Материал: Условия формирования осадочных горных пород

Известняк -осадочная карбонатная горная порода, состоящая в основном из кальцита или кальцитовых скелетных остатков организмов, редко - из арагонита.

Доломит-осадочная карбонатная горная порода, состоящая на 95% и более из минерала доломита.

Мергель -осадочная камнеподобная горная порода смешанного глинисто-карбонатного состава: 50-75% карбонат (кальцит, реже доломит), 25-50 % - нерастворимый остаток (см. приложение Д).

Класс кремнистыхпород.Кремнистая порода более чем на 50 % состоит из кремнезема и имеет органическое, химическое и вулканогенно-осадочное происхождение.

Главнейшими представителями кремнистых пород являются следующие:

Диатомит-осадочная горная порода, лёгкая тонкопористая кремнистая порода, рыхлая или плотная, состоящая в своей основной массе из опаловых створок диатомовых водорослей или их обломков.

Трепел- рыхлая или слабо сцементированная, тонкопористая опаловая осадочная порода. Отличается от диатомита малым содержанием органических остатков; состоит из мелких сферических опаловых телец (глобул), с примесью глинистых минералов, глауконита, кварца, полевых шпатов.

Опока- микропористая кремнистая осадочная горная порода, сложенная аморфным кремнезёмом (опалом, до 98%) с примесью глинистого вещества, скелетных частей организмов (диатомей, радиолярий и спикул кремнёвых губок), минеральных зёрен (кварца, полевых шпатов, глауконита).

Кремень-минеральное образование, состоящее из кристаллического и аморфного кремнезёма (опала, халцедона или кварца).Кремень широко распространён в природе в виде конкреций, линз и пластов, залегающих согласно среди известняков и меловых отложений (см. приложение Ж).

Класс галоидных и сульфатных пород. Галоидные и сульфатные породы образуются путем выпадения слагающих их минералов из пересыщенных водных растворов. Эти типично хемогенные породы называются эвапориты. Состоят главным образом из хлоридов и сульфатов Na, К, Са и Mg. Среди галоидных пород наиболее распространенной является каменная соль, а из сульфатных - гипс и ангидрит.

Каменная соль, или галит, представляет собой зернисто-кристаллическую массу. Соленая на вкус, легко растворяется в воде. Каменная соль встречается в виде более или менее мощных сплошных масс и в виде примесей в обломочных породах и глинах.

Гипс, как и галит, в породе встречается в виде мелкозернистых кристаллических светлоокрашенных скоплений. Характерны для этой породы небольшая твердость и небольшой удельный вес. Часто встречается среди глин, песков и песчаников в виде мелких рассеянных зерен или друз кристаллов.

Ангидрит - серая плотная зернисто-кристаллическая порода с большей твердостью и удельным весом, чем гипс. Ангидрит встречается на глубинах более 70-100 м; в тех редких случаях, когда выходит на дневную поверхность, вследствие процессов гидратации переходит в гипс (см. приложение И).

Класс алюминиевых пород (аллитов).К аллитам относятся латериты и бокситы.

Латериты -поверхностные образования, возникшие в результате физического и химического выветривания кристаллических богатых полевыми шпатами пород в условиях жаркого и влажного климата.

Бокситы -горнаяпорода, состоящая из нескольких минералов - гидроксидов алюминия. Обычно бокситы представляют собой землистую глиноподобную массу. Главные рудообразующие минералы бокситов: диаспор, гётит, гидрогётит, гидрогематит,хлориты, ильменит (см. приложение К).

Класс железистыхпород. Железистыми осадочными породами считают те, где его присутствует более 10%, а рудами - более 30%.

Железистые породы образуются в результате выветривания магматических и метаморфических пород.

Наиболее распространенными железистыми породами являются лимониты, представляющие собой гидроксид железа с песчаным или глинистым материалом;сидериты, шамозиты, железистые кварциты(см. приложение Л).

Класс фосфатных пород. К ним относятся песчаники и глины, обогащенные кальциевыми солями фосфорной кислоты с содержанием до 40%. Фосфориты образуются путем выпадения химического осадка в морских условиях (см. приложение М).

Класс каустобиолитов.Каустобиолиты-в переводе с греческого языка «горючие камни». Образуются из остатков растительных и животных организмов под влиянием биохимических, химических и геологических факторов[4, с.102].

В настоящее время по условиям образования данные породы делятся на каустобиолиты угольного ряда (торф, ископаемые угли, горючие сланцы, янтарь) и каустобиолиты нефтяного ряда (природные битумы: нефти, мальты, асфальты, озокерит, природный газ) (см. приложение Н).

Классификация осадочных горных пород дается по их генезису и вещественному составу.

ГЛАВА 2.УСЛОВИЯ ФОРМИРОВАНИЯ ОСАДОЧНЫХ ГОРНЫХ ПОРОД

.1 Процесс формирования осадочных горных пород

Процесс формирования осадочной горной породы называется литогенезом и состоит из нескольких стадий:

) образование осадочного материала;

) перенос осадочного материала;

) седиментогенез - накопление осадка;

) диагенез - преобразование осадка в осадочную горную породу;

) катагенез - стадия существования осадочной породы в зоне стратисферы;

) метагенез - стадия глубокого преобразования осадочной породы в глубинных зонах земной коры (рисунок 2.1).

Рисунок 2.1 Схема образования осадочных горных пород[15]

Образование осадочного материала.Образование осадочного материала происходит за счет действия различных факторов- влияния колебаний температуры, воздействия атмосферы, воды и организмов на горные породы. Все эти процессы приводят к изменению и разрушению пород и объединяются одним термином выветривание.

Различают выветривание механическое, когда раздробление пород происходит вследствие тектонических процессов, деятельности воды, ветра, льда, под влиянием силы тяжести и других причин.Химическое выветривание связано с тем, что многие минералы, оказавшись у поверхности Земли, вступают в различные химические реакции. Объём их при этом увеличивается, и горная порода разрушается. Основными факторами этого типа выветривания являются атмосферная и грунтовая вода, свободные кислород и углекислота, растворенные в воде органические и некоторые минеральные кислоты.

К процессам химического выветривания относятся окисление, гидратация, растворение и гидролиз. Химическое разложение протекает одновременно с механическим раздроблением. Физическое (морозное) выветривание протекает под влиянием колебаний температуры, вследствие чего минералы, слагающие породы, испытывают попеременно то сжатие, то расширение. Это приводит к образованию трещин и в конечном итоге к разрушению пород. Особенно активно физическое выветривание в районах с континентальным климатом, где отмечается существенная разница суточных и сезонных температур. Биологическое выветривание производят живые организмы[8, с.6].

Перенос осадочного материала.Осадочный материал обычно не остается на месте, а переносится под действием различных факторов в те участки земной поверхности, где существуют условия, благоприятные для его накопления и захоронения.

Перенос осуществляется главным образом с помощью воды и ветра; кроме них заметную роль в перемещении осадков играют движущиеся ледники, айсберги и прибрежные льды, а также связанные с проявлением силы тяжести оползни, осыпи, обвалы; а также живые организмы. Чем меньше частицы, тем дальше они могут быть перемещены.

Главной транспортирующей силой на Земле служит вода, которая в районах с избыточными осадками в форме грунтовых вод, вод источников, речной и озерной воды стремится под уклон к океану, формируя при этом морфологию поверхности. В зависимости от размеров и характера переносимого водой материала, он транспортируется либо путем перекатывания, либо во взвешенном состоянии или в растворенном виде. При понижении скорости течения происходит последовательное отложение обломков согласно закону механической осадочной дифференциации: глыбы - валуны - галька - гравий - песок - алеврит - пелит.Продукты выветривания распределяются, таким образом, по всей поверхности Земли, подвергаются при этом сортировке и, наконец, отлагаются в виде осадков в самых глубоких местах или на материках.

Седиментогенез - накопление осадка.Транспортируемый осадочный материал осаждается в пониженных участках рельефа.

Длительное и устойчивое погружение области осадконакопления предопределяет образование мощной, однородной осадочной толщи. В случае частой смены тектонического режима происходит переслаивание осадков, различных по составу и строению.

В процессе переноса и осаждения осадочного материала под влиянием механических, химических, биологических и физико-химических процессов происходит его сортировка и избирательный переход в твердую фазу растворенных и газообразных веществ. Этот процесс называется осадочной дифференциацией. Образовавшиеся в результате осадочные породы в большинстве своем отличаются от магматических и метаморфических более простым химическим составом, высокой концентрацией отдельных компонентов или более высокой степенью однородности частиц по размеру.

Диагенез.Превращение осадка в горную породу называется диагенезом. Этот процесс заключается в оседании осадка, его накоплении, постепенном уплотнении, обезвоживании и кристаллизации.

Осадок, накопившийся на дне водоема или на поверхности суши, обычно представляет собой неравновесную систему, состоящую из твердой, жидкой и газовой фазы. Между составными частями осадка начинается физико-химическое взаимодействие.Активное участие в преобразовании осадков принимают обитающие в иле организмы.

Во время диагенеза происходит уплотнение осадка под тяжестью образующихся выше него слоев, обезвоживание, перекристаллизация. Продолжительность стадии диагенеза изменяется в широких пределах, достигая десятков и даже сотен тысяч лет[8, с.76].

Катагенез.В стадию катагенеза осадочные породы претерпевают существенные преобразования, сопровождаемые изменением химико-минералогического состава, строения и физических свойств. Основными факторами преобразования пород являются температура, давление, вода, растворенные в ней соли и газообразные компоненты, окислительно-восстановительный потенциал и радиоактивное излучение.

В процессе катагенеза происходит уплотнение пород, их обезвоживание, растворение неустойчивых соединений, а также перекристаллизация и образование новых минералов.

Метагенез.На стадии метагенеза происходит максимальное уплотнение осадочных пород, меняется их минеральный состав, структура. Преобразование пород происходит под влиянием тех же факторов, что и при катагенезе, но температура более высокая (200-300°С), выше минерализация и газонасыщенность вод.

Изменение структуры пород проявляется в укрупнении размера зерен, в упорядочении их ориентировки, перекристаллизации с исчезновением фаунистических остатков. Завершается стадия метагенеза переходом осадочных пород в метаморфические[1, с.62].

Таким образом, история образования осадочных горных пород и их последующего изменения в условиях прогибания земной коры может быть выражена следующей схемой: седиментация или седиментогенез -› диагенез -› катагенез -› метагенез -› метаморфизм и образование метаморфических горных пород. Этот процесс может быть прерван в любой стадии тектоническими движениями и осадочные горные породы могут быть подняты к поверхности в зону гипергенеза.

2.2 Факторы формирования осадочных горных пород

Формирование осадочных горных пород- сложный природный процесс, происходящий в различных условиях, которые определяются разнообразными факторами и силами земной и космической природы. Среди них ведущую роль играют тектонические процессы. Огромное влияние на осадкообразование оказывают климат, рельеф, жизнедеятельность животных и растительных организмов, но все эти факторы в значительной степени регламентируются тектоникой. Кроме того, на образование осадочных пород накладывают отпечаток газовый состав атмосферы, солевой состав и минерализация вод гидросферы, кислотность среды, интенсивность и формы проявления вулканической деятельности, состав пород в областях питания и некоторые другие.

. Тектонические колебательные движения.Тектонические колебательные движения способствуют трансгрессии и регрессии морских водоемов и, следовательно, перемещение береговых линий. Это отражается на составе и строении отлагающихся осадков. В ряде случаев в результате регрессии могут образоваться обширные мелководные водоемы, имеющие ограниченную связь с открытым морем. В условиях жаркого засушливого климата соленость вод таких бассейнов существенно возрастает, что может вызвать осаждение различных солей.

Вследствие тектонических движений изменяются положение областей сноса осадочного материала на континентах, рельеф поверхности, скорость течения рек и временных потоков, что сказывается на минеральном составе и размере обломочного материала.

Тектонический режим в значительной мере определяет скорость накопления осадочного материала. Установлено, что в геосинклиналях она выше, чем на платформах. По данным В.Е.Хаина и А.Б.Ронова, средняя скорость накопления осадков в этих областях соответственно составляла 30-320 и 3-13 мм за 1000 лет. Cкорость накопления осадков на равнинах ниже, чем в предгорьях, а в центральных частях океанических бассейнов - ниже, чем в прибрежных областях.

.Рельеф.Существенную роль в формировании осадочных пород играет рельеф поверхности суши и дна водоемов. В горных районах может образовываться и перемещаться крупный обломочный материал-от первых миллиметров до нескольких метров. В равнинных областях обычно формируется мелкий обломочный материал, составляющий доли миллиметра. При скорости течения равнинных рек до 0,3-0,5 м/с может переноситься песок, алеврит, пелитовые частицы. Горные реки, скорость течения которых достигает 8-10 м/с, способны переносить валуны и даже глыбы.

В морских условиях рельеф дна бассейна в значительной мере определяет характер распределения осадка. Пониженные элементы рельефа благоприятны для его накопления, а приподнятые нередко подвергаются размыву, при этом в первую очередь уносятся наиболее мелкие частицы, и вследствие этого происходит относительное обогащение осадка крупными частицами. При крутом уклоне дна более 20-30° осадочный обломочный материал, не задерживаясь в прибрежной зоне, скатывается на глубину и отлагается на уступах или в зоне выполаживания рельефа дна.

.Климат.Климат также оказывает большое влияние на формирование осадочных пород. Сам он определяется многими причинами и факторами, среди которых ведущую роль играют интенсивность солнечной радиации, положение участков поверхности Земли относительно Солнца, прозрачность и состав атмосферы, гипсометрия суши, соотношение площадей суши и моря, интенсивность теплового потока Земли и все эти факторы в значительной мере определяются тектоническими причинами.

Учитывая важную роль климата на разных этапах образования осадочных пород, Н.М.Страховвыделил четыре климатических типа литогенеза:

) ледовый;

) гумидный;

) аридный;

) аклиматический, вулканогенно-осадочный.

) Ледовый тип литогенеза. Он характеризуется тем, что основная часть осадочного материала образуется в результате механического выветривания скал ледником. Перенос осадочного материала, осуществляется, таким образом, в основном ледниками и в незначительной степени водой подледниковых ручьев. В области осадконакопления отлагается неотсортированный по размеру материал, из которого затем формируются породы мореного типа. В современную эпоху ледовый тип литогенеза развит на континентальных массивах высоких широт и в горных районах, выше снеговой линии.