ЭКОЛОГО-ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ
"ЭКОМОНИТОРИНГ"
СРЕДНЕУРАЛЬСКАЯ ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ЭКСПЕДИЦИЯ
|
620014
г.Екатеринбург ул.Вайнера, 55 (Уралнедра), каб. 513 |
тел. 257-20-06, 219-39-08 факс 257-20-06 |
|
|
|
3. Горные породы Горные
породы представляют естественные минеральные агрегаты, образующиеся в земной
коре или на ее поверхности в ходе различных геологических процессов. Основную
массу горных пород слагают породообразующие минералы, состав и строение
которых отражают условия образования пород. Кроме этих минералов в породах
могут присутствовать и другие, более редкие (акцессорные) минералы, состав и
количество которых в породах непостоянны. Если
горная порода представляет агрегат одного минерала, она называется
мономинеральной. К таким породам относятся, например, мраморы, кварциты.
Первые представляют агрегат кристаллических зерен кальцита, вторые - кварца.
Если в породу входит несколько минералов, она называется полиминеральной. В
качестве примера таких пород можно назвать граниты, состоящие из кварца,
калиевого полевого шпата, кислого плагиоклаза, а также темноцветных -
биотита, роговой обманки, реже авгита. В
основу классификации горных пород положен генетический признак. По
происхождению выделяют: 1)
магматические, или изверженные, горные породы, связанные с застыванием в
различных условиях силикатного расплава - магмы и лавы; 2)
осадочные горные породы, образующиеся на поверхности в результате
деятельности различных экзогенных факторов; 3)
метаморфические горные породы, возникающие при переработке магматических,
осадочных, а также ранее образованных метаморфических пород в глубинных
условиях при воздействии высоких температур и давления, а также различных
жидких и газообразных веществ (флюидов), поднимающихся с глубины. Магматические
горные породы наряду с метаморфическими слагают основную массу земной коры,
но области их распространения на современной поверхности материков
сравнительно невелики. В земной коре они образуют тела разнообразной формы и
размеров, так называемые структурные формы, состав и строение которых зависят
от химического состава исходной для данной породы магмы и условий ее
застывания. В основе классификации магматических горных пород лежит их
химический состав. Учитывается, прежде всего, содержание оксида кремния, по
которому магматические породы условно делят на четыре группы кислотности:
ультраосновные породы, содержащие более 45% кремнезема (SiO2),
основные - 45-52, средние - 52-65 и кислые - более 65% (табл. 3.1).
Химический состав может быть определен лишь при лабораторных исследованиях.
Однако минеральный состав отражает химический и может быть использован для
выяснения группы кислотности. Породообразующими минералами магматических
пород являются минералы класса силикатов: кварц, полевые шпаты, слюды, амфиболы,
пироксены, которые в сумме составляют около 93% всех входящих в магматические
породы минералов, затем оливин, некоторые другие силикаты и около 1%
минералов других классов. Соотношение цветных и светлых минералов
обусловливает светлую окраску кислых пород, более темную - основных и черную
- ультраосновных. С этим же связано увеличение плотности пород от кислых
(2,58) к ультраосновным (до 3,4). В
зависимости от условий, в которых происходило застывание магмы, магматические
породы делят на ряд групп: породы глубинные, или интрузивные, образовавшиеся
при застывании магмы на глубине, и породы излившиеся, или эффузивные,
связанные с застыванием магмы, излившейся на поверхность, т.е. лавы. Среди
интрузивных пород выделяют ряд разновидностей по глубине застывания магмы, а
также жильные породы, связанные с застыванием магмы в трещинах. К
вулканическим породам кроме излившихся относятся пирокластические,
представляющие скопление выброшенного при вулканических взрывах и осевшего на
поверхность материала - куски застывшей в воздухе лавы, обломки минералов и
пород. Физико-химические
условия застывания магмы на глубине и лавы на поверхности различны,
соответственно различны и образующиеся при этом породы. Наиболее резко это
выражается в структуре пород. На глубине при медленном застывании магмы в
условиях постепенного снижения температуры и давления, в присутствии летучих
компонентов, способствующих кристаллизации, образуются породы с
полнокристаллической структурой. Размеры кристаллических зерен зависят от
свойств магмы, режима охлаждения, скорости кристаллизации. Излившаяся на
поверхность лава попадает в иные условия температуры и давления, теряет
растворенные в ней газы и застывает или в виде аморфной массы, имеющей
стекловатую структуру, или образует микрокристаллическую массу. У излившихся
пород встречается также порфировая структура, кристаллические вкрапленники
которой и основная некристаллическая масса возникли в разных условиях и
разновременно. Таблица 3.1 Наиболее
распространенные магматические горные породы нормального ряда
Строение
горных пород характеризуется структурой и текстурой. Структура определяется
состоянием минерального вещества, слагающего породу (кристаллическое, аморфное,
обломочное), размером и формой кристаллических зерен или обломков, входящих в
ее состав, их взаимоотношениями. Если порода целиком состоит из
кристаллических зерен, выделяют полнокристаллическую структуру. При резком
преобладании нераскристаллизовавшейся массы говорят о стекловатой или
аморфной структуре. Если в стекловатую массу вкраплены кристаллические зерна
(порфировые вкрапленники), структуру называют порфировой. Если крупные
кристаллические зерна вкраплены также в кристаллическую, но более мелкозернистую
массу, структура называется порфировидной. Когда порода состоит из каких-либо
обломков, говорят об обломочной структуре. Кристаллическая
и обломочная структуры подразделяются по величине зерен и обломков. Так,
среди кристаллических структур выделяют крупнозернистые, с диаметром зерен
более 5 мм, среднезернистые, с зернами от 5 до 2 мм в поперечнике,
мелкозернистые с диаметром зерен менее 2 мм. В тех случаях, когда порода
состоит из очень мелких, не различимых невооруженным глазом кристаллических
зерен, ее структура определяется как афанитовая,
или скрытокристаллическая. При более или менее одинаковых размерах зерен
породы говорят о равномернозернистой структуре, в
противном случае - о неравномернозернистой. Интрузивные
породы обладают массивной текстурой, характеризующейся отсутствием
ориентировки минеральных зерен. Реже встречается ориентированная текстура,
отражающая движение магмы в процессе застывания, а также результат ее
гравитационной дифференциации. В эффузивных породах ориентированная текстура
возникает чаще. При этом кристаллические зерна, струи стекла, пустоты
располагаются упорядоченно по направлению течения потока лавы и породы
приобретают флюидальную текстуру. Для них характерна также пористая текстура,
отражающая процесс выделения газов при застывании лавы. Определение
эффузивных пород по минеральному составу сильно затруднено главным образом
тем, что значительная их часть состоит из нераскристаллизовавшегося
вулканического стекла, для которого можно говорить лишь о химическом составе.
Определение таких пород также затрудняют и более поздние их изменения. В
случае порфировой структуры эффузивных пород пользуются терминами порфир,
если кристаллические вкрапленники представлены преимущественно калиевыми
полевыми шпатами, и порфирит, если во вкрапленниках преобладают плагиоклазы. По
отношению кремнезема (SiO2) и щелочей (K2O, Na2O)
выделяют нормальный ряд пород, характеризующийся относительно малым
содержанием щелочей, и щелочной ряд с повышенным их содержанием. В земной
коре преобладают породы нормального ряда. Магматические
горные породы характеризуются определенной структурой и текстурой. Под
структурой понимают строение породы, обусловленное формой и размером
слагающих ее минералов. Структура пород характеризует условия их образования.
Наиболее распространенные следующие виды структур: кристаллическая,
зернистая, стекловатая и порфировая (рис. 3.1). Кристаллическая и зернистая
(полнокристаллические) структуры характеризуют породы, основная масса которых
сложена кристаллами и зернами минералов. Глубинные породы, как правило, имеют
равномернозернистые структуры с хорошо видимыми
невооруженным глазом зернами. Полнокристаллические структуры бывают равномернозернистыми и порфировидными. Равномернозернистыми называются структуры, при которых кристаллы,
входящие в породу, имеют примерно одинаковые размеры. Она может быть
крупнозернистой (размеры зерен составляют 10-30 мм), среднезернистой (размеры
зерен - 3-1 мм) и мелкозернистой (размеры зерен - менее 1 мм). Порфировидной
называют такую полнокристаллическую структуру, при которой основная масса
кристаллов в породе имеет незначительные размеры, а среди них расположены
крупные кристаллы. Считают, что такая структура сформировалась за счет разной
температуры кристаллизации расплава. В первую очередь «застыли» крупные
кристаллы, а во вторую очередь остыли мелкие зерна. Стекловатая (афанитовая) структура свойственна породам, образовавшимся
при остывании лавы, вышедшей на поверхность Земли, к примеру, вулканическое
стекло. Под порфировой структурой понимают сложение минералов разных
размеров: например, на фоне мелкозернистых минералов или стекловатой массы
четко видны отдельные включения крупных зерен, так называемые порфировые
вкрапления.
Рис. 3.1 Виды
структур магматических пород: 1 - кристаллическая; 2 - равномернозернистая;
3 - стекловатая; 4а - порфировая; 4б - порфировидная Под
текстурой (сложение породы) понимают порядок расположения составных частей
породы и ее плотность. Массивная или сплошная текстура характеризует породы,
образовавшиеся на больших глубинах, зерна однородных минералов в них
расположены в беспорядке, но прилегают плотно друг к другу. Сланцеватая
текстура характеризует магматические породы, сложенные тонкими пластинками.
Миндалевидную текстуру имеют магматические породы, в которых присутствуют
включения овальной формы. Эти включения заполнены минералами, отличающимися
от основной породы. Флюидальная
текстура выделяется для излившихся пород. Она сохраняет в породе признаки
текучести лавы, быстро застывшей в поверхностных условиях. Магматические
породы отличаются по прочности. Так, наиболее прочными являются мелкокристаллические
и равномерные структуры и массивные текстуры; менее прочные порфировые и
стекловатые структуры. Среди текстур магматических пород различают массивную,
сланцеватую, миндалевидную, флюидальную и др. (рис. 3.2).
Рис. 3.2
Текстуры магматических пород: 1 - массивная; 2 - сланцеватая; 3 -
миндалевидная; 4 - флюидальная Метаморфические
породы. Выше было сказано, что метаморфические породы образовались из пород
всех групп при их изменении, вызванном высокой температурой и давлением
(табл. 3.2). Минеральный состав метаморфических пород разнообразен: они
состоят из минералов группы силикатов, алюмосиликатов, карбонатов.
Характерным для них являются тальк, хлорит, различные плагиоклазы. Таблица 3.2. Классификация
метаморфических пород (по А.И. Заварицкому)
Метаморфические
породы имеют полнокристаллическое строение, поэтому часто их называют кристаллическими
сланцами. К ним относятся гнейсы, слюдяные сланцы, хлоритовые сланцы,
тальковые сланцы, филлиты и др., а такие породы, как мрамор или кварциты,
обладают зернистым строением. Наибольшим распространением в метаморфических
породах пользуются листоватые минералы, которые
обуславливают сланцеватую текстуру пород. Если в метаморфической породе
наблюдается чередование различных минералов, говорят о полосчатой текстуре.
Встречаются также массивная и очковая текстура. Гнейсы
- кристаллические светлоокрашенные сланцеватые породы. Они имеют полосчатую
текстуру и зернистую структуру. Состоят преимущественно из кварца, слюды
(мусковита и биотита) и полевых шпатов. Меньшая роль принадлежит амфиболам и
пироксенам. Гнейс внешне очень напоминает гранит, от которого отличается
сланцеватым строением (у гранита - зернистое). Гнейсы используются для
изготовления щебня, плит. Распространены они широко в Карелии, Сибири,
Средней Азии, на Урале, Кавказе и в др. местах. Слюдяные
сланцы. Светлые, блестящие от обилия золотистых кристалликов мусковита.
Главными минералами породы являются кварц и слюда (мусковит и реже биотит).
По преобладающему минералу различают сланцы: слюдяные - листоватые;
тальковые - белые или светло-зеленые, жирные на ощупь; роговообманковые -
черные, игольчатые; графитовые - темно-серые, мягкие (оставляют черту на
бумаге). Слюдяные сланцы очень похожи на гнейсы, от последних отличаются
отсутствием полевых шпатов. Слюдяные сланцы имеют ярко выраженную сланцеватую
текстуру. Применяются они так же, как биотит и мусковит в
электропромышленности. Добывают на Урале, в Сибири, Карелии. Хлоритовый
сланец характеризуется сланцеватым строением, легко раскалывается, зеленого
цвета. В основном сложен чешуйчатыми агрегатами хлорита. Твердость сланцев
невысокая (2). Тальковые
сланцы состоят из одного минерала талька. Очень мягкий, твердость 1-1,5. На
ощупь жирные, бледно-зеленого цвета. Они образуются в результате
гидротермального изменения серпентина и магнезиальных пород. Применение такое
же, что и талька. Филлиты
или глинисто-слюдяные сланцы в основном сложены тонкими чешуйками серицита
(мусковита), в большинстве случаев имеют светлую окраску, но бывает и
зеленоватая, красноватая, черная и фиолетовая, для филлита характерна
блестящая поверхность сланцеватости, напоминает внешне глинистый сланец.
Много филлитов на Урале, в Сибири, в Карелии и др. районах. Мрамор
бурно вскипает при действии соляной кислоты. Имеет мелко-, средне-,
крупнокристаллическое и зернистое строение, твердость 3-3,5, цвет разный:
белый, серый, зеленый, красный, черный. Характерна мозаичная окраска. Мраморы
являются строительным материалом, а также из него делают скульптуры,
памятники, кубки и настольные приборы. Мраморы добывают на Урале, Алтае, в
Карелии. За рубежом крупные месторождения мраморов известны в Италии и
Греции. Кварциты
обладают мелкокристаллической и зернистой структурой, массивным строением,
сложены в основном кварцем. По внешнему виду напоминают мрамор. Отличаются от
мрамора большей твердостью и тем, что не реагируют с соляной кислотой.
Кварциты выдерживают высокие температуры, им не страшны кислоты и газы,
поэтому они нашли применение как огнеупоры и в химической промышленности, а
также их используют как строительный и облицовочный материал. Осадочные
породы. Осадочные породы покрывают три четверти суши планеты, и лишь одна
часть занята магматическими и метаморфическими породами. Значение осадочных
пород велико. В них сосредоточены почти все месторождения нефти, газа, угля и
многие другие полезные ископаемые. В осадочных породах хорошо сохранились
остатки вымерших организмов, по которым можно определить возраст осадков и
проследить историю развития различных уголков Земли. Осадочные породы по
происхождению делятся на четыре группы: обломочные (кластические),
глинистые, органогенные. Сложение
(текстура) осадочных пород может быть как плотной, так и рыхлой. Породам
свойственны разные типы слоистости, трещиноватость, знаки ряби (рис. 3.3,
3.4, 3.5).
Рис. 3.3
Примеры косой (а) и перекрестной (б) слоистости в речных отложениях
(по Л.Б. Рухину)
Рис. 3.4
Текстуры осадочных пород: 1 - трещиноватость; 2 - знаки ряби,
образованные водным движением (а), эоловые знаки ряби (б) Выделяются
породы с кристаллической, зернистой и органогенной структурой (порода состоит
из окаменелых раковин или их обломков).
Рис. 3.5
Структуры осадочных пород: 1 - кристаллическая; 2 - зернистая; 3 -
органогенная Обломочные
породы. Образовались они из продуктов разрушения ранее существовавших пород.
Таковы валуны, галька, гравий, песок и др. По величине обломков кластические породы подразделяются на следующие группы:
крупнообломочные (псефиты), диаметр обломков более
2 мм; среднеобломочные (псамиты), диаметр обломков
от 2 до 0,10 мм и пылеватые, или глины, размер обломков от 0,01 до 0,001 мм. Характерными
примерами обломочных пород являются конгломераты, песчаники и алевролиты.
Конгломерат - крупнообломочная порода, состоящая из сцементированных
скатанных обломков горных пород (галек, гравия, валунов). Обломки в
конгломерате обычно округлые, они отличаются от остроугольных обломков в
брекчии (рис. 3.6). Цвет конгломератов разный. Скопления
обломков пород размером от 0,1 до 2 мм называются песком. Песок - это
продукты разрушения каких-либо ранее существовавших пород.
Рис. 3.6
Грубообломочные породы: брекчии (1) и конгломерат (2) Сцементированные
пески образуют песчаники. Окраска песчаников различная. В зависимости от
размера зерен песчаники делятся на грубо- и крупнозернистые (размер зерен от
2 до 0,5 мм), среднезернистые - размер зерен от 0,2 до 0,5 мм и
мелкозернистые - зерна размером от 0,2 до 0,1 мм. Сцементированные
обломки размером от 0,01 до 0,1 мм образуют породу, называемую алевролитом.
Примером алевролитовой породы являются лессы. Лессы состоят на 50% из
кварцевых зерен, глины - 30% ; кальцита - до 20%. Для лессов характерно
землистое строение. Они имеют светло-бурый цвет и характерную реакцию с
соляной кислотой. В них много мелких округлых пустот размером в несколько
миллиметров, которые придают породе легкость. Лессы широко развиты в Сев.
Китае, Средней Азии, Сибири. Глинистые
породы (пелиты). К глинистым породам относятся
глины, аргиллиты и глинистые сланцы. Глинистые породы являются продуктом
механического и химического разрушения коренных пород и последующего переноса
и осаждения на дне морей, озер и рек. Глины состоят из мельчайших минеральных
частиц, размер которых менее 0,01 мм. Минеральный состав глин различен.
Чистые глины встречаются очень редко. Типичные минералы глин - каолинит,
монтмориллонит и гидрослюды. Кроме того, в каждой глине встречаются зерна
кварца, полевых шпатов и другие минералы. По цвету выделяются бурые, красные,
желтые, белые, серые, голубые, черные и другие. Глины являются важнейшим
полезным ископаемым. Аргиллиты
- твердые, сцементированные кремнеземом глинистые породы. Крупные
месторождения аргиллитов имеются в Небит-Даге (Туркмения). Глинистые сланцы -
это те же аргиллиты, но они имеют плитчатое строение и легко разделяются по
плоскостям на плитки толщиной 10-20 мм. Для глинистых пород характерен кливаж
- образование пластин различной толщины при тектонических напряжениях. Хемогенные
и органогенные породы. Горные породы химического и органического
происхождения играют большую роль в формировании литосферы Земли. Образуются
они в основном в море и в меньшей мере на континенте. Это известняки,
доломиты, туфы, соль, торф, горючие сланцы, уголь, нефть и другие. Известковый
туф состоит из кальцита. Он пористый, светло-серого цвета. Бурно вскипает при
действии разбавленной соляной кислоты. Образуется известковый туф только на
континенте, у выходов источников, богатых растворенным кальцием. У него есть
разновидность - травертин, или плотный известковый туф. Встречается в
пещерах, образуя сталактиты и сталагмиты. Используется как облицовочный
материал. Травертин широко распространен в странах Средиземноморья. Кремнистые
туфы состоят преимущественно из кремнезема в виде твердых и пористых масс.
Образуются путем выпадения аморфного кремнезема из воды горячих источников.
Они обладают большой твердостью - царапают стекло и не реагируют с соляной
кислотой. Используются кремнистые туфы как строительный материал. Кремнистые
туфы часто встречаются на Камчатке, за рубежом в Йеллоустонском
парке (США) и в Испании. Среди
кремнистых пород органического происхождения широко распространены опоки и
диатомиты. Опока - кремнистая, плотная, пористая порода белого цвета, часто с
раковистым изломом, издает звенящий звук при ударе. Состоит из зернышек опала
с редкими включениями органогенных остатков. Диатомиты сложены из опаловых
скорлупок диатомовых водорослей, скелетов радиолярий и игл губок. Это рыхлые
и довольно пористые породы. Используются в качестве фильтров и для получения
стекла. Известняк
многим знаком. Сложен он в основном минералами кальцита. Это плотная и
трещиноватая порода белого, серого, розового цвета. Содержит целые формы или
обломки органических остатков. Если породу слагают ракушки, то она называется
известняк-ракушечник. В теплых морях типичны рифовые постройки кораллов, из
которых образуются рифовые известняки. Помимо органогенных, распространены
известняки химического и смешанного происхождения. Известняки распространены
очень широко. Месторождения их известны в европейской части России и Сибири.
Используются они в основном в качестве строительного материала. Из
ракушечника построены целые города в Крыму и на Украине - Севастополь,
Симферополь, Одесса. |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
