Осадочные горные породы
 Скачать 198.32 Kb.
|
|
ОСАДОЧНЫЕ ГОРНЫЕ ПОРОДЫ ОГЛАВЛЕНИЕ ПОНЯТИЕ «ОСАДОЧНЫЕ ГОРНЫЕ ПОРОДЫ» ………………………………..4 ПРОЦЕССЫ ОБРАОВАНИЯ И ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ОСАДОЧНЫХ ГОРНЫХ ПОРОД……………………………………………………………………..4 СОСТАВЛЯЮЩИЕ ОСАДОЧНЫХ ГОРНЫХ ПОРОД…………………………...9 КЛАССИФИКАЦИЯ ОСАДОЧНЫХ ГОРНЫХ ПОРОД………………………….9 ОСНОВНЫЕ ДИАГНОСТИЧЕСКИЕ ПРИЗНАКИ ОСАДОЧНЫХ ГОРЫХ ПОРОД………………………………………………………………………..12 ВИДЫ ОСАДОЧНЫХ ГОРНЫХ ПОРОД…………………………………………...16 ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ…………………………………………………24 3 1. ПОНЯТИЕ «ОСАДОЧНЫЕ ГОРНЫЕ ПОРОДЫ» Осадочные породы - консолидированные или неконсолидированные образования, накапливающиеся на поверхности земной коры (на конти¬нентах и на дне водных бассейнов). Осадочные породы сложены минера¬лами и обломками пород, образовавшимися при механическом разрушении более древних горных пород, а также новыми минералами, которые воз¬никли в зоне гипергенеза. К осадочным породам относят обломочные по¬роды - составляющие, которых транспортируются на место отложения ветром, водой или льдом; хемогенные породы - продукты химического осаждения из растворов; органогенные породы - скопления животных и растительных остатков и производных их жизнедеятельности, а также пи¬рокластические породы - продукты вулканических извержений. Многие полезные ископаемые по своему генезису являются осадочными породами: нефть, уголь, газ, вода, железные и марганцевые руды, бокситы, гипсы и ангидриты, соли, фосфориты, известняки, пески, глины. 2. ПРОЦЕССЫ ОБРАЗОВАНИЯ И ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ОСАДОЧНЫХ ГОРНЫХ ПОРОД Осадочные породы - это продукт преобразования уже существую¬щих, более древних пород (магматических, метаморфических и осадоч¬ных), данные преобразования являются результатом серии природных процессов, протекающих на поверхности земной коры. Процесс образова¬ния осадочных горных пород Н.М. Страхов (1960) назвал литогенезом и выделил в нём пять стадий: гипергенез, седиментогенез, диагенез, катаге¬нез и метагенез. В данном курсе мы рассматриваем только три первые ста¬дии литогенеза (рис. 2.1), т. к. последние две стадии сопряжены со значи¬тельными изменениями осадочных пород и приближают осадочные поро¬ды к метаморфическим. Гипергенез - система физического и химического изменения пород на поверхности земной коры (выветривание, транспортировка, седимента¬ция, рекристаллизация минералов). Основными факторами гипергенеза яв¬ляется рельеф и климат. Породы, расположенные на разных гипсометриче¬ских уровнях и в разных климатических условиях, в различной степени подвержены процессам выветривания. Выветривание - процесс разрушения горных пород под действием экзогенных процессов - физических (воздействие водных потоков, гляци- альное воздействие), биохимических (действие микроорганизмов и хими¬ческих реагентов, растворённых в природных водах и воздухе), атмосфер- 4 ных (ветер, дождь), климатических (перепады ночных и дневных темпера¬тур, сезонные изменения температур, влажность). Процесс выветривания включает разрушение материнских пород с образованием продуктов вы-ветривания, частичный их вынос и перераспределение с образованием стяжений и конкреций, взаимодействие продуктов выветривания с образо-ванием новых минералов, замещение первичных минералов материнских пород продуктами выветривания. В первую очередь из пород, подвергающихся выветриванию, выно¬сятся хлориды и сульфаты, затем при действии углекислоты и воды из си¬ликатов выщелачиваются катионы (Са, Na, Mg, К), затем выносится крем¬незём, что влечёт за собой образование латеритов - остаточных отложе¬ний, обогащённых гидроксидами алюминия и железа. Наиболее распро¬страненные в породах минералы групп полевых шпатов на начальных эта¬пах выветривания переходят в гидрослюды, потом в каолинит и монтмо¬риллонит. Силикаты, вторые по распространённости, трансформируются быстрее, чем полевые шпаты, с образованием хлоритов, гидрослюд, а вслед за тем монтмориллонита и нонтронита. Кварц, следующий за сили¬катами, практически не подвергается процессам выветривания и характе¬ризуется очень высокой устойчивостью, следствием чего является высокая концентрация неизменённого кварца в обломочных породах.  Рис. 2.1. Схематическое изображение первых трёх стадий литогенеза. Процессы выветривания иногда затрагивают глубинные области по-родных образований, находящиеся на значительной глубине от земной по- 5 верхности (до 200 м), что может быть обусловлено существенной трещи-новатостью пород или высоким уровнем подземных вод. Продукты вывет-ривания значительное время могут не подвергаться транспортировке и на-капливаться с образованием кор выветривания. Седиментогенез - транспортировка и осаждение минерального ве-щества. Транспортировка - процесс переноса продуктов разрушения горных пород под действием сил гравитации (с более высоких гипсометрических уровней на более низкие) и кинетической энергии (водных потоков, ветра, ледников). При транспортировке происходит абразия продуктов разруше¬ния, причём крупные частицы истираются с большой скоростью, чем мел¬кие, и менее устойчивые, быстрее, чем прочные. В гористой местности важным фактором переноса обломочного ма-териала являются ледники. При переносе льдами происходит лишь слабая абразия переносимых обломочных частиц, они практически не подверже¬ны сортировке и окатыванию и отлагаются, часто образуя, ледниковые мо¬рены. На суше наибольшее значение для переноса осадков имеют дожде¬вые, талые воды, воды временных потоков и рек. Талые и дождевые воды перемещают осадочный материал на небольшие расстояния от источника сноса, образуя делювиальные отложения; временные потоки и реки пере¬носят осадки на более значительные дистанции, что является причиной лучшей сортировки и окатанности переносимого обломочного материала. Транспортировка осадочного материала речными потоками осуществляет¬ся в виде взвеси, перекатываемого по дну и растворённого в воде. В морских условиях перенос осадочного материала реализуется вол-ноприбойными процессами и водными течениями. Прибрежно-морские отложения имеют лучшую сортировку и окатанность, нежели отложения рек. Осадки, осаждённые на удалении от береговой линии, характеризуют¬ся незначительной окатанностью. В пустынных областях при переносе осадочного материала главную роль играет ветер, здесь схема перемещения обломочных частиц аналогич¬на перемещению в водной среде, т. е. обломочные зёрна перекатываются по субстрату, либо перемещаются во взвешенном состоянии в воздушной среде. Седиментация - процесс механического, химического или биохими-ческого осаждения продуктов денудации (разрушения) горных пород, ор-ганических остатков, пирокластического материала, чаще всего в морских и континентальных бассейнах. При седиментации происходит воздействие на осадок воды, кислорода и бактерий, которые начинают преобразовывать 6 органическое вещество уже на поверхности осадка. Скорость осаждения продуктов денудации зависит от их формы, удельного веса, вязкости среды и количества взвеси. С наименьшей скоростью осаждаются частицы пла-стинчатой и чешуйчатой формы, с одинаковой скоростью осаждаются час¬тицы с одинаковым удельным весом вне зависимости от их размеров. Ско¬рость осаждения частиц повышается при уменьшении вязкости воды и концентрации в ней взвеси. Осадочная механическая дифференциация - геологические процес¬сы, протекающие на поверхности Земли, вызывающие сортировку обло¬мочного материала, в соответствии с его физическими свойствами: плот¬ностью, формой, размерами и т. п. Особенно ярко механическая диффе¬ренциация проявляется при отложении обломочного материала в водных бассейнах (рис. 2.2). Здесь главным сортирующим фактором является гид¬родинамическая активность водной среды, которая проявляется в грануло¬метрической дифференциации поступающего в бассейн материала. Так, в прибрежной зоне с наиболее активной гидродинамикой накапливаются наиболее крупные обломки пород: валуны и галька, глубже происходит накопление обломочного материала песчаной размерности и в самых глу¬боких областях бассейна, где гидродинамическая активность значительно снижена, накапливаются глинистые породы: алевриты и илы. Прямая зависимость между гранулометрическим составом пород и глубиной бассейна не всегда обоснована, т. к. и в прибрежных областях могут встречаться участки, изолированные от действия активной гидродинамики, в которых происходит накопление тонкозернистого материала. Химическое осаждение зависит от действия химических веществ и чаще всего связано с влиянием природных вод, углекислого газа и кислорода. При химическом осаждении может происходить синтез новых минералов вследствие коагуляции различных коллоидных растворов. Биохимическое осаждение продуктов разрушения горных пород происходит в результате жизнедеятельности организмов (бактерии, орга-низмы кальцификаторы, илоеды и т. п.). Активному воздействию организмов подвергаются самые верхние части осадка, т. к. с увеличением глубины количество органических форм резко уменьшается. Бактерии разлагают углеводороды и органические соединения, окисляют сульфиды, превращая их в сульфаты, сульфаты преобразуют в сульфиды и серу, высвобождают из осадков азот и фосфор. Диагенез - химическое и физическое преобразование осадка, осуществляющееся с начала седиментации до окончания литификации. При диагенезе осадки изолированы от среды отложения более молодыми слоями, что обусловливает иные физико-химические условия формирования оса- 7 дочной толщи, нежели при седиментогенезе. Диагенез, как правило, происходит на глубине от нескольких метров до десятков метров от уровня дна бассейна седиментации, при незначительных температурах и давлении. В течение диагенеза начинает увеличиваться давление на осадки со стороны вновь поступающего осадочного материала, возрастает влияние иловых растворов, химический состав которых отличается от химического состава вод бассейна седиментации и характеризуется пониженным значением pH. Процесс диагенеза сопровождается дегидратацией минералов, рекристалли¬зацией, выщелачиванием неустойчивых компонентов осадка, а также це¬ментацией, являющейся результатом образования новых минералов.  Рис. 2.2. Схема механической дифференциации осадков. I - валуны, 2 - галька, 3 - песок, 4 - алевриты и илы Дегидратация - процесс освобождения породы или минерала от вла¬ги в виде кристаллизационной воды. Литификация (консолидация) - процесс, приводящий к затвердеванию рыхлого осадка. Сопровождается рекристаллизацией, цементацией и уплотнением. Рекристаллизация - процесс вторичной кристаллизации без при вноса вещества, преобразование минералов в твёрдом состоянии без изменения их химического состава. Рекристаллизации наиболее подвержены тонкозернистые, глинистые, кремнистые, карбонатные и соляные отложения. Цементация - один из процессов литификации осадков, означающий кристаллизацию цемента в пустотах. Уплотнение - уменьшение объёма и увеличение плотности осадка под влиянием давления выше залегающих горных пород. Уплотнение приводит к уменьшению пористости осадка и вытеснению из него воды, вызывает изменение расположения зёрен в осадке, сдавливание органических 8 остатков, сланцеватость. К процессам диагенеза относят также кальцитизацию, доломитиза¬цию, сидеритизацию, силификацию, глауконитизацию, каолинитизацию, фосфатизацию и др. 3. СОСТАВЛЯЮЩИЕ ОСАДОЧНЫХ ГОРНЫХ ПОРОД Осадочные горные породы являются совокупностью обломков и ми-нералов более древних пород, а также новообразованных минералов, эти составляющие могут быть представлены различными по своей морфологии и генезису образованиями. Прежде всего, компоненты осадочных горных пород подразделяются на аутогенные и аллотигенные. Аутигенная составляющая - составляющая породы, возникшая в момент её образования и на ранних стадиях преобразований, например при перекристаллизации. Аллотигенная составляющая — посторонняя составляющая, проис-ходящая из другого места по сравнению с породой. Биокласты - органогенные обломки, состоящие главным образом из карбонатов. Органические остатки - остатки организмов находящиеся в поло-жении роста in situ (на месте), неповреждённые органические остатки, сле¬ды и продукты жизнедеятельности организмов. Литокласт (интракласт) - обломок консолидированной осадочной породы. Ооид (оолит) - шарообразное зерно концентрически-зонального или радиально-лучистого строения, состоящее из обломочного ядра и концен-трических оболочек, диаметром до 2 мм. Пизолит (пизоид) - ооид, диаметром более 2 мм. Пирокласты (от греч. «пирос» - огонь, «кластикос» - обломочный) - обломки вулканических и иных пород и фрагменты лавы, выброшенные из кратера при взрыве. Цемент - связующее вещество осадочных горных пород. 4. КЛАССИФИКАЦИИ ОСАДОЧНЫХ ГОРНЫХ ПОРОД Классификации осадочных пород имеют разную направленность и могут быть основаны на различных признаках: например, генезис, петро-графический состав, гранулометрический состав и др. Наука об осадочных породах обособилась как отдельная дисциплина на рубеже IXX - XX веков, и в этот период стали появляться первые систематизированные классифи- 9 кацйонные схемы. Одними из первых были классификации А. А. Ино- странцева (1885), М. Неймара (1896), А. Грабау (1904). Также к ранним классификациям можно отнести схемы созданные Г. Розенбушем (1923) и У. Твенгофелом (1925). Наибольшую практическую востребованность в геологии нашей страны получили более поздние обобщённые классификации М. С. Швецова (1964), Л. Б. Рухина (1961), Ф. Петтиджона (1949). В зависимости от генезиса составляющих осадочных горных пород среди них выделяют обломочные породы, хемогенные породы, органогенные породы и пирокластические породы. Обломочные (пластические) породы - сложены в основном литокластами, биокластами или аллохтонными зёрнами минералов. Эти породы образуются в результате механической деструкции более древних горных пород. Обломочные породы чаще всего классифицируют, основываясь на размере зёрен. Существует несколько классификаций обломочных пород по гранулометрическому составу (величине зёрен) различных авторов: классификации А. Кайё (A. Cailleaux, 1950), Л. Рухина (1953), Ф. Петтиджона и др. (F. Pettijohn et al, 1972) и др. В зависимости от размера зёрен среди обломочных пород выделяются: псефиты, псаммиты, алевриты и пелиты. Также обломочные породы разделяют в зависимости от присутствия или отсутствия цемента на плотные (связанные) и рыхлые; по петрографическому составу обломочные породы разделяются на однокомпонентные (мономиктовые) и многокомпонентные (полимиктовые). Псефиты (от греческого psephos - камешек, галька - грубообломочные породы) - кластические породы с величиной обломков от гравийной (2-10 мм) до глыбовой размерности (10 - 100 см). Общей особенностью псефитов является то, что они представляют собой начальные продукты разрушения других пород, с образования которых начинается процесс осадочной дифференциации вещества. Псаммиты (от греческого psammos - песок) - кластические осадки, состоящие более чем на 60 % из зёрен диаметром 0.05 - 2 мм. Песчаные породы разделяются в зависимости от минералогического и гранулометрического состава обломочных зёрен, их соотношений, структуры и состава цемента. Песчаные породы могут быть рыхлыми - пески, и сцементированными - песчаники. На плотность породы влияние оказывает форма обломочных компонентов, которая зависит от их физических свойств, первоначальной формы в материнской породе, условий деструкции материнской породы, условий транспортировки, седиментации и диагенеза. По минеральному составу псаммиты делятся на мономинеральные - сложенные одним видом минералов (кварцевые, глауконитовые пески и песчаники), олигомиктовые - сло- 10 женные одним видом минералов с незначительной примесью других состав-ляющих (кварцево-полевошпатовые, глауконитово-кварцевые) и полимине- ральные - состоящие из двух и более основных минералов (аркозы, граувак- ки). Принято гранулометрическое подразделение псаммитов на пять классов: грубозернистые 2 - 1 мм, крупнозернистые 1,0 - 0,5 мм, среднезернистые 0,5 - 0,25 мм, мелкозернистые 0,25 - 0,10 мм, тонкозернистые 0,10 - 0,05 мм. Алевриты и алевролиты (от греческого aleuron - мука) - осадки и тер- ригенные горные породы, состоящие более чем на 50 % из частиц пыли, размером 0,05 - 0,005 мм. Алевриты - это рыхлые разности, алевролиты - сцементированные породы. Алевритовые породы очень широко распро-странены и встречаются практически во всех песчано-глинистых толщах в виде пластов и прослоев, их особенностью является практически мономине- ральный состав обломков и в большинстве случаев наличие тонкой гори-зонтальной слоистости. Подразделение алевритовых пород осуществляется по тем же принципам, что и песчаных. Пелиты (от греческого pelos - грязь, ил) - кластические породы с ве-личиной зёрен, равной диаметру зёрен глины, т. е. состоящие более чем на 50 % из частиц, размером менее 0,005 мм. Пелиты образуются при накоп¬лении на месте (в коре выветривания) продуктов разрушения материнских пород или в результате отложения в бассейнах седиментации с низкой гидродинамической активностью глинистых продуктов выветривания. Классификацию пелитов производят в зависимости от степени их цемен¬тации (аргиллиты, глины) и состава главных минералов. Хемогенные породы - породы, образованные при химической седи-ментации, которая сопровождается растворением минералов исходных по¬род и последующем образованием новых. Среди хемогенных пород выде¬ляют несколько групп: галогенные породы - осаждённые из насыщенных растворов, состоящих из минеральных солей (хлористых, сульфатов Na, К, Са, Mg, карбонатов, боратов, нитратов): гипсы, ангидриты, соли; желези¬стые породы (ферролиты) - осадочные породы различного химического состава, содержащие более 15 % связанного железа: глаукониты, бурые железняки и т. п.; алюминиевые породы (аллиты) - породы, более чем на¬половину состоящие из глинозёмных минералов (гиббсит, бёмит, диаспор, корунд): бокситы; фосфатные породы - образованы минералами группы апатита. Органогенные породы - породы, образованные органическими ос-татками (кораллы, раковины и т. п.), либо продуктами жизнедеятельности организмов. Органогенные породы можно разделить на три группы: кар-бонатные органогенные породы, главными минералами которых является кальцит, доломит или арагонит; кремневые органогенные породы, преоб- 11 ладающим минералом которых является кремний или преобладающими составляющими являются организмы с кремневым скелетом (губки, радиолярии) и каустобиолиты - горючие породы, образованные в основном растительными остатками, такие как угли, торф и т. п. Пирокластические породы - продукты консолидированных пирок-ластических материалов, т. е. обломочных частиц, образованных при деструкции магмы (лавы). Вещественный состав пирокластического материала определяется минералогическим составом изливавшейся магмы. Степень сортировки пирокластов в осадках часто низкая и повышается в сторону удаления от центра извержения. В результате цементирования вулканических бомб, вулканического стекла, шлаков и пепла образуются породы, состоящие из совокупности пирокластического и терригенного материала - конгломераты туфовые, пирокластические брекчии, туфы и др. Пирокластические породы, могут обладать признаками, как осадочных пород, так и эффузивных. Они залегают среди эффузивных или осадочных отложений в виде прослоев, линз и пластов незначительной мощности, максимальная мощность которых указывает на непосредственную близость к очагу извержения. Основным классификационным параметром, по которому происходит разделение пирокластических пород, является количество пирокластического материала. |