Осадочные горные породы

Горные породы. Общая классификация горных пород. Структуры и текстуры, минеральный состав горных пород. Осадочные горные породы. Классификация осадочных горных пород. Структуры и текстуры терригенных осадочных пород. Характеристика и практическое определение наиболее распространенных терригенных осадочных горных пород.

Задача работы. Ознакомление студентов с основами классификации и наиболее распространенными типами осадочных горных пород, выработка навыков практического определения терригенных осадочных горных пород.

Учебный материал. Учебная коллекция осадочных горных пород. Шкала Мооса, 10% соляная кислота в капельницах. Наглядные пособия: Классификация терригенных (обломочных) пород.

Методические указания. Как известно, земная кора сложена различными горными породами, большинство из которых представляют собой минеральные агрегаты. Реже горные породы не состоят из минералов, например, уголь, нефть, вулканические стекла. Изучение горных пород имеет большое научное и практическое значение, т.к. они часто являются полезными ископаемыми (бокситы, уголь, гипсы, нефть, нефелиновые породы и т.д.). Они также широко используются как строительные материалы (особенно граниты, пески, глины, известняки, туфы и т.д.), сырье для химической промышленности, в том, числе для производства удобрений (фосфориты, соли). Состав и физические свойства горных пород оказывают большое влияние на протекающие на них почвообразовательные процессы. При соответствующих климатических условиях (достаточном количестве атмосферных осадков) наиболее благоприятными для почвообразования являются алевриты и глинистые породы, составляющие более половины всех осадочных горных пород и часто содержащие в виде примеси известь. Разрыхление этих пород у поверхности под влиянием различных процессов и наличие углекислого кальция создает необходимые условия для жизнедеятельности микроорганизмов и развития растений, которые служат основой для образования почвенного гумуса. На известняках, доломитах и мергелях также могут образоваться глинистые структурные почвы, иногда с высоким содержанием почвенного гумуса. Наихудшие условия для почвообразования создаются на однородных кварцевых песках и песчаниках, очень бедных элементами питания для растений.

По минеральному составу горные породы могут быть мономинеральными (состоящими только из одного минерала, например, из кальцита – известняк, мрамор или из кварца – кварцит) или полиминеральными (состоящими из нескольких минералов, например, гранит, габбро, гнейс). Поэтому для успешного определения горных пород необходимо хорошее знание диагностических признаков ранее изученных минералов, особенно наиболее широко распространенных (породообразующих), к которым, в первую очередь, относятся полевые шпаты, кварц, слюды, пироксены, амфиболы, оливин, нефелин, кальцит, доломит, гранаты и т.д. По происхождению горные породы можно разделить на 3 основных типа: осадочные (образующиеся на поверхности Земли в результате экзогенных процессов), магматические (образующиеся в результате магматической деятельности) и метаморфические (образующиеся в результате изменения, т.е. преобразования, в результате воздействия температуры, давления, химически активных веществ, ранее возникших осадочных и магматических пород).

Таким образом, горная порода – это природный полиминеральный или мономинеральный агрегат, либо скопление аморфного вещества (например, вулканического стекла или органического вещества), характеризующийся определенным составом, структурой и текстурой.

Структура – особенности строения горной породы, которые определяются размером и формой и взаимоотношениями слагающих ее составных частей (зерен, обломков и т.д.).

Текстура отражает особенности строения горной породы, обусловленные характером взаимного расположения слагающих ее составных частей.

Если сравнить горную породу с многоэтажным домом, то структура его будет определяться формой и размерами комнат в каждой квартире (либо преобладающим размером комнат в доме), а текстура – взаимным расположением и характером чередования (закономерным или нет) квартир разной планировки как в пределах каждого этажа, так и во всем здании.

Магматические и метаморфические горные породы изучает петрография. Петрография осадочных пород в России называется литологией.

Осадочные горные породы

Осадочные породы образуются на поверхности Земли. Образование осадков, а затем и осадочных пород может идти различными способами - осаждение обломочного материала, выпадение из растворов определенных веществ, в процессе жизнедеятельности организмов.

Единой (общепринятой) классификации осадочных горных пород до сих пор не существует. В основу упрощенной классификации осадочных пород положено их разделение по происхождению на три большие группы (класса): обломочные (терригенные) – механические осадки, химические (хемогенные) - возникшие в результате выпадения осадков из воды или из других растворов, и органогенные – образованные из скоплений окаменевших остатков животных и растений. В каждом из этих классов по особенностям образования пород можно выделить подклассы.

Терригенные (обломочные) породы – продукты механического разрушения ранее образованных пород (магматических, метаморфических и осадочных) Они представляют собой одну из самых важных и распространенных групп осадочных пород и отличаются разнообразным, большей частью, сложным составом. Именно эти породы часто используются как стройматериалы. Терригенные породы различаются, прежде всего, по структуре (т.е. величине обломков), а сравнительно крупнообломочные еще и по их форме – окатанные они или же - неокатанные (угловатые). Терригенные породы могут быть рыхлыми, для которых характерно несвязанное состояние слагающих их частиц и большое количество пор (песок, глина) или сцементированными (литифицированными). Структуры обломочных пород определяются размерами и формой слагающих их обломков, а также особенностями цементирующего эти обломки вещества. По абсолютной величине обломков различают псефитовую (или грубообломочную) – более 2 мм, псаммитовую (или песчаную, среднеобломочную) - 0,1–2 мм, алевритовую (или мелкообломочную, пылеватую) – 0,01-0,1 мм и пелитовую (тонкообломочную, глинистую) – 0,001-0,01 мм структуры. В случае, если порода сложена обломками разных размеров (что обычно для осадочных пород), можно выделять структуры переходного типа (например, алевропелитовую). В любом случае преобладающий терригенный материал указывается в названии на последнем месте.

Классификация терригенных осадочных по величине и форме обломков, чаще всего используемая в России геологами, а также грунтоведами и почвоведами, приведена в таблице 3.

Таблица 3

Упрощенная классификация терригенных осадочных пород

Размер обломков (мм)	Рыхлые отложения	Литифицированные горные породы
Обломки окатаны	Обломки не окатаны	Обломки окатаны	Обломки не окатаны
0,001-0,01	Глина	Аргиллит
0,01-0,1	Алеврит (лесс)	Алевролит
0,1-2	Песок	Песчаник
2-10	Гравий	Дресва	Гравелит	Дресвит
10-100	Галька	Щебень	Конгломерат (галечный)	Брекчия (щебнистая)
100-1000 (10 см-1 м)	Валун	Неокатанный валун	Конгломерат (валунный)	Брекчия (валунная)
Более 1м	Глыба	Неокатанная глыба	Конгломерат (глыбовый)	Брекчия (глыбовая)

При этом следует отметить, что в некоторых классификациях глинистые породы выделяются в самостоятельный класс, так при их формировании наряду с процессами механического разрушения значительная роль принадлежит и процессам химического преобразования исходных пород и минералов. Поэтому глины можно рассматривать как породы, занимающие промежуточное положение между терригенными и хемогенными осадочными горными породами.

Цемент присутствует в подавляющем большинстве терригенных осадочных горных пород и является их важной составной частью. По составу он может быть глинистым, карбонатным, кремнистым, железистым и др. По своему строению - аморфным и кристаллическим, причем, в некоторых случаях кристаллы цемента по размеру могут быть соизмеримы с обломками или даже значительно превосходить их. Тип цемента отражает количественное соотношение собственно цемента и обломочной части породы, поэтому является дополнением характеристики структуры терригенной породы. Выделяются следующие основные типы цемента:

1. Базальный – обломки не соприкасаются друг с другом, а как бы плавают в цементе (рис. 33 а);

2. Поровый – обломки соприкасаются друг с другом, а цемент заполняет лишь поры между ними (рис. 33 б);

3. Пленочный – цемент образует тонкую пленку вокруг каждого обломка (рис. 33 в)

4. Контактовый – обломки сложной формы тесно соприкасаются друг с другом, а цемент присутствует лишь в местах их непосредственного соприкосновения.

Рис. 33. Структурные типы цемента: а – базальный; б – поровый; в – пленочный и контактовый; г – пойкилитовый

Относительное количество цемента, в целом, уменьшается от первого типа к четвертому. Но следует иметь в виду, что в терригенной породе цемента всегда меньше 50% ( иначе породу следует называть, исходя из структуры цемента, например – песчаником с обломками гравия, алевролитом сильно песчанистым и т.д.). По характеру распределения цемента в породе можно выделять равномерно распределенный и неравномерно распределенный. В последнем случае в одних участках породы может наблюдаться базальный, а в других – поровый или пленочный цемент.

Иногда (особенно в случае карбонатного, баритового или гипсового цемента) наблюдается своеобразный пойкилитовый тип цемента (рис. 33 г). Кристаллы цемента здесь по размеру значительно превышают цементируемые ими обломки или зерна (а иногда и мелкие органические остатки), которые оказываются заключенными внутри кристаллов минерала, слагающего цемент. Этот тип цесмента обычно хорошо различается невооруженным глазом по характерному блеску на плоскостях спайности крупных кристаллов кальцита, гипса и т.д.

Текстуры терригенных пород разнообразны и очень интересны, прежде всего, с генетической точки зрения. Среди них следует различать внутрипластовые и поверхностные текстуры. Среди внутрипластовых преобладают слоистые текстуры. По форме и ориентировке слоев различают горизонтальную ( характеризуется прямолинейностью и горизонтальностью слоев и контактов между ними), косую, волнистую и т.д. слоистость (рис. 34 а).

Рис. 34. Типы слоистости: а – горизонтальная, б – косая, в - волнистая; г – знаки ряби на поврхности пласта песчаника

По четкости проявления различают ясную (четкую, с резкими границами отдельных слоев), неясно выраженную (отдельные слои различаются с трудом, между ними отсутствуют резкие границы) и градационную слоистость, для которой характерно постепенное уменьшение размеров частиц по направлению от подошвы к кровле слоя. Характер слоистости может подчеркиваться, цветом, разной величиной обломков в разных слоях, послойным расположением включений (раковин, конкреций). Также внутри слоя могут встречаться ходы червей, следы передвижений организмов и др. Реже наблюдаются однородные массивные текстуры.

Поверхностые текстуры. Проявляются на поверхностях пластов. К ним относятся текстуры знаков ряби (рис. 34 б), трещины усыхания, отпечатки кристаллов, града, капель дождя и следы жизнедеятельности организмов.

По минеральному составу принято выделять мономиктовые, олигомиктовые и полимиктовые обломочные породы. Мономиктовые - на 90% или более состоят из обломков одного минерала или породы (обычно это кварцевые пески и песчаники), олигомиктовые - сложены обломками двух различных минералов или пород, или одного минерала и одной породы, полимиктовые - породы слагаются обломками нескольких (т.е. более, чем двух) различных минералов и пород. Ниже приводится краткая характеристика наиболее распространенных терригенных осадочных горных пород. При необходимости этим описанием, совместно с табл. 3, можно воспользоваться в качестве простейшего определителя для того, чтобы установить ориентировочное название обломочной осадочной породы.

Грубообломочные породы - псефиты. Рыхлые отложения – валуны (валунники), галечники, гравий, щебень могут состоять из обломков пород разного состава. Среди сцементированных (литифицированных) грубообломочных пород выделяются (см. табл. 3) конгломераты (состоят из окатанных обломков),брекчии (состоят из угловатых обломков) и гравелиты. Во всех этих породах обломки скреплены глинистым, железистым, кремнистым, известковым песчаным и т.д. цементом. Текстуры - слоистые или массивные. Окраска пород нередко неоднородная, пестрая. Брекчии распространены меньше, чем конгломераты.

Песчаные породы – псаммиты. К ним относятся пески (рыхлые) и песчаники (сцементированные), которые в зависимости от крупности частиц (см. табл. 3) подразделяются на мелко-, средне, крупно- и грубозернистые. В зависимости от состава пески и песчаники подразделяются на мономиктовые (обычно кварцевые), олигомиктовые (обычно кварц-полевошпатовые) или полимиктовые. Полимиктовые пески и песчаники, состоящие из кварца, полевых шпатов и слюды называются аркозовыми. Окраска их почти всегда имеет желтоватый или розоватый оттенок.К полимиктовым песчаникам также относятся граувакки. Это песчаники (иногда и мелкообломочные гравелиты) серого, зеленовато-серого, иногда красноватого цветов, имеющие плохую сортировку материала по составу и степени окатанности и состоящие из большого количества (более 20%) обломков пород различного происхождения, совместно с которыми присутствуют кварц, слюды, полевые шпаты, пироксены, роговая обманка. Состав цемента различен – глинистый, карбонатный кремнистый и т.д., либо смешанный. Текстуры песчаников обычно слоистые различных типов.

Алевритовые породы по внешнему виду очень сходны с песчаными. Основные различия заключаются в меньшем размере зерен (менее 0,1 мм) и в несколько ином минеральном составе. В них практически нет обломков пород, но в больших количествах содержатся кварц, слюды и обычно присутствуют глинистые минералы. Малые размеры частиц (0,01-0,1 мм) обуславливают их перенос преимущественно во взвешенном состоянии водой и ветром и, поэтому окатывания их практически не происходит.

Лесс - слабо сцементированная порода желтовато-серого или буровато-серого цвета, обладающая большой пористостью (до 50%). Благодаря межмолекулярным силам частицы кварца, полевых шпатов и других минералов удерживаются вместе – порода не рассыпается, но легко растирается между пальцами. Считается, что образование лессов связано с переотложением выносимых ветром тонких пылеватых частиц из областей пустынь и степей.

Алевролиты - плотные сцементированные породы самой различной окраски (желтоватой, бурой, серой, вишневой, зеленоватой и т.д.). Характерна тонкая горизонтальная слоистость и тонкоплитчатая отдельность. В алевролитах, в отличие от песчаников, отдельные зерна не различимы невооруженным глазом, но на ощупь их поверхность немного шершавая (особенно отчетливо это ощущается, если провести по поверхности породы подушечками пальцев или лизнуть породу языком).

Глинистые породы. Особые свойства пород этой группы обусловлены присутствием больших количеств глинистых минералов - каолинита, монтмориллонита, нонтронита, гидрослюд и др. К глинистым породам относятся глины, аргиллиты и глинистые сланцы. По объему они составляют более половины всех осадочных пород.

Глины - связные, плотные, но не окаменевшие породы. Они обладают высокой пористостью (до 50-60%), легко разбухают, т.е. жадно поглощают воду, увеличиваясь в объеме (до 45%), пластичностью (с водой образуют вязкое тесто, принимающее любую форму и сохраняющее ее при высыхании), связующей способностью (не теряя пластичности, удерживают непластичные вещества), огнеупорностью, кислотоупорностью и другими практически важными качествами. В зависимости от минерального состава глины делятся на каолиновые, монтмориллонитовые, гидрослюдистые, полиминеральные и другие.

Помимо чисто глинистых пород в природе широко распространены суглинки и супеси, представляющие собой смешанные песчано-глинистые породы. Суглинки содержат 30-50% глинистых частиц, а супеси - до 20-30%.

Аргиллиты и глинистые сланцы – затвердевшие (окаменевшие) или слабометаморфизованные глины, имеющие малую пористость, не размокающие в воде, потерявшие пластичность. Окраска их может быть самой различной. Часто наблюдается тонкая слоистость, а в сланцевых аргиллитах – тонкоплитчатая отдельность, параллельная слоистости. Поверхность аргиллитов на ощупь гладкая, если лизнуть породу языком, он слегка прилипает к ней.

Задания. Ознакомившись с образцами учебной коллекции горных пород и методикой работы, студенты (коллективно, разбившись на группы по 2-3 человека, либо индивидуально) выполняют задания по самостоятельному определению структур и текстур терригенных осадочных горных пород:

1.Отобрать из образцов учебной коллекции:

а) крупнообломочные (псефитовые);

б) мелкообломочные (псаммитовые);

в)тонкообломочные (алевритовые и пелитовые).

2. Среди псефитовых пород выбрать конгломераты. Сравнить их с брекчиями.

3. В учебной коллекции найти образцы с различными типами слоистых текстур (горизонтальной, косой, волнистой и т.д).

4. Найти образцы с четкой и градационной слоистостью.

Выполнив эти задания, студенты приступают к самостоятельному определению образцов терригенных осадочных пород (по 1-2 образца по выбору преподавателя).

Оформление работы. Работа выполняется в учебной тетради, где приводятся результаты определения структур и текстур каждого образца и необходимые зарисовки.

Контрольные вопросы

1. Что такое горная порода?

2. На какие две группы горные породы делятся по минеральному составу?

3. Какими понятиями характеризуются особенности строения горной породы?

4. В чем отличие структуры от текстуры?

5. На каких признаках основана классификация горных пород?

6. Назовите основные группы, на которые подразделяются горные породы по происхождению?

7. Какие породы называются осадочными? Приведите примеры.

8. Какие текстуры наиболее характерны для осадочных горных пород?

9. Какие породы называются терригенными? Приведите примеры.

7. Как отличить песчаник от гравелита?

8. Как отличить конгломерат от брекчии?

9. Как отличить аргиллит от глины?

10. Как отличить гальки от гравия?

11. Чем отличаются гравий и дресва?

12. Что такое цемент?

13. Перечислите основные типы цемента по способу заполнения пространства.

14. Может ли цемент составлять более половины объема породы?

Дата добавления: 2015-08-10