Пирокластические или вулканогенно-обломочные породы

Образование этих пород связано с вулканической деятельностью и экзогенными процессами. К ним относятся вулканический пепел, песок, лапилли, вулканические бомбы, вулканические туфы и вулканические брекчии.

Вулканические туфы (эффузивные породы). Состоят из спекшегося или сцементированного пепла и песка. Структура некристаллическая, текстура пористая. Пепел и песок могут накапливаться на суше и в воде, куда они сносятся текущими водами и затем откладываются. Цвет их различный: серый, розовый, коричневый, черный.

Туфы по размеру частиц могут быть пепловыми, зернистыми, лапиллиевыми и с обломками более 30 мм называются вулканическими брекчиями, по химическому составу – базальтовыми, диабазовыми, трахитовыми и т.д. Туфы используются как облицовочный и теплоизоляционный морозостойкий материал, легкий наполнитель, цементное сырье.

 

 

Лабораторная работа 6

Осадочные горные породы

Осадочные горные породы образуются на поверхности земной коры из продуктов физического и химического выветривания ранее существовавших горных пород, а также из химических и органических осадков. Мощность их колеблется от нескольких дециметров до сотен метров, а в прогибах земной коры (геосинклиналях) достигает нескольких километров. Образование осадочных горных пород происходит по схеме: разрушение → перенос → накопление (осаждение) → диагенез (образование горной породы).

По месту образования осадочные горные породы подразделяются на континентальные, морские и лагунные; по способу образования делятся на обломочные, глинистые, химические и органогенные. Породы химического и органического происхождения часто тесно связаны между собой и образуют группу биохимических пород.

Осадочные горные породы имеют специфические виды структуры и текстуры. Из структур выделяют:

1. Оолитовая – характерна тем, что в плотной массе встречаются шарики более менее округлой формы. Такую структуру часто имеют бокситы.

2. Плотная – характерна для яшмы, зерна неразличимы.

3. Землистая – породы с такой структурой напоминают рыхлую почву, растираются пальцами. К ним относятся глина, мел, мергель, лесс.

4. Обломочная – представляет собой породы состоящие из обломков, которые сцементированы плотной массой. Это конгломерат, брекчия, песчаник.

Из текстур выделяются:

1. Беспорядочная – материал расположен без всякого порядка, как бы перемешан (конгломерат).

2. Слоистая – порода состоит как бы из слоев минерала (мергель).

3. Листоватая – порода разделяется на тонкие пластины (глинистые).

 

 

Обломочные породы (кластические)

Обломочные породы состоят из продуктов непосредственного разрушения исходных пород. Они могут быть рыхлыми или сцементированными. Классификация обломочных горных пород зависит от величины и формы обломков (таблица 2).

 

Таблица 2 – Классификация обломочных пород

 

Размер обломков в мм	Наименование породы
окатанные обломки	неокатанные обломки
больше 1000	крупные валуны	глыбы
100 – 1000	валуны	камни или мелкие глыбы
10 – 100	галька	щебень
2 – 10	гравий	дресва

 

По величине обломков выделяют следующие классы этих пород:

1) крупнообломочные породы, или псефиты (в переводе с греческого «псефос» - камешек), диаметр обломков более 2 мм;

2) среднеобломочные породы, или псаммиты («псаммос», греч. - песок), диаметр обломков от0,05 мм до 2 мм;

3) мелкообломочные (пылеватые) породы, или алевриты («алеврон», греч. - мука), диаметр обломков 0,05 – 0,005 мм.

Крупнообломочные породы (псефиты) состоят из обломков различного петрографического и минералогического состава размером от 2мм до нескольких метров в диаметре.

Неокатанные угловатые обломки (глыбы, щебень, дресва) образуются при механическом разрушении пород и называются элювием. Они часто накапливаются у подножий горных склонов.

Окатанные обломки горных пород (валуны, галька, гравий) встречаются среди аллювиальных отложений, широко распространены среди ледниковых и водно-ледниковых наносов.

Щебень и дресва, сцементированные природными цементами, называются брекчиями. Сцементированные окатанные обломки (галечник, гравий), называются конгломератами. В качестве природных цементов выступают глинистые, карбонатные, кремнистые, железистые соединения.

Среднеобломочные породы (псаммиты) в рыхлом состоянии называются песками. В зависимости от размера зерен пески подразделяются на грубозернистые (1 – 2 мм), крупнозернистые (0,5 – 1 мм), среднезернистые (0,25 – 0,5 мм) и мелкозернистые (0,05 – 0,25 мм).

Если пески состоят из одного минерала, то они называются мономинеральными (кварцевые пески); из двух – олигомиктовые (кварцево-глауконитовые); из трех – полимиктовые (аркозовые пески из кварца, полевого шпата и слюды).

Сцементированные пески называются песчаниками. В зависимости от состава цемента различают песчаники глинистые, известковатые, железистые, кремнистые. Наибольшую прочность имеют кремнистые песчаники, состоящие их кварцевых зерен. Глинистые песчаники легко размокают. Цвет песков и песчаников зависит от цвета минеральных зерен и цвета цементирующего вещества.

Мелкообломочные породы (алевриты) с размеров зерен от 0,005 до 0,05 мм представляют собой тонкозернистые пылевидные породы морского, речного, водно-ледникового и эолового происхождения. Представителями алевритовых пород являются лессы, покровные пылеватые суглинки и супеси. Сцементированные алевриты, преимущественно известковистым и кремнистым цементом, называются алевролитами. Они слабо размокают в воде и являются полускальными породами.

Глинистые породы (пелиты). «Пэлес» в переводы с греческого – глина. Пелиты состоят из частиц размером менее 0,005 мм. Типичным представителем этих пород является глина, которая во влажном состоянии пластична, при высыхании твердеет и при обжиге приобретает твердость камня.

В их состав входят глинистые минералы каолинит, монтмориллонит, а также кварц, полевые шпаты, слюды, гидрослюды, халцедон, опал, гидроокислы железа. Каолинитовые глины имеют белый цвет и образуют глинистые породы каолиниты.

Каолинит (каолин) – глинистая порода с землистой структурой, пористой или листоватой текстурой. Твердость 1, жадно поглощает воду. Описание дано в лабораторной работе 4 (листовые силикаты).

К этим породам относят также и бокситы, хотя их иногда причисляют и к окислам алюминия.

Боксит (Al₂O₃×nH₂O) – горная порода осадочного происхождения. структура аморфная, землистая, часто оолитовая (состоит из мелких шариков концентрически скорлуповатого строения). Описание дано в лабораторной работе 3 (гидроксиды).

Каолиниты и монтмориллониты относятся к жирным глинам, а примеси кварца, халцедона, опала, окислов железа делают глину тощей. Глины, состоящие из каолинита, гидратов окиси алюминия и слюды, называются огнеупорными (температура плавления около 1700°С). Монтмориллонитовые глины обладают высокой поглотительной способностью.

Плотные дегидротизированные и сцементированные чаще всего кремнеземом глинистые породы, не размокающие в воде, называются аргиллитами.

В природе часто встречаются смешанные песчано-глинистые породы, которые называют супесями и суглинками. Супеси содержат от 10 до 20% глинистых частиц, а суглинки – от 20 до 50%.

 

 

Химические осадочные породы

Химические осадочные породы образовались в результате выпадения солей из водных растворов или в результате различных химических реакций в земной коре. По химическому составу среди этих пород принято выделять карбонатные, галоидные, сульфатные, кремнистые, железистые и фосфатные. К карбонатным породам относятся известняки, доломиты, мергели и известковые туфы.

Известняки химического происхождения не менее чем органогенные состоят из кальцита выпавшего из воды. Известняки химического происхождения встречаются часто, но их трудно отличить от других разновидностей, особенно после перекристаллизации. Структура кристаллически-зернистая, текстура массивная, слоистая. Окраска различная, часто белая, с примесями желтоватая, серая различных оттенков. Бурно вскипают с HCl.

Типичными представителями известняков химического происхождения являются известковые туфы (травертины), образующиеся на суше в результате выпадения извести из вод некоторых источников. Они обычно светло-серого цвета, пористого строения.

По условиям образования различают пресноводные известняки, залегающие среди континентальных песчано-глинистых отложений, известняки солоноватых бассейнов и морские известняки. Они широко применяются в строительстве, при производстве вяжущих материалов, в металлургии, в полиграфическом производстве, в сельском хозяйстве.

Доломиты. К доломитам относятся карбонатные осадочные породы, состоящие не менее чем на 90% из минерала доломита. Для доломитов характерна примесь минералов (кальцит, гипс, флюорит, магнезит, окислы железа, кремнезем и др.), выпавших из раствора при образовании осадка или в процессе диагенеза. Окраска доломитов светлая с сероватыми, желтоватыми, красноватыми и зеленоватыми оттенками. Структура кристаллически-зернистая, текстура массивная иногда пористая. Доломиты тверже известняка. Прочность 120-130 МПа, твердость 3,5-4, блеск стеклянный. Не вскипают бурно с HCl, а только в порошке.

Добываются на Урале, Кавказе и в Забайкалье. Применяются при производстве цементов, в стекольной и керамической промышленности, при изготовлении огнеупорных изделий, в качестве флюса в черной металлургии, для получения магния и для изготовления бута, щебня и облицовочного камня.

Мергель. К мергелям относятся осадочные горные породы, переходные от известняков и доломитов к глинистым породам. Они содержат от 30 до 50 % глинистых частиц. Цвет серый, белый, коричневато-желтый. Текстура часто слоистая, иногда массивная, структура тонкозернистая. Вскипает под действием HCl, если на него подышать, то пахнет глиной.

Используются мергели как цементное сырье, для некоторых разностей требуется лишь обжиг и последующий размол.

 

Галоидные породы

Галоидные породы представляют собой типичные химические осадки. Выпадение их из растворов происходит в замкнутых водных бассейнах, мелководных заливах и соляных лагунах вследствие интенсивного испарения. К ним относятся каменная соль, карналлит, сильвинит и др.

Каменная соль или галит (NaCl). Осадочные пласты каменной соли достигают мощности 10-15 м. Добывается каменная соль в Соликамске, Оренбурге и на Донбассе. В сложных соленых толщах нижние горизонты сложены ангидритовой породой, выше следует горизонт каменной соли, а зона калийных и калийно-магниевых солей располагается в верхних частях разреза, иногда перекрываясь каменной солью. Описание каменной соли (галита) дано в лабораторной работе 2 (галоиды).

Карналлит (MgCl₂×KCl×6H₂O). Откладывается в верхних частях соляных отложений. Хлористые соли калия и магния начинают выпадать при солености воды 32 – 35 ‰ и более. Используется в сельском хозяйстве и химической промышленности. Описание дано в лабораторной работе 2 (галоиды).

Сильвинит (KCl). Также откладывается в верхних частях соляных залежей. Применяется как удобрение и в химической промышленности. Описание дано в лабораторной работе 2 (галоиды).

 

 

Сульфатные породы

Эти породы образуют характерную группу химических осадочных пород, состоящих из сульфатных соединений натрия и кальция. К числу наиболее распространенных пород этого типа относятся гипсы ангидриты и мирабилиты.

Гипс (CaSO₄×2H₂O) и ангидрит (CaSO₄). Эти породы откладываются в нижних горизонтах соляных залежей. Гипс и ангидрит начинают выпадать при солености воды 13 – 15‰, залежи образуют пласты до 100 и более метров. Используются в строительстве, химической, бумажной промышленности, в медицине и в сельском хозяйстве. Описание дано в лабораторной работе 2 (Сульфаты).

Мирабилит (Na₂SO₄×10H₂O) – глауберова соль. Образуется в заливе Кара-Богаз-Гол Каспийского моря. Выпадает в зимнее время из воды при температуре ниже - 33°С. Образует пластовые залежи в верхних частях разреза. Используется в медицине, стекольном производстве и для изготовления соды. Описание дано в лабораторной работе 2 (сульфаты).

 

 

Кремнистые породы

К кремнистым породам химического происхождения относятся гейзериты, кремнистые туфы (сланцы) холодных вод, яшмы и др. Яшмы и кремнистые сланцы обычно обладают скрытокристаллической или гелевой структурой. Текстуры бывают массивные и слоистые.

Яшмы – твердые, непрозрачные породы с раковистым изломом, состоящие из кремнезема (кварц, халцедон). Порода пестрая, полосчатая или пятнистая, окрашенная окислами марганца и железа в красный, желтый, коричневый и зеленый цвета. Используются как прекрасный поделочный материал. Описание дано в лабораторной работе 3 (оксиды).

 

Фосфоритные породы

Фосфоритные породы представляют собой различные осадочные горные породы (песчаники, глины, мергели), обогащенные фосфатами кальция. содержание P₂O₅ в фосфоритах составляет 12 – 40%. В качестве примесей в фосфоритах встречаются примеси кварца, кальцита, глауконита, остатки радиолярий, диатомий и др. Фосфориты образуются в морях, озерах и болотах. Морские пластовые и желваковые фосфориты выпадают в виде химического осадка на глубинах от 50 до 150 м и образуют залежи мощностью до 10 – 15 м (пластовые фосфориты хребта Каратау, Брянские желваковые фосфориты). Используются фосфориты для получения фосфорных удобрений. Полная характеристика дана в лабораторной работе 3 (фосфаты).

 

 

Органогенные породы

Органогенные породы подразделяются на зоогенные – происхождение связано с деятельностью организмов и фитогенные – образованные растительным веществом (торф, уголь). Все породы, зоогенные и фитогенные в свою очередь делятся на три класса – карбонатные, кремнистые и углеродистые или каустоболиты.

 

Карбонатные породы

Известняк-ракушечник. Органогенные известняки состоят из известковых скелетов и остатков раковин животных и растений. В зависимости от преобладания остатков тех или иных организмов различают известняки криноидные (из скелетов морских лилий), фузулиновые (из корненожек - фузулин), нуммулитовые (раковины в виде монеты), мшанковые, коралловые и др. Известняки, состоящие из целых раковин, называются ракушечниками, а из битых раковин – детритусовыми известняками. Структура известняков микрозернистая, оолитовая и может быть обломочная, текстура чаще пористая. Они имеют значительную прочность и используются как строительный материал. Распространены известняки в самых различных условиях. известны пресноводные известняки, но преобладают морские известняки (Крым, Черное море, Азовское море).

Мел. К органическим известнякам относится и мел, состоящий на 96 – 99% из мелких частиц порошкового кальцита, панцирей микроскопических морских водорослей и мельчайших раковин фораминифер. Это однородная белая слабосцементированная порода. Имеет землистую структуру. Вскипает с HCl. Твердость меньше 1. Используется в стекольной, резиновой, бумажной промышленности; при производстве цемента, сахара, соды; а также при известковании почв в сельском хозяйстве.

 

 

Кремнистые породы

Кремнистые породы органогенного происхождения состоят преимущественно из кремнезема. К ним относятся диатомиты, трепелы и опоки.

Диатомиты состоят из рыхлых или сцементированных опаловых микроскопических скелетов диатомовых водорослей, которые в трепелах обычно разрушены. Это белые или желтоватые пористые мягкие и легкие породы с объемной массой от 0,4 до 1,4. Диатомиты жадно поглощают воду. Обладают хорошей тепло- и звукоизоляцией. Применяются также для очисти сахарных сиропов, минеральных и растительных масел. Встречаются в Поволжье, в Самарской, Калужской и Смоленской областях.

Трепел состоит из микроскопических округлых зерен опала (0,01-0,001 мм) с небольшой примесью скорлупок диатомовых водорослей и остатков кремнистых скелетов радиолярий и губок. Существует мнение, что это измененные диатомиты, так как очень на них похожи. Цвет породы белый, желтый, бурый, светло- и темно-серый. Порода легкая, жадно поглощает воду. Огнеупорен, хороший тепло- и звукоизолятор. Залегает обычно в отложениях нижнемелового периода в Белоруссии, в Калужской и Смоленской областях.

Опока представлена твердыми пористыми образованиями сложенными тонкозернистым опалом (до 90 %), часто с примесью створок диатомий, радиолярий, игл губок. Опоки окрашены обычно в темный цвет, но при выветривании светлеют и становятся белыми и серыми. Напоминают трепел, но обычно более твердые и при ударе раскалываются с характерным звенящим звуком. Излом раковистый, твердость 3-5. прочность при сжатии 30-50 МПа. Породы имеют пористую текстуру и очень морозостойкие. Возможно, что по происхождению опоки являются измененными трепелами и диатомитами. Залегают в меловых отложениях Нижнего и Среднего Поволжья.

 

Каустобиолиты

Углеродистыми породами или каустобиолитами называются горючие ископаемые горные породы органического происхождения (греч. каустикос – горючий, биос – жизнь, литос - камень). К каустобиолитам относятся: торф, ископаемые угли, горючие сланцы, нефть и продукты ее преобразования (битум, асфальт, озокерит), а также горючие газы.

Процесс образования торфа из органических остатков происходит в течение тысячелетий, а образование углей из торфа растягивается на миллионы лет. Из остатков тканей высших растений образуются гумусовые угли (лат. гумус - земля), а из остатков животных и растительных организмов - сапропелевые угли (греч. сапрос – гнилой, пелос – ил; гнилой ил).

Торф образуется из перегнивших и обуглившихся растительных остатков, содержащих 35-59 % углерода, в условиях избыточной влажности и затрудненного доступа воздуха. Порода рыхлая, коричневого, коричнево-бурого и черного цвета. Сохраняет явные признаки растительных остатков. Структура землистая, текстура слоистая.

Используется торф как топливо и органическое удобрение. Из него получают горючие газы и аммиак.

Бурый уголь – плотная темно-бурая порода, содержащая около 70% углерода. Это промежуточное образование между торфом и каменным углем. Бурый уголь имеет бурую черту, землистый, реже раковистый излом и небольшую (около 1) твердость. Используется в основном как топливо.

Каменный уголь. Черная слоистая порода с содержанием углерода до 85%. Каменный уголь очень хрупкий, твердость 1-2,5. Блеск жирный, излом раковистый. Используется как топливо.

Антрацит. Образуется из бурых углей. Каменный уголь получается из бурого угля при повышенном давлении и температуре 300-325⁰С, а антрацит при повышении температуры до 500⁰С. Это тяжелые (плотность 1.4-1.7) черные, часто с сероватым оттенком, с сильным металлическим блеском угли, с содержанием углерода до 95%. Твердость около 3, с достаточно высокой прочностью. Залегает часто пластами, используется как топливо и для получения коксующихся углей в металлургии.

Горючие сланцы. Это сланцевые или мергелистые породы темно-серого цвета, содержащие битум и ил, а также примеси. Имеют меньшую теплотворную способность, чем угли. Используются как топливо, а также для перегонки на масла и газ.

Нефть. Маслянистая жидкость от беловато-желтого до темно-коричневого цвета, состоящая из смеси жидких и газообразных углеводородов. Нефть образуется из сапропели при полном разложении органического вещества, происходящего в условиях наиболее затруднительного доступа кислорода. Залегает нефть в пористых или трещиноватых породах (пески, песчаники, известняки), заключенных среди непроницаемых (чаще глинистых) слоев. Это основной энергетический продукт, значение которого трудно переоценить.

Битуминозные породы – с рассеянной в них нефтью, по большей части находящейся в окисленном (сгущенном) виде. Порода темного цвета с запахом битума, который усиливается при ударе. Часто накопление битумов происходит с отложением илов, в результате образуются горючие сланцы.

Озокерит – горный воск, является продуктом полимеризации и уплотнения нефти. Элементарный состав близок к составу парафина. Порода мягкая, пластичная, от желтого до темно-бурого цвета. Температура плавления от 50 до 80°С. Применяется в медицине.

Асфальт – порода более твердая, вязкая, почти черного цвета. Состоит из смеси масел, смол и асфальтов. Температура размягчения от 20-30 до 80-100°С. Состоит из углерода (80-85%) и водорода (9-10%). Применяется в дорожном строительстве.

 

 

Лабораторная работа 7