные Андам. Гора Эребус на острове Росса является активным фонолитом вулкана с постоянным лавовым озером. Гамбурцевские горы , похороненные под Восточно-Антарктическим ледяным щитом, как полагают, являются магматической провинцией, связанной с рифтом.

Игнезисные скалы на тектонических границах

Глобальное распределение магматических пород в основном контролируется тектоникой плит. Доминируют три первичные установки.

Расходящиеся границы

Среднеокеанские хребты производят толеитный базальт в качестве основного типа магмы, образуя новую океаническую кору с скоростью распространения 2-10 см/год. Среднеатлантический хребет и Восстание в восточной части Тихого океана являются наиболее обширными вулканическими системами на Земле. Континентальные рифты, такие как Восточноафриканский рифт, первоначально производят щелочные базальты, эволюционируя в толеитные композиции по мере созревания рифтинга. Медленно распространяющиеся хребты генерируют более развитые композиции, включая редкие риолиты.

Сходящиеся границы

Зоны субдукции генерируют полный спектр магматических композиций, в которых преобладают андезит и дацит на континентальных дугах. Круго-Тихоокеанское огненное кольцо содержит 75% активных вулканов Земли. Океанические дуги, такие как Мариас и Алеутцы производят островные дуговые талеиты и бониниты. Континентальные дуги, такие как Анды , производят более толстую, более развитую кору с обширными кремниевыми вулканическими полями.

Интраплантировать настройки

Горячие точки и мантийные плюмы генерируют большие магматические провинции (LIP) и линейные вулканические цепи. Гавайи является примером типа океанического вулканизма горячей точки, производя базальты толеитного щита, за которыми следуют щелочные постщитовые извержения. Континентальные LIP, такие как Сибирские ловушки и Декканские ловушки представляют собой массивные, кратковременные вулканические события, связанные с головами мантийных плюмов. Эти провинции были связаны с массовыми вымираниями и климатическими сдвигами.

Экономическое значение распределения полей с помощью посторонних камней

Географическое распределение магматических пород напрямую контролирует расположение многих важнейших минеральных ресурсов.

Магматические депозиты руд

Слоеные мафиозно-ультрамафиозные вторжения, такие как Bushveld Complex и Stillwater Complex элементы платиновой группы хозяев, хром и ванадий.Kimberlites, редкие ультрамафиозные вулканические породы, найденные на древних кратонах, являются основным источником алмазов. Отложения меди порфира связаны с субдукционными гранитными вторжениями в дуги, в частности в Andes, Юго-западной Северной Америке и Индонезия.У карбонатитов и щелочных комплексов есть редкоземельные элементы, ниобий и фосфат.

Геотермальная энергия

Активные вулканические регионы с высоким тепловым потоком обеспечивают геотермальные энергетические ресурсы. Исландия , Новая Зеландия , Кения и Индонезия Эксплуатация вулканических геотермальных полей.Усовершенствованные геотермальные системы в горячих, сухих гранитных породах разрабатываются в Бассейн Купер, Австралия, и Рейнланд, Германия.

Строительные материалы

Гранит и базальт широко добываются для размерного камня, агрегата и дорожного строительства. Облака St. Облако и Барре Районы в Соединенных Штатах производят высококачественный гранит. Базальт используется для бетонного агрегата и изоляции каменной ваты. Многие исторические города построены из местного магматического камня, придавая характер городским ландшафтам.

Тематические исследования в континентальном картографировании

Картографирование полинезийного комплекса Бушвелд, Южная Африка

Комплекс Бушвелд представляет собой слоистую интрузию возрастом 2 миллиарда лет, охватывающую 66 000 квадратных километров. Систематическое геологическое картографирование в сочетании с геохимическими и геофизическими исследованиями очерчивает его ультрамафическо-мафиозное наслоение, включая Меренский риф и хромитит UG2, которые содержат большую часть мировых запасов платины. Воздушные магнитные исследования показывают геометрию подповерхности комплекса, направляя разведочное бурение. Это картографическое усилие служит глобальной моделью для понимания слоистого формирования вторжений и минерального обеспечения. Для дальнейшего чтения проконсультируйтесь с подробными картами Южноафриканского совета по геофизике и всеобъемлющим обзором Которном (2021) в Обзорах геологии руды [FLT: 1] .

Изображение: Columbia River Basalt Group, США

Группа компаний Columbia River Basalt охватывает 163 000 квадратных километров в Вашингтоне, Орегоне и Айдахо. Детальное картирование с помощью USGS и государственных обследований выявило более 300 отдельных блоков потока, каждый с различными геохимическими отпечатками пальцев и магнитной полярностью. Геологи использовали эти данные для реконструкции хронологии извержений, систем водопровода магмы и связи с горячей точкой Йеллоустоуна. Эта работа демонстрирует силу объединения картографирования полей с геохимической корреляцией в крупных магматических провинциях. Доступные онлайн-ресурсы включают программу USGS Large Igneous Provinces.

Картирование мелового андского батолита, Чили и Перу

Андский Батолит является одним из крупнейших в мире гранитных комплексов, простирающихся на 1500 километров вдоль континентального края. Картирование выявило сложную сборку сотен отдельных плутонов, размещенных между 100 и 30 миллионами лет назад. Радиометрическое датирование и геохимический анализ показывают светские вариации в составе магмы, связанные с изменениями угла субдукции и утолщения коры. Картирование имеет решающее значение для понимания роста континентальной коры и эволюции зон субдукции. Подробности синтезируются в Perelló et al. (2020) в Обзорах науки о Земле .

Проблемы в картировании глинистых пород в континентальной шкале

Несмотря на технологические достижения, картирование распространения магматических пород на континентах представляет собой значительные проблемы.

Недоступный участок

Многие магматические провинции находятся в отдаленных, горных или покрытых льдом регионах. Интерьер Антарктики, тропические леса Амазонки и Центрально-Сибирское плато остаются плохо нанесены на карту. Спутниковое дистанционное зондирование частично решает эту проблему, но проверка достоверности наземных данных ограничена.

Погода и покрытие

Интенсивное выветривание в тропических и субтропических регионах скрывает глубинные воздействия. Глубокие латеритные и сапролитические профили маскируют лежащие в основе магматические литологии. Геофизические методы, такие как электрическое сопротивление и индуцированная поляризация, могут помочь, но интерпретация требует геологических ограничений.

Сложные плутонические системы

Большие батолиты содержат множественные инвазивные фазы с градационными контактами. Отличие отдельных плутонов и их относительный возраст требует детального структурного картирования и точной геохронологии. Обычные радиометрические датировки могут иметь неопределенности, сопоставимые с продолжительностью магматических импульсов.

Интеграция данных и стандартизация

Геологические карты разных стран используют различные схемы классификации, масштабы и системы координат. Инициатива OneGeology и CGI Geoscience Markup Language направлены на гармонизацию этих наборов данных, но прогресс неравномерен. Геохимические данные из разных лабораторий требуют тщательной перекрестной калибровки. Сбор бесшовной глобальной карты магматических пород остается постоянным усилием.

Будущие направления в глобальном картографировании глинистых пород

Несколько новых тенденций трансформируют нашу способность картировать и интерпретировать распределение магматических пород в континентальных масштабах.

Машинное обучение и геохимические большие данные

Алгоритмы машинного обучения, обученные на глобальных геохимических базах данных, могут прогнозировать тип породы и тектоническую настройку по разреженным полевым данным. Нейронные сети классифицируют литологии по многоспектральным спутниковым снимкам. Автоматизированная идентификация минералов с помощью сканирующей электронной микроскопии и энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии ускоряет характеристику. Эти инструменты позволят быстро и последовательно картировать ранее недоисследованные регионы.

Дистанционное зондирование высокого разрешения

Новые спутниковые миссии, такие как EnMAP и PRISMA, обеспечивают гиперспектральные данные с разрешением 30 метров, способные различать минеральные сборки в магматических породах. Беспилотные летательные аппараты (БПЛА) с мультиспектральными и тепловыми датчиками позволяют осуществлять картографирование критических обнажений в сантиметровом масштабе. Сочетание мультиспектральных, радиолокационных и лидарных данных даст беспрецедентные литологические карты.

Интеграция с тектоническими реконструкциями плит

Современные тектонические модели плит, построенные на основе палеомагнитных, геохронологических и структурных данных, могут предсказать исходную широту и тектоническую обстановку древних магматических провинций. GPlates и Палеобиологические базы данных инструменты позволяют геофизикам восстанавливать магматические породы в их положениях формирования, раскрывая закономерности, затененные последующей деформацией и континентальным дрейфом. Этот подход революционизирует наше понимание магматической истории Земли.

Общественное управляемое курирование данных

Такие инициативы, как EarthChem (входит в Междисциплинарный альянс данных о Земле) и Deep-time Digital Earth, предоставляют хранилища с открытым доступом для геохимических и геохронологических данных.Эти базы данных поддерживают глобальный метаанализ и позволяют исследователям проверять гипотезы о распределении магматических пород с использованием комплексных, стандартизированных наборов данных. Стандарты сообщества для метаданных и качества данных улучшатся с дальнейшим принятием.Исследователи могут получить доступ к кураторским наборам данных EarthChem на earthchem.org.

Заключение

Картирование типов магматических пород на континентах раскрывает глубокую геологическую структуру Земли и динамические тектонические процессы, которые действовали более четырех миллиардов лет. Распределение гранита и базальта, риолита и андезита, габбро и перидотита следует предсказуемым закономерностям, связанным с границами плит и динамикой мантии. От древних кратонов Африки и Австралии до активных вулканических дуг Анд и Индонезии, каждый континент рассказывает историю континентального роста, распада и повторной сборки. Современные методы картирования, сочетающие полевые наблюдения, дистанционное зондирование, геофизику и геохимию, обеспечивают все более подробные и точные изображения магматического наследия Земли. По мере продвижения инициатив по открытым данным и аналитических методов наше понимание магматического наследия планеты будет только углубляться. Для читателей, заинтересованных в изучении глобального распределения магматических пород, программа USGS Large Igneous Provinces предлагает шлюз к картам, данным и образовательным ресурсам, охватывающим континенты.