3.5. Горные породы

Горные породы представляют собой естественные минеральные агрегаты, образующиеся в земной коре или на ее поверхности в ходе различных геологических процессов. По своему минеральному составу горная порода может быть:

• мономинеральная - если горная породы представляет агрегат одного минерала (мраморы – агрегат из мелких кристаллов кальцита, кварциты - агрегат зерен кварца),

• полиминеральная - если в горную породу входят несколько минералов, (гранаты – состоят из кварца, калиевого полевого шпата, кислого плагиоклаза; биотит, роговая обманка, авгит).

Минералы, слагающие горную породу, называются породообразующими. Среди них выделяют главные, количество которых более 5% и второстепенные. Еще меньшая доля приходится на акцессорные (от позднелат. accessorius — добавочный) минералы.

По времени образования минералы, слагающие горную породу, делят на первичные, образующиеся при формировании самой породы, и вторичные, возникающие позднее в процессах ее преобразования.

Строение горных пород характеризуется структурой и текстурой.

Структура (латин. structura) - внутреннее устройство породы (кристаллическое, аморфное, скрытокристаллическое), размер и форма зерен из которых состоит порода, их взаимоотношение. Порода может быть полнокристаллической, равномерно-зернистой, неравномерно-зернистой обломочной, крупнозернистой (крупнообломочной) или мелкозернистой (мелкообломочной) и т.д.

Текстура (лат. "текстура" - ткань, строение) характеризует взаимное расположение и ориентировку минеральных агрегатов. Текстура может быть однородной, массивной, ориентированной (слоистой, сланцеватой и т.д.).

Классификация горных пород. В основу классификации горных пород положен генетический признак. Так горные породы по своему происхождению подразделяются на три группы:

1. магматические (или изверженные),

2. осадочные,

3. метаморфические.

Классификация магматических горных пород производится по условиям образования и по химическому составу. Пирокластические горные породы традиционно рассматривают в составе магматических горных пород.

Магматические горные породы. Магматические горные породы образуются в различных условиях в процессе остывания и кристаллизации расплавленных магмы и лавы, поднимающихся из глубинных недр Земли к ее поверхности. Классификация магматических гонных пород может проходить по генезису и по химическому (структурно-вещественному) составу.

• По генезису: в зависимости от условий, в которых происходило застывание магмы, магматические породы подразделяют на 2 типа – эффузивные и интрузивные.

1. Интрузивные (лат. "интрузио" – внедрение): глубинные (абиссальные) и полуглубинные (гипабиссальные)– образуются, если порода (магма) застыла на глубине. Здесь выделяют ряд разновидностей по глубине застывания магмы, а также жильные породы, связанные с застыванием магмы в трещинах. Рад интрузивных пород от кислых до ультраосновных составляют: граниты – гранодиориты  диориты  габбро  дунит (перидотит, пироксенит).

2. Эффузивные (излившиеся), (лат. "эффузио" - излияние) – образуются, если порода (лава) застыла на земной поверхности. Этот тип подразделяется на: кайнотипные (относительно неизменные) и палеотипные (заметно измененные). Рядом эффузивных пород от кислых до основных являются: липарит  дацит  андезит  базальт (долерит). Ультраосновные аналоги эффузивных пород отсутствуют.

• По химическому составу. При делении магматических пород по химическому составу в основу обычно кладется содержание кремнезема (табл. 3.10.). В природе не известны магматические породы, содержащие SiO₂ меньше 20% и более 85%.

Важнейшими магматическими породами являются: дуниты, перидотиты, пироксениты; габбро, базальты; диориты, андезиты; граниты, липариты (риолиты).

Дуниты, перидотиты, пироксениты - это преимущественно глубинные магнезиально-железистые породы с незначительным содержанием кремнезема. Они различаются по отсутствию кварца и полевых шпатов, а так же по высокому содержанию минерала оливина (%): 100-85% - дуниты; 85-70% - пироксеновые оливиниты; 70-30%- перидотиты; 30-10% - оливиновые пироксениты; менее 10% - пироксениты. Роль этих пород в строении Земли велика. Предполагается, что именно они развиты в мантии ниже земной коры. С породами, обогащенными оливином, связаны месторождения алмазов, хромита, золота, платины, никеля и других полезных ископаемых.

Габбро, базальты - основные магматические породы. Они отличаются от ультраосновных пород меньшим содержанием окислов железа и магния и большим содержанием глинозема и кальция. Главными минералами габбро и базальтов являются основные плагиоклазы и моноклинные пироксены.

Габбро представляют глубинные образования. С габбровыми породами связаны месторождения железных, титано-железных, титано-ванадиевых и никелевых руд, а также медного и серного колчедана.

Базальты - темно-зеленые или черные силикатные породы, излившиеся на земную поверхность. Они состоят главным образом из основного плагиоклаза, пироксенов и часто оливина и содержат кальций, натрий, магний и железо. Подобные им мелкозернистые породы называются долеритами. Базальты используются в каменно-литейной промышленности и как ценный облицовочный, электроизоляционный и кислотоупорный материал.

Диориты-андезиты – это средние магматические породы.

Диориты - глубинные образования. Они состоят из плагиоклаза и амфибола, содержат ромбический пироксен или биотит.

Андезиты - их излившиеся аналоги.

Граниты-липариты являются кислыми магматическими породами. Им присуще значительное содержание кремнезема. С гранитоидными породами связана главная масса рудных месторождений магматического происхождения.

Граниты - глубинные образования, состоят в основном из полевых шпатов (до 70%) и кварца (25-35%). В незначительном количестве присутствуют биотит, амфибол, пироксен.

Липариты (или риолиты - греч. "рео" - теку) - это излившиеся аналоги гранитов.

Осадочные горные породы. Осадочные горные породы формируются в условиях, характерных для поверхностной части земной коры, и образуются в результате переотложения продуктов выветривания и разрушения различных горных пород, химического и механического выпадения осадка из воды, жизнедеятельности организмов или всех трех процессов одновременно. Более трёх четвертей площади материков покрыто осадочными горными породами, поэтому с ними наиболее часто приходится иметь дело при геологических работах. Но в целом осадочные породы занимают скромное место в земной коре, составляя около 8% от ее объема. В них хорошо сохранились остатки вымерших организмов, по которым можно проследить историю развития различных уголков Земли. С осадочными горными породами связаны такие важные полезные ископаемые, как нефть и природный газ, уголь, железо, алюминий, золото и др.

Изучением осадочных горных пород занимается наука Литология.

Классификация. Были предложены различные классификации осадочных пород, но для простоты изучения обычно применяется сравнительно простая классификация, в основе которой лежит генезис (условия образования) осадочных пород. Согласно ей породы этого класса подразделяются на:

• обломочные (терригенные), например песчаник,брекчия,алевролити др.

• хемогенные, например боксит,латерит,каменная соль,доломити др.

• биогенные, например коралловые известняки,диатомиты,торф,каменный угольи др.

• вуланогенно-осадочные или пирокластические, например вулканический туфи др.

Обломочные породы - это продукты механического разрушения коренных горных пород. Разрушаются в первую очередь горные сооружения (например, горы Альпы, Кордильеры, Гималаи).

В природе существует 4 уровня седиментации обломочных осадков:

1. у подножия гор обломочные породы образуют первый уровень седиментации: отложения обвалов (колювий), конусы выноса пролювиальных отложений (пролювий – от лат. «пролюо» - выношу течением - продукты разрушения коренных горных пород, выносимых водными потоками к подножиям возвышенностей).

2. под воздействием водных потоков рек размываются колювиальные и провиальные образования, песчано-глинистый материал выносится реками в их устья, где формируются дельты.

3. под воздействием водных потоков неконсолидированный обломочный материал сбрасывается с шельфа на дно океанов.

4. под воздействием океанических течений обломочный материал третьего уровня седиментации перемещается на тысячи километров, где на дне океанов они и формируются.

По величине обломочных зерен горные породы делятся на крупнозернистые, среднезернистые и мелкозернистые.

Особенностью, свойственной большей части осадочных пород, является слоистость, которая отражает неравномерный процесс накопления осадков. Но есть исключение, например, коралловые известняки.

Важнейшим свойством обломочных горных пород является их степень сцементированности. Под цементом в данном случае понимают любое минеральное вещество, заполняющее промежутки между обломками и скрепляющее их друг с другом. Деление по структуре идет на группы:

• рыхлые породы (пески, галечники, щебень) – в таких горных породах обломки удерживаются только силами трения..

• сцементированные (монолитные) минеральные массы. В любом случае сцементированные породы обладают существенно большей прочностью. (брекчии – из угловатых сцементированных обломков; галечные конгломераты – состоящие из сцементированных друг с другом галек; валунные конгломераты – состоящие из валунов),

Глины. По минеральному составу глины резко отличаются от типичных обломочных пород. Их главные химические компоненты - кремнезем и глинозем. Глины обладают пластичностью, низкой водопроницаемостью, многие их разновидности набухают в воде. Это обусловливает их роль как водоупорных горизонтов подземных вод. Наиболее распространенными глинистыми минералами являются каолинит, гидрослюды, монтмориллонит. По преобладанию одного из этих минералов глины получают свое название. Сильно уплотненные глины, не размокающие в воде, называются аргиллитами (греч. "аргиллос" - глина, "литос" - камень).

Цвет глинистых пород зависит от присутствия в них мельчайших минеральных тонкодисперсных частиц (свыше 30%) (лат. "дисперсио" - рассеяние). Эти породы имеют различный цвет в зависимости от слагающих их минералов или примесей:

• белые – содержат примеси каолинита и галлуазита;

• зеленые – содержат примеси хлорита или нонтронита,

• красные – содержат примеси оксида железа (гематита).

Химический состав (основной) глинистых пород: Si₂ – Кремний; Al – Алюминий; Fe – железо; Ca – Кальций; О – Кислород; Н – водород; K – Калий; С – углерод.

Вулканогенные породы в основном представляют пирокластические породы - скопление выброшенного при вулканических взрывах туфа и пепла.

Химические (хемогенные) и биохимические (биогенные) породы образуются в результате: химических реакций или выпаривания, или при косвенном участии биологических организмов, а также при концентрации их тел и скелетов. К числу пород данной группы относятся породы:

• алюминиевые (латериты, бокситы),

• кремнистые (опал, халцедон),

• фосфатные (фосфориты),

• железистые (бурые железняки),

• карбонатные (известняки, мергели, доломиты),

• галоидные (галит, сильвин),

• сульфатные (гипс, ангидрит)

• каустобиолиты (торф, бурые и каменные угли, горючие сланцы, озокерит и др.).

Химические (хемогенные) породы представлены галоидами (каменная соль, сильвинит и др.) и сульфатными горными породами (гипс, ангидрит).

Биогенные породы представлены в основном известняками, состоящими из раковин беспозвоночных животных, остатков известковых водорослей или из их обломков.

Карбонатные породы характерны для отложений морей и океанов на глубинах менее 4 км. На глубинах свыше 4 км карбонаты кальция растворяется, поэтому глубоководные осадки представлены обломочными, глинистыми или кремнистыми отложениями.

Реже в природе встречаются кремнистые породы – состоящие из кремнистых раковин животных и растений, а также каустобиолиты (которые образуются из растительных и животных остатков, преобразованных под влиянием различных геологических факторов).

Метаморфические горные породы. Метаморфические породы очень разнообразны по своему внешнему виду и по минеральному составу. Метаморфизм глинистых пород превращает их в глинистые сланцы, затем в филлиты, потом в кристаллические сланцы, амфиболиты и парагнейсы. При метаморфизме магматических пород возникают ортогнейсы. При метаморфизме кварцевых песчаников образуются кварциты, а из известняков и доломитов — мраморы.

Более высокой степенью регионального метаморфизма отличаются гранулиты. Наиболее высоко метаморфизованными породами являются эглокиты, состоящие из пироксена и граната, характеризующиеся высокой плотностью (3,3 — 3,4 г/м³).

В результате метаморфизации ультраосновных пород образуются серпентиниты. Для них характерна зеленая пятнистая окраска.

К контактно-метаморфическим породам относят роговики и скарны.

Роговики образуются в результате метаморфизации песчано-глинистых кварцево-силикатных пород. В состав роговиков входят различные минералы: кварц, слюда, часто полевые шпаты, гранаты.

Скарны возникают в зоне контакта магмы с карбонатными и силикатными породами и состоят в основном из кальциевых пироксенов и гранатов, иногда с примесью эпидота, актинолита и разнообразных рудных минералов (железа, меди, свинца, цинка, золота, олова, вольфрама, молибдена и др.), распространены лучистые роговые обманки (актиновит, тремолит, волластонит). Со скарнами связаны различные рудные месторождения: железные, медные, свинцово-цинковые, вольфрамовые и молибденовые, золотые, кобальтовые, мышьяковые, оловянные и др.

С метаморфическими породами связаны очень важные в практическом отношении метаморфогенные месторождения, содержащие железные руды, графит, золото, уран, медь, кварциты, мраморы и др. К числу наиболее распространенных метаморфических пород относятся глинистые сланцы, гнейсы, кварциты, мраморы, серпентиниты, скарны, роговики.

Поскольку сходные по составу, структурам и текстурам метаморфические породы могут возникнуть при изменения как маг­матических, так и осадочных пород, для обозначения их первичной природы к названиям метаморфических пород, возникших из маг­матических, прибавляется приставка «орто» (ортогнейсы), а к назва­ниям метаморфических пород, возникших за счет первично-осадоч­ных пород, — приставка «пара» (парагнейсы).

Кроме осадочных, интрузивных и эффузивных горных пород имеются и дру­гие группы горных пород — жильные и вулканогенно-обломочные. Они формируются при застывании магматических расплавов в трещинах, рассекающих как магматические, так и оса­дочные горные породы. Для жильных пород характерна полнокри­сталлическая структура, обычно мелкозернистая, часто порфировидная. По минеральному составу жильные породы могут соответство­вать интрузивным породам любой кислотности.

Вулканогенно-осадочные (пирокластические) породы являются результатом цементации выброшенного при вулканических извер­жениях, а затем осевшего в водной или воздушной среде материала. В зависимости от размера и силы извержения частицы разносятся от места взрыва на расстояния от нескольких километров до сотен и тысяч километров. Осаждающийся материал образует рыхлые скоп­ления, которые в зависимости от размеров обломков называют вул­каническим пеплом при пылевидных размерах частиц, вулканическим песком — при песчановидных. Более крупные вулканические облом­ки называют лапиллями (камушками) и вулканическими бомбами, до­стигающими нескольких метров в поперечнике. Весь рыхлый пирокластический материал называют тефрой. Со временем выброшенные обломки цементируются и пре­образуются в плотные породы — вулканические туфы, вулканические и лавовые брекчии.

В земной коре горные породы, как и минералы, образуют опреде­ленные сообщества друг с другом, называемые геологическими форма­циями. Формации могут выделяться в зависимости от происхождения пород (магматические, осадочные, метаморфические), их петрографи­ческого состава (карбонатные, галогенные), преимущественного разви­тия в различных структурных элементах земной коры (платформен­ные, подвижных поясов), а также по некоторым другим признакам.

Понятие "формация" возникло для обозначения крупных толщ осадочных пород, выделяемых по преобладанию или определённому сочетанию некоторых их типов и месту в общей последовательности геологических напластований (например, древний красный песчаник, писчий мел в Европе). В дальнейшем этот термин, особенно в советской геологии, утратил своё стратиграфическое значение и приобрёл генетический (парагенетический) смысл. Каждая формация характеризуется общностью состава, строения и распространения, отражающих её формирование в определённых палеогеографических условиях, господствующих на определённом этапе развития той или иной тектонической области (зоны), со свойственными ей тектоническим режимом и климатом. Это комплексы фаций и генетических типов отложений. Границы формации могут скользить во времени; различные типы формаций, повторяясь в отложениях разного возраста, несколько изменяют свои особенности. В американской литературе термин "формация" применяется для обозначения подразделений региональных лито-стратиграфических шкал, примерно соответствуя русскому термину свита.