4. Морфология минеральных агрегатов

В результате кристаллизации и затвердения раствора или расплава образуется смесь сросшихся между собой кристаллических зерен – минеральных агрегатов, которые бывают мономинеральными и полиминеральными.

К главнейшим типам минеральных агрегатов (рисунок 1.1) относятся:

– Зернистые – отличаются различной взаимной ориентировкой сросшихся минеральных индивидов относительно друг друга (гранит);

– Друзы – сообщество кристаллических индивидов, имеющих общую основу (кварц);

– Секреции – стенки пустот выполнены кристаллическими индивидами, рост которых происходит от периферии к центру (кварц, халцедон);

– Конкреции (коллоидные сгустки) – разрастаются вокруг определенного центра – радиально-лучистое строение (фосфориты);

• Оолиты – коагуляция вокруг песчинок (боксит);

• Дендриты – имеют ветвящееся древовидное строение, напоминающее отпечатки растений (особо папоротников);

• Натеки и почвовидные агрегаты – могут иметь вид сосулек, растущих сверху (сталактиты) и снизу (сталагмиты). Срез таких агрегатов показывает их зональное строение.

• Налеты, выцветы, примазки, корочки – обычны для поверхностных условий;

• Землистые агрегаты – мягкие, мучнистые, сажистые, охристые (лимонит).

а – дендриты (снежинки); б – друзы; в – конкреции фосфоритов; г – секреция (агат); д – оолитовое стяжение; е – натечные формы (сталактиты и сталагмиты); ж – схема развития конкреции; з – схема роста секреции; и – дендриты самородного серебра.

Рисунок 1.1 – Главнейшие типы минеральных агрегатов

5. Классификация минералов

Наиболее распространенной является химическая классификация минералов по Е.К. Лазаренко (табл. 1.2)

Таблица 1.2 – Химическая классификация минералов

I Тип простых веществ	II Тип сульфидов	III Тип кислородных соединений	IV Тип галоидов	V Тип органических соединений
1. Класс самородных металлов 2. Класс самородных неметаллов	1. Класс моно-сульфидов 2. Класс поли-сульфидов	1.Класс оксидов 2.Класс силикатов 3.Класс боратов 4.Класс фосфатов 5.Класс карбонатов 6.Класс вольфраматов и молибдатов 7.Класс сульфатов 8.Класс хроматов 9.Класс нитратов	1.Класс хлоридов 2.Класс фторидов	1.Класс ископаемых смол 2.Класс липтобилитов

2. Геологические процессы

Под этими процессами понимают способ и условия образования минералов в природе.

Различают следующие типы процессов в природе: эндогенные и экзогенные.

1. Эндогенные процессы (изнутри рожденные)

Протекают за счет внутренней тепловой энергии Земли. Минералы являются продуктами магматической деятельности и образуются в результате кристаллизации магмы. Процессы протекают на разных глубинах при необычно высоких температурах.

2.1.1 Магматизм

Глубинные магматические процессы подразделяются на этапы:

– Магматический

Приводит к образованию изверженных горных пород, которые подразделяются на глубинные (интрузивные) или излившиеся (эффузивные).

По содержанию SiO₂ среди изверженных пород различают:

ультраосновные (содержание SiO₂ менее 45 %),

основные (содержание SiO₂ 45-52 %),

средние (содержание SiO₂ 55-65 %),

кислые (содержание SiO₂ > 65 %),

щелочные (содержание SiO₂ 40-50 %, щелочей до 20 %).

• Пегматитовый

Протекает в верхних краевых частях магматических массивов. Пегматиты характеризуются необычайной крупнозернистостью минеральных агрегатов;

– Пневматолито – гидротермальный:

– Пневматолиз – когда расплавы, насыщенные летучими компонентами, кристаллизуются в условиях пониженного давления, вследствие чего возникает вскипание и дистилляция вещества;

– Гидротермальный процесс – остаточные парообразные растворы, используя для продвижения системы трещин, возникающих при внедрении магмы в кровле магматических очагов, постепенно охлаждаются, сжижаются, превращаясь в горячие водные растворы – гидротермы.

Причиной формирования источников плавления и возникновения магмы является тепловой разогрев мантийного вещества в результате распада радиоактивных элементов (уран, радий, торий и т.п.). При этом более всего разогреваются отдельные зоны мантии, которые залегают под горными системами на глубине 70-80 км.

При движении магмы вверх происходит процесс изменения как ее состава, так и физических особенностей.

Для интрузивного магматизма характерной особенностью является тот факт, что процесс происходит на значительных глубинах в закрытой термодинамической системе, которая способствует полной и медленной раскристаллизации магмы.

Для эффузивного магматизма (вулканизма) характерно образование вулкана, в котором через некк происходит вынос магмы – лавы, насыщенной разнообразными газами и обломками боковых пород.

Для продуктов вулканической деятельности характерно наличие:

– газов – сухих (NaCl, KCl, FeCl₃, S, F), кислых (HCl, SO₃), щелочных (NH₄, Ca), низкотемпературных (H₂S, H₂O, SO₂);

– жидких продуктов (лава, вода);

– твердых продуктов (вулканические бомбы, лапилли, песок, пепел).

1 – кальдера, 2 – сомма, 3 – конус, 4 – кратер,

5 – жерло, 6 – лавовый поток, 7 – лавовый очаг

Рисунок 2.1 – Строение вулканического аппарата

Отмечены три пояса вулканической деятельности: Тихоокеанский, Среднеземноморско-Индонезийский и Атлантический (рисунок 2.2). Карта географического распространения вулканов приводится на рисунке (рисунок 2.2).

Рисунок 2.2 – Карта географического распространения

вулканов

2.1.2 Метаморфизм

Под метаморфизмом понимают перерождение (преобразование) горных пород под воздействием физико-химических процессов в глубинных условиях земной коры.

К физическим свойствам, обуславливающим устойчивость минеральных ассоциаций, слагающих горные породы, относятся:

• температура;

• общее давление;

• содержание флюидов ( в первую очередь воды);

• давление активных элементов (S, O₂) в флюидах, которое может изменить степень окисления отдельных элементов.

При метаморфизме основные преобразования заключаются:

• физические:

в разрушении зерен, перекристаллизации минералов, взаимном прорастании зерен минералов, увеличении размеров зерен, параллельной ориентировке удлиненных или плоских зерен минералов в породе;

• химические:

в формировании новых минеральных ассоциаций, перекристаллизации существующих минералов под влиянием привнесенных флюидами в виде ионов, газов и жидкостей химических веществ.

В зависимости от факторов, преобладающих при метаморфизме, выделяют следующие типы метаморфизма:

– Локальный, захватывающий сравнительно узкую зону непосредственного соприкосновения интрузивных тел со вмещающими породами.

Контактовые изменения происходят под влиянием высокой температуры внедряющихся интрузивных тел (пирометаморфизм), горячих газов, выделяющихся из остывающей магмы (пневматолиз), горячих минерализованных вод, конденсирующихся из паровых выделений магмы (гидротермальный метаморфизм), а также в результате сильного воздействия внедряющихся во вмещающие породы интрузивных сил (динамометаморфизм). Иногда при контактовом метаморфизме наблюдаются тонкие послойные внедрения жидкой магмы в окружающие породы (инъекционный метаморфизм);

Рисунок 2.3 – Зоны контактового метаморфизма

• Региональный метаморфизм

Это глубинный метаморфизм, проявляющийся на огромных площадях и захватывающий самые разнообразные горные породы. Региональный метаморфизм тесно связан с геосинклиналями – подвижными зонами земной коры. В геосинклиналях значительные толщи осадочных горных пород длительное время опускались на большую глубину и оказывались в зоне воздействия температуры и высокого давления.

Степень метаморфизма горных пород зависит от глубины, температуры и давления, что, в свою очередь, обуславливает зональное распределение комплекса метаморфических горных пород.

2.1.3 Тектонические явления

Движения земной коры, вызывающие изменения высотного положения и нарушения первоначального залегания земной коры, называются тектоническими.

Основными группами тектонических движений являются колебательные (эпейрогенические) и дислокационные:

• Колебательные движения

При колебательных движениях происходит подъем (регрессия моря) суши или опускание (трансгрессия моря) суши. Эти движения знакопеременны. Толщи морских (и частично континентальных) осадочных горных пород, как правило сложены сериями наслоений (напластований), образовавшихся в результате либо трансгрессий, либо регрессий морей. Такова, например, природа образования каменноугольных отложений Донецкого угольного бассейна.

Колебательные движения характерны и для настоящего времени. Так, по десятилетним наблюдениям (нивелировкам) участок железной дороги от ст. Дебальцево до ст. Алмазной в Донбассе поднимается со скоростью около 4 мм/год.

Прямым следствием колебательных движений являются изменение контуров материков, процессы трансгрессии и регрессии морей (формирование трансгрессивных или регрессивных серий), а также формирование слоистой оболочки в целом.

• Дислокационные движения

При дислокационных движениях наблюдается нарушение первоначального залегания горных пород (складкообразование), а часто и смещения (разрывные нарушения).

В результате дислокационных движений земной коры возникают новые тектонические формы залегания горных пород: складчатые (пликативные) и разрывные (дизъюнктивные).

При складчатых нарушениях дислокация пород носит пластический характер – горные породы сминаются в разнообразные складки без разрыва сплошности пород.

К особому типу тектонических дислокаций относится горообразовательный процесс (орогенез), который происходит как следствие интенсивных складчатых и разрывных нарушений земной коры.

В отличие от колебательных движений дислокационные разрушают различные инженерные сооружения, а нередко приводят и к катастрофам.

Основной формой складчатых нарушений является полная складка, состоящая из вогнутой (синклинальной) и выпуклой (антиклинальной) частей. В каждой складке выделяются определенные элементы ее строения (рисунок 2.4)

Рисунок 2.4 – Схематическое изображение двух смежных складок и их элементы

По положению осевой поверхности различают следующие типы складок: прямые, наклонные, опрокинутые, лежачие (рисунок 2.5). По форме выделяют веерообразные, изоклинальные и сундучные складки. Разрывные нарушения обычно сопровождаются смещением различных блоков земной коры относительно друг друга. К ним относятся сбросы и взбросы, сдвиги и надвиги, иногда их сложные сочетания – грабены и горсты (рисунок 2.6).

а – антиклиналь прямая; б – синклиналь прямая; в – антиклиналь и синклиналь наклонные; г – опрокинутые; д – лежачие; е – веерообразные; ж – изоклинальные; элементы складки: Я – ядро, К – крыло, З – замок; 1 – известняки; 2 – песчаники; 3 – мергели; 4 – глины; 5 – опоки; 6 – конгломераты

Рисунок – 2.5 – Складки горных пород

а – сброс; б – взброс; в – сдвиг; г – надвиг; д – горст; е – грабен

Рисунок 2.6 – Типы разрывных нарушений со смещением

4. Землетрясения и моретрясения

Землетрясениями называются колебания Земли, вызванные внезапным высвобождением потенциальной энергии земных недр. Большая часть землетрясений носит тектонический характер. Обычно при тектонических землетрясениях от сильных подземных толчков рушатся здания, гибнут люди.

Моретрясения наблюдаются на пространствах, занятых морями и океанами и сопровождаются гигантскими волнами (цунами), которые движутся со скоростью 400-800 км/час с высотой волны , достигающей 30 м.

Очаг землетрясений располагается в недрах Земли на глубинах в 50-100 км, а иногда и свыше 300 км.

Учитывая, что наикратчайшим является путь от гипоцентра до эпицентра, можно предположить, что наибольшей силы землетрясение достигает в эпицентре, а по мере удаления от эпицентра сила его ослабевает.

1 – эпицентр; 2 – плейстосейстовая область; 3 – изосейсмальные зоны; 4 – изосейсты; 5 – сейсмические лучи

Рисунок 2.7 – Схема сейсмической области

Линии, соединяющие пункты с одинаковой силой землетрясения, называются изосейстами. Область, ограниченная изосейстой наибольшего значения, называется плейстосейстовой областью. В плейстосейстовой области разрушительная сила землетрясения максимальна (рисунок 2.7).