Происхождение и классификациягорных пород

В настоящее время известно около 1000 видов горных пород, которые по своему происхожде­нию делятся на три типа: магматические, осадочные и метаморфические. Земная кора сложена из этих пород, но магматические и метаморфические занимают основное место — 95% от общей ее массы. На поверхности земли, однако, наибольшее распространение имеют осадочные породы.

Магматические породы. Магматические породы (600 видов и разновидностей) образуются в результате застывания расплавленной магмы, сложного силикатного расплава, насыщенного газами и парами воды. Магма, прорываясь по трещинам земной коры, застывает в ее недрах, где образуются глубинные, или интрузивные, породы (рис. 3.4), а при достижении поверхности разливается потоками лавы и дает начало излившимся (эффузивным) породам.

Глубинные (интрузивные) магматические породы образуются в условиях высокого давления, медленного и равномерного остывания. В этом случае происходит полная раскристаллизация магмы и образуются плотные, массивные, полнокристаллические с химическими связями породы типа гранита, габбро, которые залегают крупными массивами.

Излившиеся (эффузивные) магматические породы формируются в виде лавовых потоков на поверхности земли при низких давлениях и температуре, быстрой отдаче тепла и газовых компонентов. При таких условиях возникают породы также с химическими связями, но с обилием аморфного стекла, часто с большой пористостью, например базальт, пемза.

Все магматические породы по содержанию кремнезема SiО₂ делятся на кислые (SiO₂ > 65%), средние (SiO₂ 65 – 52%), основные (SiO₂ 52 – 40%) и ультраосновные (SiO₂ < 40%). С уменьшением содержания кремнезема изменяется минеральный состав пород, снижается содержание кварца, увеличивается плотность, понижается температура плавления, окраска изменяется от светлой к темной (табл. 3.1).

Содержание кремния в породах. Таблица 3.1.

Название групп пород и (преобладающий цвет)	Количество SiO2 (%)	Название основных пород и условия образования
Интрузивные породы (глубинные)	Эффузивные породы (поверхностные)
Кислые (светлые, розовые, пестрые)	> 65	Граниты	Липариты
Cредние (серые, пестрые)	52 - 65	Диориты	Андезиты
Основные (темно-серые, черные)	40 - 52	Габбро	Диабазы
Ультраосновные (черные, темно – зеленые)	< 40 %	Перидотиты	-

 

Наибольшее распространение среди глубинных (интрузивных) пород имеют граниты, диориты, габбро, перидотиты. Среди эффузивных - базальты.

Рис. 3.4. Схема образования магматических пород из магмы в земной коре.

Излившиеся (эффузивные) породы по минеральному и химическому составам являются аналогами глубинных пород. Но, наряду с кристаллами минералов, в них содержится аморфное вулканическое стекло, которое преобладает в эффузивной породе. Эффузивными аналогами гранитов являются липариты и кварцевые порфиры, диоритов — андезиты и порфириты, габбро — базальты и диабазы.

Свойства магматических пород зависят не только от состава, но и от особенностей их внутреннего строения и сложения, т. е. от их структуры и текстуры.

В магматических породах по степени их кристалличности различают: зернистые (полнокристаллические) структуры, типичные для глу­бинных пород; полукристаллические структуры (совместное нахождение кристаллов и аморфного стекла) и стекловатые, типичные для излившихся пород.

По величине кристаллов структуры делят на: крупнозернистые— более 5 мм; среднезернистые— 5—1 мм и мелкозернистые— менее 1 мм.

Для излившихся пород, кроме стекловатой, характерна также порфировая структура. В аморфной массе содержатся крупные вкрапленники кристаллов. В том случае, когда крупные вкрапленники располагаются в мелко- или среднезернистой массе, структуру называют порфировидной.

Текстура магматических пород бывает массивной ( равномерное плотное расположение зерен минералов), полосчатой (чередование участков различного минерального состава или различной структуры) и шлаковой ( порода содержит видимые глазом пустоты).

Остывание магмы сопровождается некоторым уменьшением ее объема и появлением в породах тончайших трещин. Этими трещинами массив породы разделяется на отдельности разнообразной формы. В зависимости от системы расположения трещин возникают столбчатая отдельность (базальт), глыбовая (гранит), шаровая (диабаз) и т. д.

Осадочные породы слагают самые верхние слои земной коры, составляя всего 5% ее объема, но земная поверхность на 75% покрыта только этими породами. Мощность толщи оса­дочных пород в одних случаях мала, а в других может исчисляться километрами. Они участвуют в формировании почв, служат основанием зданий и сооружений, в связи с чем им уделяется повышенное внимание.

Осадочные породы в зависимости от происхождения принято подразделять на три основные типа: 1) обломочного, 2) химического и 3) органического происхождения. Однако существует ряд пород, которые имеют смешанное происхождение.

В образовании осадочных пород, кроме минералов первичного происхождения, т. е. тех, из которых формировался рыхлый осадок (кварц, полевые шпаты, слюды и др.), принимают участие минералы вторичные (аутигенные), т. е. возникшие в данной породе в процессе ее существования. Это кальцит, гипс, каолинит и др. Во многих случаях вторичные минералы играют главную роль, например в глинистых породах.

Структуры осадочных пород весьма разнообразны и зависят от размеров частиц и от характера связей между ними.

Различают сцементированные и несцементированные породы. В сцементированных породах развиты прочные химические связи (например, конгломераты); в несцементированных связи отсутствуют (пески) или имеют водно-коллоидную природу (глинистые породы).

Осадочные породы залегают в виде слоев или пластов. Слоистость является главным признаком осадочных пород. Она образуется в процессе периодического накопления осадков и представляет собой последовательные чередования различных горных пород. При резком различии слоев по их составу, например известняка и глин, слои называют пластами (верхний - кровля, нижний — подошва). Расстояние между кровлей и подошвой называется мощностью слоя (пласта).

Мощность пластов определяется интенсивно­стью и длительностью процесса осадконакопления. Наибольшей мощно­стью обладают морские отложения (десятки и сотни метров).

Условия осадконакопления в морях, озерах, в процессе деятельности рек и т. д. весьма разнообразны. Это обусловлива­ет образование слоев различной формы в плане и по вертикали: н ормальными называют слои большой мощности и протяженности. Кровля у них параллельна подошве; для линз характерно резкое падение мощности от центра к перифе­рии на сравнительно небольшой площади; слои с выклиниванием, пережимами, пропластками имеют небольшую мощность, но значительную протяженность.

наряду с изменчивостью по вертикали и мощностью пластов большую роль играет их протяженность, т. е. рас­пространение пластов по площади. Наибольшую протяженность пластов, измеряемую иногда сотнями километров, имеют осадки морского происхождения. Пласты континентальных отложений, образовавшихся на суше (в том числе и в водотоках), обычно быстро выклиниваются, сменяются отложениями другого вида.

Группу слоев (пластов) различной мощности, объединяемых сход­ством состава или возрастом, называют толщей. Кроме того, по характеру залегания слоев относительно друг друга выделяют залегания: согласное и несогласное (рис. 3.5). В первом случае слои располагаются параллельно друг другу. При несогласном залегании вся толща пород разделяется на две части: нижнюю 1 и верхнюю 2. В пределах каждой части породы залегают согласно. Между собой они залегают несогласно, так как слои верхней части не параллельны слоям нижней. Причины несогласного залегания слоев кроются в геологической истории данной территории. Между верхней и нижней частью толщи был перерыв в осадконакоплении. Нижняя часть подвергалась воздействию горообразовательных процес­сов. Верхние слои отложились позже и сохраняют первоначальное залегание.

Для абсолютного большинства всех осадочных пород типична пористость. Общая величина пористости в осадочных породах может быть очень велика: от 40 —70 % у ила и глин, до 10—15 % у сцементированных песчаников. Значительная часть объема пор осадочных пород может быть занята водой, газом, или, например, нефтью.

Большинство осадочных пород содержит остатки растений и ске­летных частей организмов в виде окаменелостей или их отпечатков.

Обломочные породы. Породы обломочного происхождения состоят из продуктов механического разрушения магматических, мета­морфических и более древних осадочных пород. Обломки представлены породами или минеральными зернами.

В табл. 3.1. приведена классификация обломочных пород, в основе которой лежит размер и форма обломков — грубые, песчаные, пылеватые и глинистые.

Таблица 3.1. Классификация обломочных пород (по В. В. Охотину)

Название и размер обломков, мм	Рыхлые породы	Сцементированные породы
угловатые	окатанные
Грубые > 200	Глыбы	Валуны	Брекчия (из угловатых обломков) и конгломе­рат (из окатанных об­ломков)
200 — 40	Щебень	Галька
40 — 2	Дресва	Гравий
Песчаные 2 — 0,05	Пески	—	Песчаники
Пылеватые 0,05 — 0,005	Пылеватые	—	Алевролиты
Глинистые < 0,005	Глинистые	—	Аргиллиты

 

Рыхлые обломочные породы. Такие несцементированные породы широко распространены на поверхности земной коры. Крупнообломочные породы, как правило, состоят из смеси обломков различных размеров. Весовое соотношение между обломками в процентахназываетс я гранулометрическим составом породы. В названии породы отражается этот состав: на первое место ставится преобладающая фракция, например гравийно-галечниковая порода, дресвяно-щебнистая и т. п.

Мелкообломочные породы — пески — состоят уже не из обломков пород, а из обломков минералов; представ­лены кварцем, полевыми шпатами и в незначительных количествах некоторыми другими минералами. Песчаные обломки или зерна имеют разнообразную форму: от округлой (окатанной) до угловатой и остроугольной. В зависимости от соотношения минералов различают пески мономинеральные (обычно кварцевые) и полиминеральные (кварц-полево-шпатовые и др.).

Пылеватые частицы (0,05—0,005 мм) не образуют самостоятельных отложений и пород, а встречаются как составная часть песков и глини­стых пород. Когда их в песках примерно более 5%, то пески уже относятся к пылеватым, а если их в глинах больше, чем песчаных частиц, то и глины считаются пылеватыми (табл.3.1). Но если в дисперсных породах пылеватых частиц более 50%, то такие породы называют лёссовыми. к собственно глинам относятся породы с содержа­нием глинистых частиц > 30%.

Обломочные сцементированные породы. Среди крупнообломочных пород наиболее известны конгломераты и брекчии. Они состоят из обломков горных пород, сцементированных кремнистым, карбонатным или глини­стым цементом.

Песчаники— наиболее распространенная группа сцементированных обломочных пород, образуются в результате цементации песков. Окраска их обычно серых и бурых тонов, состоят из зерен кварца и цемента.

Алевролиты и аргиллиты в основном гидрослюдистого состава, чаще всего залегают прослоями в толще песчаных и песчано-карбонатных пород.

Химические и органогенные породы. Образуются они осаждением из воды веществ химическим, биохимическим или смешанным путем. В этих породах преобладают неустойчивые в воде ионные связи. Их можно разделить на: 1) кремнистые, 2) карбонатные, 3) сульфатные, 4) галоидные породы.

Кремнистые породы формировались за счет накопления кремнистых скелетов древних водорослей (диатомей) и геля кремнезема. Опока— самая распространенная из кремнистых пород, с содержа­нием опала (аморфный SiО₂) до 85—90%, тонкопористая, темно-серого цвета.

Карбонатные породы широко распространены в земной коре, а самым распространенным типом карбонатных пород является известняк. Он может быть биохимического (органогенного) или химического (хемогенного) происхождения. Общим для всех известняков является их способность растворяться подземными водами с образованием системы пустот (каверн, пещер и т. п.), которые называются карстовыми или просто карстом. Разновидностью органогенных известняков является белый писчий мел. Он отличается высокой пористостью: 30—55%. Известняки применяются как строительные материалы в виде строительного камня, стенового материала, заполнителя в легких бетонах, а также как сырье для получения извести, цемента, используются в металлургической и других видах промышленности.

Доломиты наряду с известняками, являются широко распростра­ненными породами. Состоят из доломита с примесью кальцита, гипса, обломочного кварца и др., имеют серую и розовато-серую окраску.

Среди пород смешанного обломочно-хемогенного происхождения наиболее распространены мергели, светло-серые, серые породы, состоя­щие из карбонатов и глинистого материала в примерно равных количествах. Структура их тонкозернистая. Формируются они в морских водоемах, залегают пластами или довольно мощными толщами. На воздухе быстро разрушаются. Мергели — основное сырье для цементов.

Сульфатные породы — обычно это смесь ангидрита (caSO₄) и его водной разновидности - гипса. Образуют крупные тела и слои, а также линзы и прослои. Окраска белая, серая с оттенками. Структура крупнозернистая или волокнистая.

Метаморфические горные породы. Метаморфические породы образуются в результате глубоких изменений и преобразований магматических и осадочных пород под влиянием высокой температуры, давления и химически активных веществ. Эти факторы метаморфизма вызывают изменения минерального состава и структуры исходных пород. Метаморфические породы по минеральному составу ближе к магма­тическим, типичны для них слюды, кварц, полевые шпаты, хлорит. Им присущи кристаллическая структура и своеобразные текстуры – сланцеватая ( когда пластинчатые минералы типа слюд располагаются параллельно друг другу); зернистая ( с пре­обладанием зерен овальной формы); гнейсовая (состоящая из чередования сланцевых и зернистых текстур).