3.2 Осадочные горные породы

В общем виде образование осадочных пород происходит по следующей схеме: стадия гипергенезастадия транспортогенеза (перенос) стадия седиментогенеза  стадия катагенеза стадия метагенеза.

На условия образования осадков влияют климат, рельеф местности и геотектонический режим территории. Климат определяет тип литогенеза (характер образования осадочных пород). Существуют нивальный, гумидный и аридный типы литогенеза.

Нивальный (ледовый) – климат полярных и высокогорных областей, господствуют отрицательные температуры.

Гумидный – климат влажных зон с положительными температурами большую часть года и преобладанием количества выпавших осадков над испарившимися.

Аридный – климат пустынь и полупустынь с дефицитом влаги (испарение превышает количество выпадающих осадков).

3.2.1 Стадии образования осадочных пород

Стадия гипергенеза – характерно выветривание (разрушение) материнских пород на поверхности Земли под воздействием воздуха, воды, изменения температур, жизнедеятельности организмов. Существует физическое и химическое выветривание.

Физическое выветривание совершается под воздействием температуры и участия воды, льда и ветра. При нагреве минералов из-за неодинаковой теплопроводности происходит расширение и сжатие, образование трещин. Трещины заполняются водой, вода замерзает и разрушает породу. Физическое выветривание приводит к образованию обломков пород различных размеров – дезинтеграция. Химическое выветривание происходит под влиянием воды. Вода характеризуется величиной рН (кислая, нейтральная и щелочная) и величиной Eh (влияет на направление реакции – восстановительная или окислительная). Действие воды на минерал заключается в растворении, гидратации (вытеснение ионами Н⁺ оснований из силикатов и др.) и гидролизе (распад минерала). Большое значение для химического выветривания имеет наличие в воде углекислоты, серной кислоты, гуминовой кислоты и др. В процессе химического выветривания происходит разрушение сложных соединений и возникновение простых (KAlSi₃O₈  K₂O + Al₂O₃ + SiO₂), окисление (Fe²⁺Fe⁺⁺⁺) и гидратация (CaSO₄ CaSO₄ ^.2H₂O).

В результате физического и химического выветривания на месте залегания материнских пород возникает кора выветривания. На месте выветривания остаются наиболее устойчивые продукты, а неустойчивые переходят в раствор и выносятся за пределы подземными и поверхностными водами.

Стадия транспортогенеза – переноса вещества. Перенос вещества совершается текучими водами (дождевые, талые, речные, морские, озерные, океанические), ветром, льдами, организмами и др. В процессе переноса и отложения осадочного материала происходит разделение (дифференциация) частиц по весу, размеру и химическим свойствам. Основными типами дифференциации являются: механическая – обломки подразделяются по размеру и удельному весу; химическая – разделение вещества по химическим особенностям.

Стадия седиментогенеза: перенос вещества заканчивается осаждением (отложением) осадка. Причинами выпадения осадков являются: для твердых частиц – сила тяжести, для коллоидных – коагуляция (слипание) коллоидов; для ионных растворов – пересыщение растворимости, изменение температуры и давления.

Стадия диагенеза: (диагенез – перерождение) изменения, происходящие в осадке (уплотнение, потеря влаги, разложение одних и образование других минералов), приспособление образовавшегося осадка к новым условиям. В результате диагенеза из осадка образуется осадочная порода.

Стадия катагенеза – изменение осадочных пород в связи с погружением на глубину в область повышенной температуры и давления (на глубине 100 м давление около 30 кг/см², температура 3C; 100 м давление 300 кг/см² температура 30C; 1000 м давление 3000 кг/см²; температура 300C).

В этих условиях происходит дальнейшее уплотнение пород, растворение минералов, перекристаллизация минералов и др.

Стадия метагенеза – глубокие изменения породы на глубинах 8000-10000 м со следами начального метаморфизма. На этой стадии плотность пород максимальная, пористость уменьшается до 2-3 %, появляется тонкая трещиноватость, усиливаются процессы растворения, регенерации и перекристаллизации минералов.

3.2.2 Составные части осадочных пород. В состав осадочных пород входят аллотигенные минералы, аутигенные минералы, органические остатки и вулканогенный материал.

Аллотигенные материалы – устойчивые от разрушения материалы ранее существовавших пород (кварц, полевые шпаты – ортоклаз, плагиоклаз, обломки горных пород). Аутигенные минералы – возникают в осадке или осадочной породе на различных стадиях развития.

3.2.3 Классификация осадочных пород. Осадочные породы подразделяются в зависимости от образования на обломочные, химические и органические (органогенные).

Обломочные породы в зависимости от размера обломков подразделяются на группы (табл. 3): грубообломочные или псефитовые (более 1 мм), песчаные или псаммитовые (0,1-1,0 мм), пылеватые или алевритовые (0,01-0,1 мм) и глинистые или пелитовые (менее 0,01 мм). Среди грубообломочных выделяют рыхлые (валуны, глыбы, гравий, галька, щебень) и сцементированные (конгломераты и брекчии), среди песчаных – рыхлые (пески) и сцементированные (песчаники), среди алевритовых – рыхлые (алевриты и лесс), сцементированных (алевролиты), среди глинистых – рыхлые (глины) и сцементированные (аргиллиты).

Химические горные породы (табл. 4) по составу подразделяются на группы на карбонатные (известняки, доломиты, мергели), кремнистые (кремень, опока), сульфатные (гипс, ангидрит), галоидные (галит, сильвин, карналлит), аллиты – алюминиевые (боксит, латерит, каолин), железистые и марганцевые (лимонит – бурый железняк, пиролюзит, псиломелан) и фосфаты (фосфорит, апатит, глаукониты).

Органогенные (органические) горные породы (табл. 5)по составу подразделяются на группы карбонатных (известняк-ракушечник, известняк-рифовый, мел), кремнистые (диатомит, трепел, опока, спонголит), горючие (каустобиолиты) угольного ряда (торф, бурый уголь, каменный уголь, антрацит) и нефтяного ряда (сапропель, горючий сланец, сапропелит, битум, асфальт, нефть).