Петрологія

ПЕТРОЛО́ГІЯ (від петро... і ...логія) — галузь геології, наука про гірські породи: їх вік, склад, структуру, умови заляга­н­ня, закономірності пошире­н­ня, формува­н­ня і зміни, а також класифікації. Роз­різняють магматичну (магматичних порід), метаморфічну (метаморфічних порід) і осадову (осадових порід; див. Літологія) П. Сучасний етап роз­витку значною мірою повʼязаний з екс­периментальною П. Також у межах П. ви­окремлюють поня­т­тя Петрографія. П. всебічно ви­вчає кри­сталічні гірські породи з точки зору їхнього речовин­ного складу, геологічних особливостей і походже­н­ня. 

Для українських петрологів головним обʼєктом ви­вче­н­ня насамперед є магматичні, метаморфічні, метасоматичні породи, а також наявні в них руди, в ран­ньому докембрії Українського щита (УЩ), що складає найбільшу геологічну і рудовмісну структуру на території України. Кри­сталічні породи докембрію складають континентальну земну кору, що на пере­важній частині території України має товщину 30—50 км і ви­ступає як кри­сталічний фундамент в інших великих геологічних структурах України — Карпатах, Криму, Донбасі, Дні­провсько-Донецькій та Причорноморській западинах. Однак у цих регіонах пере­важають від­носно молоді мезокайнозойські осадові породи, про­блемами речовин­ного складу, геологічних особливостей та генезису яких здебільшого за­ймаються фахівці з літології. Український докембрій ви­вчають вже декілька століть, він є класичним регіоном, на якому ви­пробували багато геологічних та петрологічних гіпотез і моделей зародже­н­ня найдавніших утворень на Землі, ізотопний вік яких сягає 3700 млн р. На УЩ, не­зважаючи на його від­носно невеликі роз­міри, пред­ставлені всі головні різновиди кри­сталічних порід, тому значе­н­ня його ви­вче­н­ня для П. загалом є актуальним донині. 

У роз­витку петрологічних досліджень докембрійських утворень УЩ ви­окремлюють 3 основні етапи: 

1. якісний — геолого-петро­графічний; 
2. кількісний чи аналітичний — мінералого-петро­графічний; 
3. сут­тєвий — фізико-хімічний, петро-генетичний. 

Вони від­ображають загальні закономірності внутрішнього роз­витку науки, а також взаємозвʼязки її з іншими науковими напрямами ви­вче­н­ня літо­сфери, такими як загальна геологія, геохімія, мінералогія, геофізика, рудоутворення. На першому етапі роз­витку П. пере­важали загально-геологічні концепції формува­н­ня докембрійської континентальної земної кори, перш за все таких широко роз­винутих кри­сталічних порід як гранітоїди, гнейси, метабазити, метаультрабазити, залізисті кварцити. Ці по­гляди активно обговорювали у 18—19 та на початку 20 ст. і враховували поширені космогенічні гіпотези, насамперед Канта—Лапласа. У цей же період були широкороз­винуті по­гляди про закономірності роз­витку осадової оболонки (шотландський геолог Ч. Лаєлл) і біо­сфери (англійський біо­лог Ч. Дарвін) Землі.

Це спричинило появу та досить гостру дис­кусію серед прибічників протилежних по­глядів походже­н­ня давніших кри­сталічних порід щитів і фундаменту платформ, які конфліктують донині: по­глядів плутоністів і нептуністів. Цю дис­кусію досить ґрунтовно роз­глянено в праці українського геолога М. Світальського (1937). По­гляди плутоністів і вулканістів були викладені в 1-й половині 19 ст. шотландським геологом Дж. Гют­тоном, а нептуністів — німецьким геологом А.-Ґ. Вернером. Плутоністи вважали, що первин­на континентальна земна кора була колись роз­плавленою і лише після охолодже­н­ня та за­стига­н­ня сформувалися ран­ньодокембрійські утворе­н­ня — гранітоїди й ортогнейси, що мали пере­важно магматичне походже­н­ня. Нептуністи, навпаки, роз­глядали давні гнейси як осадові чи осадово-вулканоген­ні утворе­н­ня, в які пізніше інтрудують чи їх заміщують гранітоїдні плутони. Плутоністи стоять на позиціях направленого еволюційного роз­витку петрогенезису земної кори в докембрії, а нептуністи об­ґрунтовують можливість викори­ста­н­ня принципу актуалізму для ран­нього докембрію. Українські геологи і петрологи цього етапу в 19 і на початку 20 ст. — М. Барбот де Марні, К. Феофілактов, О. Лагоріо, М. Миклухо-Маклай (див. Миклухо-Маклаї), Р. Прендель, П. Тутковський, дещо пізніше у 1920—30-х рр. Ю. Морозевич, П. Пʼятницький, М. Світальський, Й. Танатар, Д. Соболєв, М. Без­бородько, В. Чирвинський, В. Тарасенко, В. Лучицький, Ю. Половинкіна та ін. — були близькі до плутоністів, але гнейси, залізисті кварцити, сланці, карбонатні породи вони пере­важно зараховували до осадових чи осадово-вулканогених порід.

Тоді в УРСР із рудних родовищ особливу увагу на УЩ приділяли лише Криворізькому залізорудному басейну, що давав близько половини залізної руди СРСР, родовищам графіту, коштовного камі­н­ня на Волині та будівельних матеріалів. Інші родовища та рудо­прояви не вважали пер­спективними, тому що вони були значно рентабельніші в інших регіонах СРСР. Пере­важно на УЩ гранітні масиви роз­глядали як глибоко еродовані та не пер­спективні на гідротермальні рудні родовища. У цей період серед геологів та петрологів тривали активні дис­кусії про походже­н­ня гранітів, гнейсів, метабазитів, залізистих порід і залізних руд УЩ. Поряд з уявле­н­нями про гетероген­ність гнейсів (В. Лучицький) були також прихильники первісності багатьох гнейсів та гранітів (П. Пʼятницький). Остан­ній зеленокамʼяні породи (метабазити) Кривого Рогу не роз­глядав як покров на від­міну від М. Світальського, оскільки у аркозах, що залягають вище, цілком від­сутні валуни цих порід. П. Пʼятницький вважав, що залізисті кварцити є глибоководними осадами, а Й. Танатар висловив припуще­н­ня про інʼєкційно-магматичне утворе­н­ня залізних руд і залізистих кварцитів Криворіж­жя, що їх містили. У подальшому він частково змінив свою точку зору і ви­знав можливість утворе­н­ня залізистих кварцитів і руд різними шляхами: газоводної інʼєкції, метасоматичним і осадовим. Були висунуті інші гіпотези про утворе­н­ня руд Кривого Рогу: гідротермально-метасоматична (М. Світальський) та динамометаморфічна (П. Каніболоцький). 

На цьому етапі значну увагу звертали на детальний петро­графічний опис порід і руд, хімічний склад порід, руд та породо­утворюючих мінералів (Ю. Половинкіна, В. Чирвинський), фізико-хімічні умови метаморфічних процесів (М. Світальський) та метаморфічну зональність (П. Каніболоцький), але пере­важав загально-геологічний під­хід до петрологічних про­блем докембрійських утворень, оскільки аналітичні фізико-хімічні та фізичні методи дослідже­н­ня речовин­ного складу кри­сталічних порід не були на той час ще широко роз­винуті. Нині найбільше значе­н­ня для петрології УЩ мають дослідже­н­ня М. Без­бородька щодо виділе­н­ня регіональних типів гранітоїдів і їхньому динамометаморфічному пере­роблен­ню та В. Лучицького зі страти­графії докембрійських утворень. Цей етап роз­витку петрологічних досліджень в Україні завершився написа­н­ням ґрунтовної праці «Український кри­сталічний масив (геолого-петрологічний опис)» (К., 1947) великим колективом геологів і петрологів за редакцією В. Лучицького. Українські петрологи багато в чому мали пріоритет у всесвітній П. Виділені М. Без­бородьком типи гранітоїдів вві­йшли до петро­графічної термінології. Українські вчені вперше за­стосували такі петро­графічні терміни як волиніт (Г. Ос­совський), клесовіт (С. Малковський), він­ніцит, сабаровіт, україніт (усі — М. Без­бородько), собіт (В. Чирвинський), маріуполіт (Ю. Морозевич).

Другий мінералого-петро­графічний етап роз­витку української П. має умовні часові межі, його ядро охоплює 1960—80-і рр., хоч певною мірою триває донині. На цьому етапі головна увага була сконцентрована на від­борі аналітичного матеріалу з хімічного та мінерального складу гірських порід і породо­утворюючих мінералів. Особлива роль належить новим фізичним методам ви­вче­н­ня мінеральної речовини, перш за все рентґено-спектральному мікро­аналізу мінералів, за допомогою якого можна аналізувати малі вкрапле­н­ня, а також хімічно неоднорідні і зональні мінерали. Початок цього етапу позвʼязаний з появою декількох наукових праць, що стали класичними для української П. Це колективні моно­графії за редакцією М. Семененка, І. Усенка, Л. Ткачука, Ю. Половинкіної, В. Соболєва, Я. Бєлєвцева з петро­графії гранітоїдів, гнейсів, сланців, залізисто-кремнистих порід і руд, метабазитів, метаультрабазитів, карбонатних порід. У цих роботах по­дано досить детальну геолого-петро­графічну і петрохімічну характеристику видів і різновидів головних типів кри­сталічних порід УЩ. Але на цьому етапі найбільшу увагу приділяли мінеральному складу порід і хімічному складу породо­утворюючих мінералів, без чого неможливе ви­значе­н­ня фізико-хімічних умов їхнього утворе­н­ня та на­ступне пере­робле­н­ня. 

Однією з петрологічних про­блем є пошук критичних рівноважних мінеральних парагенезисів, за якими можна встановити мінеральну фацію сформованої породи, а з урахува­н­ням хімічного складу та кри­сталічної структури мінералів — фізико-хімічні умови утворе­н­ня (температуру, загальний тиск, фугітивність газів та активність рухомих компонентів у флюїді, їхню еволюцію) під час утворе­н­ня магматичних, метаморфічних, метасоматичних порід і руд. Мінералого-петро­графічному ви­вчен­ню та умовам утворе­н­ня магматичних порід — гранітоїдів, габроїдів та гіпербазитів — присвячені праці І. Усенка, І. Щербакова, І. Личака, І. Царовського, Л. Бернадської, Ю. Юрка, О. Фоміна, Т. Щербакової, Б. Яковлєва, О. Слензака, Р. Сіроштана, В. Бухарева, В. Орси, К. Єсипчука, Е. Лазаренка, В. Павлишина, В. Цуканова, В. Венидиктова, Т. Рокачук, О. Голуб, В. Молявка, С. Кривдика, С. Цимбала, А. Хатунцевої, Є. Глеваського, О. Струєвої, Н. Беспалько, С. Спів­ак, Р. Бєлєвцева та ін. Результатом цих досліджень було скла­да­н­ня геолого-петро­графічної карти та карти гелогічних формацій докембрію УЩ. Мінералого-петро­графічне ви­вче­н­ня та ви­значе­н­ня фаціальних умов метаморфізму здійснили І. Усенко, І. Щербаков, Р. Сіроштан, Ю. Мельник, Р. Бєлєвцев, К. Єсипчук, Т. Щербакова, Б. Яковлєв, В. Курепін, В. Венидиктов, О. Стригін, М. Ярощук та ін. 

Результатом їхніх праць було скла­да­н­ня карти фацій регіонального метаморфізму УЩ, що уві­йшла до подібної карти Східно-Европейської платформи. Мінералого-петро­графічному ви­вчен­ню та ви­значен­ню фізико-хімічних умов утворе­н­ня метасоматичних порід і повʼязаних з ними руд присвячені праці О. Стригіна, І. Царовського, С. Кривдика, Ю. Мельника, Б. Міцкевича, Д. Равич, Б. Пирогова, Н. Беспалько, С. Нечаєва, В. Сьомки, В. Бугаєнко, В. Павлишина, С. Галія, Р. Бєлєвцева та ін. Значний внесок у ви­значе­н­ня еволюції породо­утворюючих процесів, а також первісної природи кри­сталічних порід за даними ізотопної геохімії зробили М. Семененко, М. Щербак, І. Лугова, В. Загнітко, В. Скоболєв, І. Лісна, Е. Бартницький, Г. Артеменко, Л. Степанюк, О. Пономаренко та ін. Серед результатів, одержаних за допомогою ізотопної геохронології пере­важно цирконів, — ви­окремле­н­ня архейських плагіо­гранітів, ендербіто-гнейсів та плагіогнейсів на від­міну від ран­ньо-протерозойських гранітів і чарнокітів, а також двох від­повід­них епох метаморфізму гранулітової фації. У цей період з України в РФ та ін. держави виїхали деякі ви­значні вчені-петрологи, такі як В. Соболєв, М. Соболєв, Е. Костюк. Важливим, хоч і дещо сумнівно об­ґрунтованим, наслідком 2-го етапу роз­витку П. і геології кри­сталічних комплексів УЩ була обʼ­єд­нуюча концепція осадово-вулканогеної геології докембрію. Згідно неї ран­ньодокембрійські гнейси, амфіболіти, сланці, залізисті кварцити, метаультрабазити, карбонатні породи є метаморфізованими осадово-вулканоген­ними товщами, а мігматити і гранітоїди сформовані в результаті заміще­н­ня цих товщ при ультраметаморфізмі (гранітизації). Уявле­н­ня 1-го етапу про пере­важно інтрузивно-магматичний генезис гранітоїдів, базитів і ультрабазитів, а також деяких гнейсів і залізистих кварцитів були в значній мірі залишені.

Третій етап роз­витку П. в Україні припадає на 1980—90-і рр. і повʼязаний з необхідністю узагальне­н­ня накопиченого аналітичного емпіричного матеріалу, а також з по­глибле­н­ням звʼязків з ін. науками, що ви­вчають кри­сталічні комплекси континентальної літо­сфери, — геохімією, геофізикою, структурною геологією, рудо­утворе­н­ням. Зʼявилися нові петрологічні концепції, що мають велике теоретичне і практичне значе­н­ня для геології, металогенії докембрію та гео­екології. 

У цей етап українські петрологи сформували нові наукові напрями — термодинамічний, еволюційно-кінетичний, петрофізичний, петрохімічний, формаційний, структурно-петрологічний, петрогенетичний. Науковці термодинамічного напряму найбільшу увагу приділяли ви­значен­ню фізико-хімічних умов утворе­н­ня рівноважних мінеральних парагенезисів кри­сталічних порід за методами мінералогічної термобарометрії. Особливе значе­н­ня цей напрям має для метаморфічної П. і картува­н­ня регіональних метаморфічних комплексів (Ю. Мельник, Р. Бєлєвцев, Б. Яковлєв, В. Курепін, І. Щербаков, Р. Сіроштан, Г. Остапенко, І. Щербань). Пред­ставники нового еволюційно-кінетичного напряму за даними дослідже­н­ня різних проявлень зональності — регіональної, метасоматичної, хімічної в мінералах давали ретро­спективний аналіз змін фізико-хімічних параметрів метаморфізму і метасоматозу в часі та просторі, зокрема за матеріалами над­глибокого бурі­н­ня в глибин­них зонах континентальної кори (Р. Бєлєвцев, Н. Курлов). Учені петрофізичного напряму за даними змін фізичних властивостей кри­сталічних порід (щільності, швидкісним, магнітним, міцнісним, теплофізичним, колекторним характеристикам та ін.) встановлювали сейсмічність ра­йонів, проникливість порід і масивів, рудоносність зон (Т. Лебєдев, О. Харитонов, Б. Горлицький, С. Нечаєв, Є. Куліш, М. Тол­стой). Пред­ставники петрохімічного напряму за даними хімічного та ізотопного складу порід і мінералів оцінюють масоперенос і роль мантійного чи корового матеріалу при формуван­ні порід (М. Щербак, Е. Соботович, В. Скобелєв, К. Єсипчук). Формаційний напрям від­повід­ає звʼязку П. з геологією і роз­глядає кри­сталічні комплекси як геологічні формації, утворені у від­повід­них тектонічних та фаціальних умовах (І. Усенко, Є. Лазько, К. Єсипчук, В. Кирилюк, А. Сіворонов).

Структурно-петрологічний напрям має велике значе­н­ня для виявле­н­ня планів та еволюції глибин­них деформацій і їхню взаємодію з породо- та рудо­утворюючими процесами. Досить важливими є петрогенетичні узагальне­н­ня і концепції. Концепції осадово-вулканогеного походже­н­ня основної маси ран­ньодокембрійських утворень і тектоніки літо­сферних плит у ран­ньому докембрії не витримують критики, оскільки не враховують специфіки первин­но-геологічного етапу формува­н­ня планети Земля як гарячого космічного тіла, а базуються на принципах ортодоксального актуалізму та гіпотези холодної акреції при формуван­ні нашої планети. Мабуть найважливіша з нових петрогенетичних концепцій — походже­н­ня первісної континентальної (гранітоїдної) кори. 

З урахува­н­ням досягнень сучасних точних наук, всебічно (фізико-хімічно, петрологічно та геологічно) об­ґрунтована плутонічна модель формува­н­ня первісної магматичної ран­ньоархейської трондʼємітової земної кори, шо потім була неодноразово пере­роблена ендоген­ними процесами — тектонічними деформаціями, магматичними інтрузіями гранітів, базитів, ультрабазитів, залізистих кварцитів, процесами метасоматозу та метаморфізму. Рудо­утворе­н­ня золота та рідкісних елементів також має складну еволюцію пере­важно за схемою: магматизм — метасоматоз — метаморфізм (Р. Бєлєвцев). Ця концепція цілком пріоритетна. З цими концепціями повʼязана про­блема еволюції фізичних умов на поверх­ні Землі, складу докембрійської гідро­сфери та атмо­сфери, перш за все вмісту води, двуоксида вуглецю, вільного кисню, перших морських від­кладів на ден­ній поверх­ні. Ріше­н­ня цих про­блем має глобальне значе­н­ня для подальшого про­гресу П. і геології докембрію, ін. наук про Землю, біо­логії та екології, а також для геологічної практики — геологічної зйомки, пошуків та роз­відки рудних і нерудних родовищ, ізоляції радіо­активних від­ходів тощо.

Завантажити статтю