1. Введение

Необходимость в классификациях для таких наук, которые имеют дело с большим числом разнообразных объектов исследования, очевидна и не требует доказательства. На протяжении всей истории геологии исследователи занимались разработками различных классификаций, о чем более подробно можно узнать из работ (Заварицкий, 1956; Магматические горные породы 1983). Особый интерес проявлялся к магматическим породам, и их классификацией занимались корифеи геологической науки мирового масштаба. Более или менее обоснованные классификации магматических горных пород появились в середине прошлого века, когда для их изучения стал применяться микроскоп. И как отмечается в работе (Магматические горные породы 1983): "Классификации магматических пород с момента их появления развивались по двум различным и слабо увязанным направлениям: количественно-минералогическому и химическому. Это привело к появлению различных вариантов количественных минеральных и химических классификаций, отличающихся друг от друга по числу выделяемых классов пород и по положению границ между классами" (с.6). Естественно, имелись и имеются как сторонники минеральных принципов классификации, так и химических. Очевидно, что более рациональный подход к данной проблеме, который признается, вероятно, всеми геологами - это комплексное использование минерального и химического состава пород. Но попытки разработать такую комплексную классификацию магматических горных пород не увенчались успехом до настоящего времени. Как отмечается в работе (Магматические горные породы 1983), даже только для гранитов, при сопоставлении количественно-минеральной и химической классификации, не удалось достичь соответствия между ними. Считается, что причины этого кроются в том, что породы сходного химического состава часто имеют различный минеральный состав. Вместе с тем признается, что оба направления классификаций - количественно-минеральное и химическое - необходимы и должны быть взаимоувязаны.

Другой причиной, усложняющей разработку количественной классификации, называется отсутствие естественных границ между различными породами (Заварицкий, 1956). Тем не менее уже век назад были известны группы пород, четко различающиеся между собой: кислые и средние - гранитоиды, диоритоиды; основные -габброиды; ультраосновные - различные перидотиты; щелочные, известково-щелочные и т.д. Поэтому необходимо установить, на каком уровне различия-сходства происходит постепенный переход между породами, а на каком- существуют четкие естественные границы. И задача науки - объяснить это явление. Вполне понятно существование (наличие) большого количества классификаций магматических горных пород на основе минерального состава, структуры и текстуры и сторонников таких классификаций, поскольку в этом случае используются "лежащие на поверхности" свойства. Тем более, что в настоящее время имеется возможность экспрессно и довольно точно определять химический состав минералов микрозондовым анализом. Из минеральных классификаций особого внимания заслуживает классификация магматических горных пород Шэнда, основанная "на признании известной химической несовместимости среди породообразующих минералов" (Shand, 1931, р.50-51). Более подробно об этой классификации будет сказано в соответствующем разделе. Данная классификация с незначительными изменениями будет сопоставляться с петрохимической классификацией, для того чтобы создать комплексную минералого-химическую.

Из химических классификаций наиболее широкой известностью пользуются классификация Левинсон-Лессинга, система магматических норм Ниггли и нормативная система химических составов CIPW (Заварицкий, 1950; Четвериков, 1956; Ефремова, Стафеев, 1985; Cross et al., 1903). К сожалению, приходится констатировать, что к настоящему времени не существует более или менее приемлемой минерально-химической классификации. В той или иной мере химический состав использовался как дополнительная информация к минеральному составу. Были выделены минералы по насыщенности SiO₂ и Аl₂О₃, которые использовались с целью установления границ между различными группами пород (Shand, 1927, 1949). Как отмечает А.Н.Заварицкий (1956), делались попытки получить данные для проведения таких границ путем статистического рассмотрения совокупностей разных горных пород. Однако эти попытки не дали существенных результатов и вряд ли дадут даже при современной компьютеризации, поскольку при разработке классификаций необходимо выявлять естественные границы, а не статистические. Там же, где этих "естественных" границ нет, их не сможет определить ни один статистический метод. Практически все создатели (разработчики) классификационных схем видели минералого-химические границы между определенными группами горных пород, но при этом не была предложена обоснованная номенклатура этих групп, их строгая соподчиненность, четкие объемы и границы, т.е. не были выделены таксонные категории и не была разработана их иерархия. В последнее время (Классификация и номенклатура 1981; Магматические горные породы 1983; Rock, 1981) исследователи склоняются к мысли о рациональном использовании таксонов, применяемых в биологии. Ниже мы покажем, как эти идеи реализуются на практике.

Из обзора истории создания классификационных схем (Заварицкий, 1956; Магматические горные породы 1983) складывается впечатление, что перебраны все варианты сочетания минерального состава и химического, выраженного в оксидах, а классификация, которая бы отвечала всем требованиям, предъявляемым к таким категориям разработок, так и не создана. Возникает естественный вопрос: возможно ли создание такой схемы, а если нет, то почему? По мнению автора настоящей работы, создание приемлемых химической и комплексной классификации горных пород, с использованием их химического состава в оксидном выражении, не представляется возможным, поскольку по содержанию оксидов нельзя однозначно провести границы между различными группами пород.

Попытка создания классификации горных пород на основе "нормативных минералов" CIPW также не увенчалась успехом вероятно потому, что создатели этой схемы не четко представляли, что отражает "нормативно-минеральный" состав породы и как он связан с минеральным составом. Дальше всех в разрешении данной проблемы продвинулся Шэнд (Shand, 1927, 1949). Он прекрасно понимал зависимость минерального (фазового) состава изверженных пород от химизма магмы и условий ее кристаллизации и подчеркивал, что классификация магматических пород может быть только физико-химической. Его идеи по делению пород на группы по степени насыщенности кремнеземом и глиноземом, а не по их содержанию, требуют более глубокого осмысливания и развития. Уровень знания его времени не позволил ему создать комплексную классификацию, но он изложил главные принципы такой классификации. Касаясь использования диаграмм Харкера и Гроута [(K+Na)-Si0₂], Шэнд, как отмечают Гиорсо и Кармайкл (1992), с характерным провидением возразил: "Для того чтобы химическая классификация имела какое-либо значение, она должна учитывать все молекулы, присутствующие в породе, а не одну единственную". Гиорсо и Кармайкл пишут: "Мало что изменилось по сравнению с началом века сейчас, когда он на исходе". И далее они приводят цитату из Шэнда (Shand, 1913): "Всякий, кто сможет создать систему, в которой химические и минералогические свойства будут удовлетворительно скоррелированы, решит величайшую проблему петрографии". (р.488), что относится и к сегодняшнему дню.

К настоящему времени разработаны основные принципы построения классификационных схем (Магматические горные породы1983, с.20):

а) каждая классификация должна быть целенаправленной;

б) критерии разделения должны обладать объективностью, легко наблюдаться и прилагаться ко всем объектам классификации;

в) все единицы подразделяемого сообщества должны найти в классификации свое строго определенное и единственное место;

г) каждое последовательное расчленение классифицируемого множества должно каждый раз осуществляться по единому признаку.

Тем не менее, нет классификации магматических пород, которая отвечала бы выше приведенным требованиям.

Автор данной работы проблемами классификации горных пород начал заниматься с 1968 г., поскольку для целей физико-химического моделирования процессов образования горных пород - главного научного интереса автора - также необходима их строгая классификация, так как прежде чем моделировать, нужно знать, что моделировать. Поэтому к решению рассматриваемой проблемы автор подошел с физико-химических позиций, позволяющих понять

генетическую сущность связи химического (компонентного) состава магмы и минерального (фазового) состава породы, которая образовалась из этой магмы, и использовать это в классификационных целях. В данной монографии рассматриваются вопросы классификации только алюмосиликатных магматических пород и не затрагиваются такие магматические породы, как карбонатиты и различные рудные образования. Тем не менее, новый алгоритм расчета (CIPWD) позволяет пересчитывать химические составы пород любого генезиса на нормативные составы, а последние использовать для их петрохимической систематики.

Предлагаемая работа является плодом многолетних раздумий, поисков и выбора рациональных вариантов и решений. Окончательное написание книги осуществлено в 1997 г. в Лаборатории магматизма и магматогенного рудообразования Геологического института Кольского научного центра РАН в рамках исследований по теме "Моделирование петрогенных систем с участием расплавов и флюидов (нефелиннормативные системы)".

В процессе исследований автор ощущал постоянную поддержку со стороны директора института акад. РАН Ф.П.Митрофанова и зав. лабораторией член-корр. РАЕН А.Н.Виноградова. Некоторые методические вопросы обсуждались с к.г.-м.н. В.Я.Евзеровым, чьи советы и замечания были учтены при написании монографии. Большую помощь в подготовке рукописи к печати оказали Л.И.Храмкова, Г.А.Гращенко, Е.Г.Балаганская и сотрудники оформительского бюро Геологического института. Автор выражает глубокую благодарность всем, кто оказывал ему помощь и содействие в работе.

В работе приняты следующие сокращения названий минералов:

А-Ат - щелочной амфибол

Аb- альбит

А-Срх - щелочной пироксен

Adr-андрадит

Aeg-эгирин

Ак- акерманит

Als – альсилит (Аl₂SiO₅)

Am - амфибол

An - анортит

Anl - анальцим

Ар - апатит

Arf - арфведсонит

Aug - авгит

Bt - биотит

Саn(Сrn) - канкринит

Сс- кальцит

Chr - хромит

Chl - хлорит

Cor(Crn) - корунд

Срх-клинопироксен

Crd - кордиерит

Cr-Sp - хромшпинелид

Di - диопсид

En - энстатит

Ер -эпидот

F(foid) - фельдшпатоид Fa - фаялит

Feak - ферроакерманит

Fe-mer - ферромервинит

Fo - форстерит

Fs - ферросилит

Fsp(feld) - полевой шпат

Gh- геленит

Gr- гранат

Gls(Gs) - стекло

Нbl- роговая обманка

Hd - геденбергит

Mi - микроклин

Мо - монтичеллит

Mt - магнетит

Mu(Ms) - мусковит

Na-mel - натриевый мелилит

Ne - нефелин

01 - оливин

Per - периклаз

Pf- перовскит

Р1 - плагиоклаз

Рhl - флогопит

Qtz - кварц

Ran -ранкинит

Rm - рудный минерал

Нт - гематит

Ilm - ильменит

К-Ат - калиевый амфибол

Kir - кирштейнит

Kls - кальсилит

Kfs - калиевый полевой шпат

Ку - кианит

Let - лейцит

Let¹ - псевдолейцит

Lep- лепидомелан

Ln - ларнит

Mel - мелилит

Мег - мервинит

Ru - рутил

Sil - силлиманит

Sod(Sdl) - содалит

Sph(Tn) - сфен(титанит)

Spl - шпинель

Spr- серпентин

ss - твердый раствор

Тор - топаз

Ti-Mt - титаномагнетит

Wo - волластонит

Wu - вюстит

Zr- циркон