Тема 4. Горные породы

Понятие о горных породах

Горными породами называются плотные или рыхлые агрегаты, слагающие земную кору и состоящие из однородных или различных минералов и обломков других пород. Наука, занимающаяся изучением минералогического и химического составов горных пород, их строения и условий залегания, называется петрографией.

Горные породы образуются в результате геологических процессов, происходящих в недрах земной коры или на ее поверхности. В зависимости от происхождения они могут быть магматическими, осадочными и метаморфическими.

Наряду с другими признаками горные породы характеризуются структурой и текстурой.

Структура — это особенности строения породы, обусловленные размерами, формой и характером срастания минералов, слагающих ее, а также степенью кристалличности ее вещества. Различают несколько основных типов структур магматических пород. 70

Полнокристаллическая структура характерна для пород, состоящих из кристаллических зерен минералов. По размерам зерен различают структуры: крупнозернистую (свыше 5 мм), среднезернистую (5—1 мм) и мелкозернистую (менее 1 мм).

При скрытокристаллической (афанитовой) структуре зерна минералов настолько малы, что едва различимы в микроскоп.

Породы, имеющие стекловатую структуру, состоят из не раскристаллизовавшейся, аморфной массы.

При порфировой структуре в аморфной, стекловатой массе выделяются отдельные кристаллы, называемые вкрапленниками.

Под текстурой (сложением) понимают расположение и распределение относительно друг друга составных частей породы в занимаемом ими пространстве. Различают несколько типов текстур.

Массивную, или беспорядочную, текстуру имеют породы, у которых нет какой-либо закономерности в расположении породообразующих минералов.

Слоистая текстура бывает у осадочных пород, состоящих из тонких слоев с разным составом, структурой, цветом, размерами и т. п.

Сланцеватой текстурой характеризуются породы, расслоенные на тонкие пластины, расположенные в одном направлении.

Миндалекаменная текстура характерна для пород, содержащих миндалины, состав вещества которых резко отличен от состава вмещающей породы.

У пород, имеющих флюидальную (текучую) текстуру, кристаллы минералов расположены в направлении потока лавы.

Пористую текстуру имеют породы, пронизанные видимыми на глаз порами, обусловленными газом, выделившимся при застывании магмы.

Магматические породы

Магматическими называются породы, образующиеся в результате остывания и затвердевания магмы как на глубине, внутри земной коры, так и на земной поверхности после излияния. В зависимости от этого они делятся на глубинные, или интрузивные, и излившиеся, или эффузивные. В свою очередь интрузивные породы также подразделяются на абиссальные, застывшие на большой глубине, и гипабиссальные, застывшие на небольшой глубине. Эффузивные породы, не подвергшиеся изменению, называются кайнотипными, а более древние, претерпевшие различные изменения, — палеотипными.

Интрузивные и эффузивные породы имеют различные структуру и текстуру. Абиссальные породы характеризуются полнокристаллической структурой и массивной текстурой. Для эффузивных пород более характерны стекловатая, скрытокристаллическая, порфировая структуры и флюидальная, пористая, миндалекаменная, а иногда и массивная текстуры. Кайнотипные породы имеют обычно пористую текстуру. У палеотипных пород, отличающихся большой плотностью, порфировые выделения сильно разрушены. Гипабиссальным породам свойственна порфировая структура. Однако эти породы, как промежуточные по условиям образования, могут иметь и полнокристаллическую структуру. Таким образом, по структуре и текстуре можно определить условия образования горной породы.

Магматические породы отличаются по химическому и минералогическому составам, а также по физическим свойствам. Различие в химическом составе определяется содержанием кремнекислоты (Si02) в породе. По этому признаку интрузивные и эффузивные породы разделяют на кислые (Si02 от 75 до 65 %), средние (SiOa от 65 до 52 %), основные (Si02 от 52 до 40 %) и ультраосновные (Si02 менее 40 %).

Степень кислотности магматических пород определяется со-держанием в них кварца и оливина, которые вместе не встречаются. Кислые породы содержат много Si02, избыток которого представлен зернами кварца. В средних породах кварца практически уже нет. В основных породах с уменьшением содержания кремнекислоты возрастает содержание оливина. Больше всего оливина в ультраосновных породах.

Степень кислотности характеризуется также цветом и относительной плотностью породы. Цвет зависит от наличия таких цветных минералов в породе, как биотит, роговая обманка, авгит и др. В кислых породах преобладают светлые силикаты — биотит и роговая обманка. Чем кислее породы, тем они светлее. В основных породах возрастает содержание темного силиката — авгита.

С уменьшением кислотности возрастает относительная плотность пород: у кислых пород 2,5—2,7, у средних 2,7—2,8, у основных 2,9—3,1 и у ультраосновных 3,1—3,3.

Кислые породы. Породообразующими минералами кислых пород являются калиевые полевые шпаты, кислые плагиоклазы, кварц и цветные минералы — слюды, амфиболы и изредка пироксены. Содержание полевых шпатов в кислых породах до 60—70 % определяет их светлую окраску. Среди кислых пород наиболее распространены интрузивные породы — гранит и гранодиорит и реже их эффузивные аналоги — липарит и кварцевый порфир.

Гранит — абиссальная порода, имеющая полнокристаллическую структуру; цвет красный, розовый, серый, желтоватый; разновидность гранита без слюды называется аплитом, а без полевого шпата — грейзеном; широко распространен в природе. Используется в строительном деле.

Липарит — эффузивный аналог гранита; имеет порфировую структуру; в стекловатой массе вкраплены зерна полевых шпатов и кварца; текстура чаще всего флюидальная; цвет светлый, розовато- или желтовато-белый. Порода, соответствующая по составу 72 липариту, но со стекловатой структурой, называется вулканическим стеклом (обсидианом).

Средние породы. Породообразующие минералы средних пород — светлые плагиоклазы или калиевые полевые шпаты и цветные — слюды, роговая обманка, реже авгит. Такое соотношение минералов определяет светлую окраску пород. К представителям средних интрузивных пород относятся сиениты и диориты, а эффузивных — андезиты и трахиты.

Ультраосновные породы. Породы этой группы почти целиком состоят из оливина и пироксена (авгита), богатых окислами железа и магния, с чем связано увеличение их относительной плотности до 3,3. Из-за темного цвета этих минералов породы имеют темную или черную окраску с зеленоватым оттенком. Эффузивные ультраосновные породы очень редки. Основные представители ультраосновных пород — дунит, пироксенит и перидотит.

Дунит состоит в основном из оливина; цвет желтовато-зеленый разных оттенков; широко развит ш Урале.

Пироксенит образован главным образом пироксеном (авгитом) с небольшим содержанием оливина; структура полнокристаллическая от мелко- до крупнозернистой; цвет черный.

Перидотит — порода, состоящая из оливина и авгита; структура сред незернистая; цвет темно-зеленый или зелено-черный; развит на Урале, в Восточной Сибири, в нижней части рифтовых долин срединно-океанических хребтов.

Осадочные породы

Формирование осадочных пород обусловлено экзогенными процессами. Среди осадочных пород выделяют обломочные, хемо- генные и органогенные породы.

Обломочные породы (кластические). Эти осадочные породы образуются в результате разрушения прежде существовавших пород, переноса их обломков к бассейну осадконакопления и дифференциации в процессе осаждения.

Основной текстурной особенностью обломочных пород является их слоистость, которая может быть преимущественно горизонтальной, косой и неправильной. Выделяют также плойчатую текстуру.

Текстурные особенности обломочных пород определяются характером, взаиморасположением и количественным соотношением зерен породы и цементирующих веществ.

Цементом называются минеральные вещества, заполняющие в осадочных породах промежуток между зернами и обломками породы и связывающие их между собой. Различают мономинеральные и полиминеральные цементы. Состав последних крайне разнообразен. Чаще всего встречаются различные глинистые и карбонатные цементы. Цементирующее вещество может развиваться в местах контакта зерен породы (контактовый цемент), неравномерно распределяться в породе в виде локальных участков (пятнистый, или сгустковый), обволакивать зерна породы в виде пленки (пленочный),развиваться в порах между соприкасающимися 74 зернами (поровый). Если несоприкасающиеся зерна породы погружены в цементирующую массу, то такой цемент называют ба- зальным. В осадочных породах чаще встречаются комбинации двух или более перечисленных типов цементов.

В соответствии со структурными особенностями обломочные породы подразделяются на крупно-, средне-, мелко- и тонкообломочные.

Крупнообломочные породы (псефиты) состоят преимущественно из обломков различного состава размером более 2 мм. Различают крупнообломочные породы несцементированные и сцементированные.

Среди несцементированных пород скопления угловатых неокатанных обломков с размером в поперечнике свыше 100 мм называются глыбами, от 100 до 10 мм — щебнем, от 10 до 2 мм — дресвой. Их образование связано с выветриванием горных пород. Породы, состоящие из окатанных обломков тех же размеров, соответственно называются валунником (>100 мм), галечником (10—100 мм) и гравием (2—10 мм). Валунник (скопление валунов) образуется при окатывании глыб водами горных рек, морскими волнами, движущимися ледниками; галечник и гравий — в результате окатывания и истирания глыб, валунов и щебня водами рек, морей и озер.

Среди сцементированных грубообломочных пород различают брекчию и конгломерат. Брекчия — сцементированные неокатанные обломки (глыбы, щебень и дресва), конгломерат — сцементированные окатанные обломки (валуны, гравий и галька).

Среднеобломочные породы (псаммиты) состоят из обломков с размером зерен 0,1—2 мм. Они могут быть несцементированными — пески и сцементированными — песчаники. По размеру зерен пески и песчаники разделяют на грубозернистые (1—2 мм), крупнозернистые (0,5—1 мм), среднезернистые (0,25—0,5 мм) и мелкозернистые (0,1—0,25 мм).

По составу пески и песчаники могут быть мономинеральными и полимиктовыми. Мономинеральные пески и песчаники получают название того породообразующего минерала, из которого он-и преимущественно сложены (например, кварцевый песок, глауконитовый, полевошпатовый).

По составу цемента песчаники могут быть глинистыми, известковистыми, железистыми, кремнистыми и т. п. Цвет песков и песчаников зависит от цвета преобладающих обломков, а у песчаников — и от цвета цементирующего вещества. Пески и песчаники служат хорошими коллекторами для нефти и газа, с ними могут быть связаны и другие полезные ископаемые (алмазы, золото, платина, магнетит и др.).

Мелкообломочные породы (алевриты) состоят из частиц с размером преимущественно 0,01—0,1 мм (по А. Н. Заварицкому).

К несцементированным мелкообломочным породам относятся собственно алевриты, лёссы, суглинки, супеси.

Алевриты представляют собой рыхлую осадочную породу, промежуточную между песками и глинами. Сцементированные алевриты называются алевролитами. Алевролиты также могут служить коллекторами для нефти и газа.

Тонкообломочные породы (пелиты) — глинистые породы с раз- мер ом частиц менее 0,01 мм, причем размер трети частиц не превышает 0,001 мм. Состоят из глинистых минералов, минералов обломочного (слюды, кварц, полевые шпаты и др.) и химического (карбонаты, сульфаты) происхождения. Типичными глинистыми минералами являются каолинит и монтмориллонит. Глина, состоящая из каолинита, называется каолиновой (белые глины), а из монтмориллонита — бентонитовой.

Плотные глины, сцементированные кремнеземом, называются аргиллитами. Глины и аргиллиты служат хорошими покрышками для залежей нефти и газа.

Метаморфические породы

Метаморфические горные породы образуются в результате воздействия процессов метаморфизма на магматические и осадочные породы. Для метаморфических пород типична сланцеватая текстура.

При метаморфизме первоначальная структура и минералогический состав могут полностью или частично изменяться. Большинство метаморфических пород имеет полнокристаллическую структуру—

Под действием процессов метаморфизма граниты переходят в гнейсы, известняки — в мрамор, кварцевые пески — в кварциты, глины — в глинистые сланцы и далее в гнейсы и т. д.

Рассмотрим ряд метаморфических пород по степени увеличения их метаморфизованности.

Глинистые сланцы — сланцеватые метаморфизованные глинистые породы в начальной стадии изменения. Для них характерны сланцеватость и способность раскалывания на пластины.

Филлиты образуются при метаморфизации глинистых сланцев и в отличие от них не содержат глинистых минералов. Это метаморфизованные полнокристаллические сланцевые породы, состоящие из кварца, серицита с примесью хлорита, биотита, альбита и др. Благодаря параллельному расположению чешуек слюды характеризуются шелковистым блеском по плоскостям сланцеватости.

Слюдяные сланцы являются одним из представителей кристаллических сланцев, образующихся из филлитов при более высоких давлениях и температурах. Слюдяные сланцы имеют полнокристаллическую структуру и сланцеватую текстуру. Они состоят из слюды и кварца. В зависимости от состава слюды могут быть мусковитовыми, биотитовыми и др.

Гнейсы представляют собой глубокометаморфизованную породу с параллельной текстурой. Они состоят из полевых шпатов, кварца, слюды, роговой обманки. В их составе могут быть гранат, пироксен, графит и др. Гнейсы образуются в результате метаморфизма не только осадочных и метаморфических, но и магматических пород.

Среди других метаморфических пород отметим кварциты, образующиеся при метаморфизме кварцевых песков, песчаников и других кремнистых пород. Это крепкая порода белого и светло-серого цвета с полнокристаллической мелкозернистой структурой, массивной и плотной текстурой.

Контрольные вопросы

1. Что называют горными породами?

2. Подразделение пород по происхождению.

3. Что такое структура и текстура горных пород.

4. Основные типы структур горных пород

5. Основные типы текстур горных пород.

Занятие № 5