Минеральный состав горных пород
Г. 1ПРПИ-20 (заочное)
Лекция 3. ОСНОВЫ ПЕТРОГРАФИИ
1. Горные породы, генезис, классификация
2. Минеральный состав горных пород
3. Структура и текстура горных пород
4.Магматические горные породы
5. Осадочные горные породы
6. Метаморфические горные породы
Горные породы, генезис, классификация
На протяжении своего существования Земля прошла длинный ряд непрерывных изменений. Они вызываются процессами различными по скорости, по масштабности и по источникам энергии. Эти процессы перемещения вещества, видоизменяющие земную кору и поверхность Земли, называются геологическими или геодинамическими.
Эндогенными процессами называются такие геологические процессы, происхождение которых связано с глубокими недрами Земли. В недрах Земли
под внешними ее оболочками происходят сложные физико-механические и физико-химические преобразования вещества, в результате которых возникают мощные силы, воздействующие на земную кору, за счет которых они преобразуют ее. Эндогенные процессы коренным образом меняют характер земной коры и, в частности, ее поверхности; они приводят к созданию основных форм рельефа поверхности Земли – горных стран и отдельных возвышенностей, огромных впадин – вместилищ океанической и морской воды и др.
Основными внутренними источниками энергии Земли являются: гравитационная дифференциация, ротационные (вращательные) силы, радиоактивный распад, химические и фазовые превращения, происходящие в недрах. Процессы, вызванные этими источниками энергии, называются эндогенными или процессами внутренней динамики. К ним относят:
|
|
|
1. тектонические движения (колебательные и горообразовательные);
2. магматизм;
3. метаморфизм;
4. землетрясения;
Вторая группа процессов вызвана внешними источниками энергии и проявляется на поверхности Земли и их называют экзогенными. Это солнечная энергия и гравитация, перемещения водных и воздушных масс, влияние различных растительных и животных организмов, их воздействие на горные породы и минералы. Такие процессы называются экзогеннымиили процессами внешней динамики. К ним относят:
1. выветривание;
2. влияние текучих поверхностных и подземных вод;
3. влияние ледников и водно-ледниковых потоков;
4. процессы в мерзлой зоне литосферы;
5. влияние морей и океанов, озер и болот;
6. гравитационные процессы;
7. деятельность человека (техногенез).
Эндогенные и экзогенные процессы действуют одновременно и тесно связаны друг с другом (рис. 1).
Рис 2. Происхождение горных пород.
|
|
|
Горными породами называются закономерные устойчивые ассоциации минералов и иных веществ, слагающие большие объемы земной коры. По минеральному составу выделяются мономинеральные и полиминеральные породы, т.е. состоящие преимущественно из одного минерала (известняки, кварциты) или из нескольких (граниты, гнейсы). Главные, породообразующие минералы составляют основную часть пород. Количество каждого из главных минералов должно быть более 5%, их присутствие определяет тип горной породы. По химическому составу они разделяются на мафические — темноцветные, содержащие много магния и железа, и сиалические - светлые, содержащие много кремния и алюминия.
Классификация. Состав. В настоящее время известно около тысячи видов горных пород. По условиям образования (генезису) их разделяют на три класса: 1. магматические или изверженные, образованные при охлаждении в недрах Земли или на ее поверхности магмы, т. е. силикатных расплавов; 2. осадочные, образованные на поверхности Земли в результате накопления и преобразования продуктов разрушения ранее возникших горных пород, остатков организмов и продуктов их жизнедеятельности; 3. метаморфические, образованные на больших глубинах за счет изменения осадочных и магматических пород под действием высокой температуры и большого давления, под влиянием газообразных веществ, выделяющихся из магмы, и т. д.
|
|
|
Рис 3. Классификация горных пород по типу образования
Минеральный состав горных пород
Химический состав магматических пород можно выразить в основном содержанием оксидов кремния, алюминия, железа, магния, кальция, натрия, калия, водорода. Важнейшими составными частями магматических пород — минералами являются кварц и силикаты.
Осадочные породы делятся по способу образования на три группы: обломочные; химические; органогенные. Химический и минералогический состав осадочных пород более разнообразен, чем магматических. Наряду с минералами исходных «материнских» пород они могут включать и ряд других, образованных при осаждении.
Среди метаморфических выделяют две группы пород: измененные магматические (гнейсы) и измененные осадочные (например, кварцит, глинистые сланцы и др.). В процессе преобразования или метаморфизма химико-минералогический состав горных пород в зависимости от действующих значений температуры и давления претерпевает определенные изменения.
|
|
|
3. Структура и текстура горных пород.
Структура и текстура являются главнейшими признаками пород, характеризующими их происхождение. Под структурой понимают размеры и форму слагающих породу зерен минералов, стекла и т.д. (крупнокристаллическая, органогенная). Структура отражает строение минерального агрегата, характеризуемое: а) степенью кристалличности, б) абсолютной величиной входящих в агрегат элементов (минералов в нашем случае), в) относительной величиной минералов, г) формой минералов, д) степенью огранки минералов, зависящей от взаимного влияния входящих в агрегат элементов и от способности приобретать в разных условиях более или менее правильную огранку.
Структура - это та сторона строения, которая выражает зернистость породы и определяется ею, т.е. это размер, форма и взаимоотношение зерен, а текстура - та сторона строения, которая выражается расположением зерен и определяется им, т.е. это слоистое или неслоистое расположение зерен и степень сближенности, или сгруженности, зерен.
Под текстурой понимают взаимоотношения частей породы между собой. Текстура есть сложение минерального агрегата, обусловленное способом заполнения им пространства. Одной из наиболее распространенных текстур является массивная, она же однородная, хаотичная, изотропная.
Рис. 4
Магматические горные породы
Магматические породы образуются, путем кристаллизации магматического расплава. В зависимости от того, на какой глубине происходит этот процесс, среди магматических пород выделяют:
Интрузивные (лат. "интрузио" - проникаю, внедрять) (глубинные, абиссальные), которые кристаллизуются на больших глубинах в толще земной коры среди других горных пород. Интрузивные горные породы формируются в условиях медленного понижения температуры при высоком всестороннем давлении в глубинах земной коры, вследствие чего обладают полнокристаллической, крупнозернистой структурой;
Субвулканические и жильные (полуглубинные, гипабиссальные), формирующиеся ближе к поверхности земли, при более быстрых снижениях температуры в условиях более низкого давления;
Эффузивные (лат. "эффузио" - излияние) (излившиеся, вулканические), застывшие на дневной поверхности в результате излияния магмы в виде лавы при вулканических извержениях. Эффузивные горные породы вследствие быстрого застывания обычно мелкозернисты и частично, а иногда полностью состоят из стекла. Часто в них встречаются более крупные кристаллы вкрапленники.
Помимо генезиса, магматические горные породы различаются по условиям залегания, химическому и минеральному составу, текстуре и структуре.
Рис. 5
Генезис магматических горных пород.
Магма (греч.— месиво, густая мазь) представляет собой природный, чаще всего силикатный, огненно-жидкий расплав, возникающий в коре или в верхней мантии и при остывании дающий магматические горные породы (рис. 2). 
В магме содержатся практически все химические элементы таблицы Менделеева, среди которых: Si, А1, Fе, Са, Мg, К, Ti, Na, а также различные летучие компоненты (окислы углерода, сероводород, водород, фтор, хлор и др.) и парообразная вода. Летучие компоненты при кристаллизации магмы на глубине частично входят в состав различных минералов (амфиболов, слюд и прочих). В редких случаях отмечаются магматические расплавы несиликатного состава, например щёлочно-карбонатного (вулканы Восточной Африки) или сульфидного. По мере продвижения магмы вверх, количество летучих компонентов сокращается. Дегазированная магма, излившаяся на поверхность, называется лавой.
В зависимости от характера движения магмы и места ее различают два типа магматизма: интрузивный и эффузивный. В первом случае магма остывает и кристаллизуется на глубине, в недрах Земли, во втором — на земной поверхности. 
Излившаяся на поверхность магма образует различные эффузивные тела, среди которых выделяются: лавовый покров, лавовый поток, некк (жерловина), вулканический (экструзивный) купол (пик, игла) и диатрема (трубка взрыва), вулканический конус, стратовулкан, щитовидный вулкан.
Химический состав.
Разнообразие горных пород объясняется процессами дифференциации магмы. Дифференциация (разделение) магмы - это совокупность различных физико-химических процессов, которые происходят на значительных глубинах и ведут к тому, что разные части единого магматического резервуара обогащаются различными компонентами. Различают магматическую и кристаллизационную дифференциацию.
Магматическая дифференциаци я (ликвация) представляет собой процесс разделения силикатного расплава на две несмешивающиеся жидкости: тяжелую (обогащенную оксидами или сульфидами железа) и легкую (обогащенную летучими и солями). При охлаждении обоих расплавов они дают различные по составу породы. Это приводит к образованию ликвационных месторождений никеля и меди, важных в промышленном отношении.
Кристаллизационная дифференциация происходит благодаря процессам кристаллизации минералов и обусловлена перераспределением различных компонентов в магме.
Кристаллизация магмы сопровождается накоплением в расплаве кремнезема, щелочей и воды. Большую роль при образовании пород играют процессы ассимиляции, особенно в приконтактовых частях крупных магматических тел.
Магматические породы, как уже отмечалось, исключительно разнообразны по химическому и минеральному составу, однако во всех присутствует кислород и кремний.
В основу классификаций магматических горных пород положен их химический состав. За основу большинства классификаций принято содержание окиси кремния (SiO2), которое и служит критерием для подразделения пород на группы. Для этого определяют валовой состав породы, т.е. процентное содержание всех элементов, входящих в состав породы, выраженных в виде оксидов. Сумма всех элементов в виде оксидов составляет 100%. Содержание SiО2 является диагностическим критерием для классификации породы.
Процентное содержание окиси кремния в породе служит определенным критерием ее кислотности, в связи с чем термином «кислая порода», стали обозначать породы, богатые SiO2, а «основная порода» - бедные кремнеземом, но обогащенные СаО, МgО, FеО. В таблице 1 приведено подразделение магматических пород по их кислотности. По мере увеличения кислотности пород содержания окислов железа и магния закономерно убывают.
Минеральный состав магматических горных пород также разнообразен: полевые шпаты, кварц, амфиболы, пироксены, слюды, в меньшей степени – оливин, нефелин, лейцит, магнетит, апатит и другие минералы.
К породообразующим минералам магматических горных пород, на долю которых приходится около 99% их общего состава относятся: кварц, калиевые полевые шпаты, плагиоклазы, лейцит, нефелин, пироксены, амфиболы, слюды, оливин и др. Среди акцессорных минералов следует указать: циркон, апатит, рутил, монацит, ильменит, хромит, титанит, ортит и другие; иногда присутствуют и рудные минералы (магнетит, хромит, пирит, пирротин и др.). Выделяют также элементы-примеси, которые присутствуют в породах в очень малых количествах (сотые доли процента): литий, бериллий, бор, олово, медь, хром, никель, хлор, фтор и др.
Таблица 1
| Группа пород | Содержание SiO2 | Название пород |
| Ультраосновные | SiO2 < 45% | Дунит, перидотит, пироксенит |
| Основные | SiO2 45—52% | Габбро, лабрадорит, базальт, диабаз |
| Средние | SiO2 52—65% | Сиенит, диорит, трахит, андезит, полевошпатовый порфир, порфирит |
| Кислые | SiO2 65—70% | Гранит, липарит, кварцевый порфир |
| Ультракислые | SiO2 > 75% | Пегматит |
Под структурой (лат. structura - строение, расположение, порядок), подразумеваются те особенности строения горной породы, которые обусловливаются размером, формой и взаимными отношениями составных частей (кристаллов и вулканического стекла, там где оно имеется).
Структурные признаки магматических пород зависят от степени их кристалличности и связаны с условиями кристаллизации магмы.
Различают полнокристаллическую, неполнокристаллическую и стекловатую структуры магматических горных пород (табл.2).
Полнокристаллическая (зернистая) – порода сложена исключительно кристаллами различных минералов и не содержит вулканического стекла.
По относительной величине кристаллов полнокристаллическая структура бывает равномернозернистой и неравномернозернистой (рис. 30, 31).
Таблица 2
| Структура | Породы | |||
| Полнокристал-лическая | Равномерно-зернистая
| Крупно-зернистая | более 5 мм | Интрузивные породы (глубинные, абиссальные) |
| Средне-зернистая | 5-3 мм | |||
| Мелко-зернистая | 3-1 мм | |||
| Афанитовая (скрыто-кристал-лическая) | менее 1 мм | |||
| Неравномерно-зернистая | Порфировидная | Гипабиссальные (полуглубинные) | ||
| Пегматитовая | ||||
| Неполнокристаллическая | Эффузивные, главным образом палеотипные | |||
| Стекловатая | Эффузивные | |||
В случае равномернозернистой структуры кристаллы, входящие в состав породы, имеют примерно одинаковые размеры (см. рис. 30). В зависимости от размеров кристаллов она может быть крупнозернистой (размеры кристаллов более 5 мм), среднезернистой (5-3 мм) и мелкозернистой (менее 3 мм). Такая структура свойственна глубинным (абиссальным) породам.
Неравномернозернистая структура характеризуется неравномерным расположением минеральных масс в породе. Различают порфировидную и пегматитовую структуры.
Порфировидная характерна для пород, состоящих целиком из кристаллов двух различных размеров, когда крупные кристаллы располагаются среди основной массы кристаллов незначительных размеров (см. рис. 31).
Пегматитовая (графитовая) структура характерна для пород, когда зерна одного минерала правильно ориентированы в теле кристалла другого минерала, при этом кристаллы обоих минералов взаимно прорастают друг в друга (рис. 32). Эти структуры присущи субвулканическим и жильным (полуглубинным, гипабиссальным) породам.
Неполнокристаллическая (порфировая) структура присуща породам, состоящим из кристаллов и вулканического стекла в различных количественных соотношениях, когда среди основной стекловатой или скрытокристаллической массы выделяется значительное количество хорошо выраженных кристаллов отдельных минералов. Такой структурой обладают эффузивные палеотипные и жильные породы (рис. 33).
Стекловатая структура характерна для пород с аморфной, некристаллической массой. Породы такой структуры представляют собой плотную или пузырчатую массу стекловатого строения (вулканическое стекло). Они отличаются стеклянным блеском и раковистым изломом. Характерна для эффузивных пород (рис. 34).
Текстура (лат. textura - ткань, строение, сплетение), определяется пространственным расположением минеральных зёрен, степенью сплошности породы.
Различают несколько типов текстур: массивная, полосчатая, пятнистая, пузыристая, флюидальная, миндалевидная и др.
Массивная (однородная) текстура характеризуется тем, что в любой части породы зёрна минералов распределены равномерно, без какой-либо ориентировки. Эта текстура указывает на то, что условия кристаллизации во всех участках горной породы были одинаковыми (см. рис.30).
Полосчатая текстура сложена чередующимися полосами различного состава или иногда разной структуры (рис. 35). В интрузивных породах полосчатая текстура возникает как результат течения магмы. 
Пятнистая текстура обусловлена пятнистым распределением различных минеральных масс в породе (рис. 36).
Пузыристая (пористая, шлаковая) текстура возникает в лавах благодаря удалению газа, скапливающегося первоначально в виде пузырьков. Эти пустоты имеют шарообразную или эллипсоидальную форму. При большом количестве этих пустот образуется пемзовая текстура (рис. 37). В этом случае объём пустот превышает объём материала породы.
Флюидальная (текучая) текстура образуется в результате течения застывающей лавы, когда минералы в породы ориентируются по направлению движения лавового потока. Присуща многим эффузивным породам.
Миндалевидная (миндалекаменная) текстура возникает при заполнении пустот вторичными минералами. Миндалины обычно заполнены хлоритом, эпидотом, кальцитом, кварцем и другими вторичными минералами.
Осадочные горные породы
На поверхности Земли в результате действия различных экзогенных факторов образуются осадки, которые в дальнейшем уплотняются, претерпевают различные физико-химические изменения - диагенез, и превращаются в осадочные горные породы. Осадочные породы тонким чехлом покрывают около 75% поверхности континентов. Многие из них являются полезными ископаемыми, другие - содержат таковые.
В общем виде, можно так представить жизненный путь осадочных горных пород:
1. Гипергенез. Образование исходного материала в результате выветривания.
2. Седиментация. Перенос и осаждение образовавшегося материала.
3. Диагенез. Уплотнение осадков и потеря влаги.
4. Эпигенез (катагенез). Уплотнение под тяжестью вышележащих пород.
5. Метагенез. Глубокая переработка при которой происходит полное уплотнение до потери пористости и перестройка структуры.
Среди осадочных пород выделяют три группы:
обломочные породы, возникающие в результате механического разрушения каких-либо пород и накопления образовавшихся обломков;
глинистые породы, являющиеся продуктом преимущественно химического разрушения пород и накопления возникших при этом глинистых минералов;
химические (хемогенные) и органогенные породы, образовавшиеся в результате химических и биологических процессов.
Структура осадочных пород отражает их происхождение - обломочные породы состоят из обломков более древних пород и минералов, т.е. имеют обломочную структуру; глинистые сложены мельчайшими не видимыми вооруженным глазом зернами преимущественно глинистых минералов - пелитовая структура; хемобиогенные обладают либо кристаллической структурой (от ясно видимой до скрытокристаллической), либо аморфной, либо органогенной, выделяемой в тех случаях, когда порода представляет собой скопление скелетных частей организмов или их обломков.
Структуры осадочных обломочных горных пород возникают в результате механического нарушения исходного материала. Вследствие этого основной их классификацией является размер зерен. Выделяют следующие структуры:
1. грубообломочную (с частицами более 2 мм в диаметре);
2. среднеобломочную или песчаную (с частицами от 2 до 0,05 мм);
3. мелкообломочную или пылеватую (d от 0,05 до 0,005 мм);
4. тонкообломочную или глинистую (d менее 0,005 мм)
5. смешанную (в породе представлены частицы различных размеров)
Для того чтобы охарактеризовать структуру обломочной породы, необходимо определить размеры и форму обломочных зерен, строение цементирующего материала и взаимное отношение обломков и цемента.
Размер зерен – положен в основу типизации структур обломочнох пород. чаще всего используется десятичная классификация структур, принцнп построения которой заключается в том, что конечные размеры, характеризующие ее основные подразделения, превосходят друг друга в 10 раз.
Форма зерен прозволяет судить об окатанности обломочных частиц, которая зависит от первоначальной формы минеральных выделений (в материнской породе), размеров зерен, а также от расстояния и характера транспортировки обломочного материала. Цемент - аутигенный или тонкообломочный материал, скрепляющий между собой более крупные зерна. Цемент может быть мономинеральным или полиминеральным. Среди мономинеральных разностей наибольшим распространением пользуются кальцитовый, фосфатный, опаловый, гидрогётитовый цементы, несколько реже встречаются доломитовый, кварцевый, халцедоновый, глауконитовый и гипсовый. Полиминеральными являются глинистые цементы (сложенные, как правило, не одним, а несколькими глинистыми минералами). Сравнительно часто встречаются глинисто-кальцитовый, глауконито-фосфатный, глинисто-гидрогётитовый и ряд других полиминеральных цементов.
По соотношению обломков и цементирующего материала выделяются следующие типы цементов (рисунок 6):
- базальный – обломки заключены в цементирующем материале (составляющем от 30 до 50% всей массы породы) и не соприкасаются друг с другом;
- выполнения пор – количество цементирующего вещества колеблется в значительных пределах в зависимости от объема поровых пространств породы (от 30 до 10%);
- пленочный – количество цемента по сравнению с массой обломков невелико (обычно менее 10% всего объема породы), цементирующий материал покрывает тонким слоем все обломки, связывая их между собой; часть поровых пространств между зернами остается незаполненной.
- контактовый – цементирующего вещества в породе очень мало и он развит лишь в местах соприкосновения обломков, поры остаются незаполненными.
Цементирующий материал может быть распределен в породе равномерно или неравномерно. В последнем случае в одной и той же породе на различных ее участках наблюдаются различные типы цементации (например, базальный и поровый).
а б в г
Рисунок 6. Типы цементации обломочных пород по [1]
а - базальный цемент, б - цемент выполнения пор, в - пленочный цемент, г - контактовый цемент
Текстуры осадочных горных пород:
А) по признаку ориентировки зерен обычно разделяют на беспорядочную и слоистую;
Б) по отношению к пористости принято выделять плотную и пористую (мелкопористая d менее 0,5 мм, крупнопористая - d от 0,5 до 2,5) текстуры. Текстуру сыпучих горных пород называют рыхлой.
Формы залегания осадочных горных пород
Все осадочные горные породы характеризуются слоистостью. Нижнюю поверхность слоя называют подошвой, а верхнюю - кровлей. Мощность слоя - это расстояние по нормам между подошвой и кровлей. Местное уменьшение мощности пласта называется пережимом. Уменьшение пласта до полного выпадения его называется выклиниванием. Пласт, выклинивающийся в двух концах на коротком расстоянии, называется линзой. Группа пластов осадочных горных пород, расположенных один над другим называется толща, пачка, свита. Если пласты залегают горизонтально, то такое залегание называется согласным.
Большинство осадочных пород является продуктом выветривания и размыва материала ранее существовавших пород. Меньшая часть осадков происходит из органического материала, вулканического пепла, метеоритов, минерализованных вод. Различают осадки терригенные, осадки органического, вулканического, магматического и внеземного происхождения.
Дата добавления: 2020-11-27; просмотров: 3121; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!