Л Е К Ц И Я 5

Тема 3: Горные породы

План лекции:

1. Классификация горных пород по происхождению.

2. Геологическая хронология, возраст горных пород.

3. Магматические породы.

4. Осадочные породы.

5. Метаморфические породы.

Горными породами называют природные образования, состоящие из отдельных минералов и их ассоциаций. Изучением состава, происхождения и физических свойств горных пород занимается наука петрография.

Образовались горные породы в результате разнообразных геологических процессов, протекавших при различных физико-химических условиях. В зависимости от условий образования их делят на три генетические группы:

Магматические —первичные:

А. Глубинные (интрузивные) - граниты, сиениты, диориты, габбро и др.

Б. Излившиеся (эффузивные)- диабазы, порфиры, базальты, туфовые лавы и др.

Осадочные — вторичные:

А. Механические, обломочные отложения: 1)рыхлые - валуны, щебень, гравий, песок; 2) сцементированные — песчаники, конгломераты, брекчии.

Б. Органогенные и химические образования- различные известняки, доломиты, магнезиты, гипс, ангидрит.

Метаморфические (видоизмененные) - гнейс, мраморы, кварциты Возраст горных пород, геохронология

Изучением продолжительности и последовательности геологических событий занимается геохронология. Она в свою очередь подразделяется: на абсолютную и относительную.

Абсолютная геохронология устанавливает время возникновения горных пород и др. геологических явлений в астрономических единицах (годах).

Методы определения абсолютного возраста.

1. Метод ленточных глин - основан на явлении изменения состава осадков, которые отлагаются в спокойном водном бассейне при сезонном изменении климата. За 1 год образуется 2 слоя. В осенне-зимний сезон отлагается слой глинистых пород, а в весенне-летний образуется слой песчаных пород. Зная количество таких пар слоев, можно определить - сколько лет формировалась вся толща.

2. Методы ядерной геохронологии.

Эти методы опираются на явление радиоактивного распада элементов. Скорость этого распада постоянна и не зависит от каких-либо условий, происходящих на Земле. При радиоактивном распаде происходит изменение массы радиоактивных изотопов и накопление продуктов распада - радиогенных стабильных изотопов. Зная период полураспада радиоактивного изотопа, можно определить возраст минерала его содержащего. Для этого нужно определить соотношение между содержанием радиоактивного вещества и продукта его распада в минерале.

В ядерной геохронологии основными являются:

Свинцовый метод - используется процесс распада 235U, 238U, 232Thна изотопы 207Pbи 206Pb, 208Pb. Используются минералы: монацит, ортит, циркон и уранинит. Период полураспада ~4,5 млрд. лет.

Калий-аргоновый - при распаде К изотопы 40К (11%) переходят в аргон 40Ar, а остальные в изотоп 40Ca. Поскольку К присутствует в породообразующих минералах (полевые шпаты, слюды, пироксены и амфиболы), метод широко применяется. Период полураспада ~1.3млрд. лет. Рубидий-стронциевый - используется изотоп рубидия 87Rbс образованием изотопа стронция 87Sr(используемые минералы - слюды содержащие рубидий). Из-за большого периода полураспада (49.9 млрд. лет) применяется для наиболее древних пород земной коры.

20

Радиоуглеродный - применяется в археологии, антропологии и наиболее молодых отложений Земной коры. Радиоактивный изотоп углерода 14С образуется при реакции космических частиц с азотом 14Nи накапливается в растениях. После их гибели происходит распад углерода 14С, и по скорости распада определяют время гибели организмов и возраст вмещающих пород (период полураспада 5.7тыс. лет).

Относительная геохронология определяет возраст пород и последовательность их образования стратиграфическими методами, а раздел геологии, изучающий взаимоотношения горных пород во времени и пространстве называется стратиграфией.

Методы относительной геохронологии подразделяются на палеонтологические и непалентологические.

Палеонтологические методы (биостратиграфия): в основе метода-определения видового состава ископаемых остатков древних организмов и представления об эволюционном развитии органического мира, согласно которого в древних отложениях находятся остатки простых организмов, а в более молодых - организмы сложного строения. Эта особенность используется для определения возраста пород.

Не палеонтологические методы подразделяются на: литологические, структурно-тектонические и геофизические.

Литологические методы разделения толщ опираются на различия отдельных слоев, составляющих изучаемую толщу по цвету, вещественному составу (минералого­петрографическому), текстурным особенностям.

С труктурно-тектонический метод - в его основе лежит представление о существования перерывов в осадконакоплении на крупных участках земной коры. Перерывы в осадконакоплении наступают тогда, когда участок морского бассейна, где накапливалась осадочная толща, становится приподнятым и на этот период здесь прекращается формирование осадков. В последующее геологическое время данный участок может вновь начать погружение, снова стать морским бассейном, в котором происходит накопление новых осадочных толщ. Граница между толщами представляет собой поверхность несогласия. По таким поверхностям проводят расчленение осадочной толщи на пачки и сопоставляют их в соседних разрезах. Толщи, заключенные между одинаковыми поверхностями несогласия рассматриваются как одновозрастные. В отличие от литологического метода структурно-тектонический метод используется для сопоставления крупных стратиграфических подразделений в толщах.

Г еофизические методы основаны на сравнении пород по физическим свойствам. По своей геологической сущности геофизические методы близки минералого-петрографическому методу, поскольку и в этом случае выделяются отдельные горизонты, сопоставляются их физические параметры и по ним проводится корреляция разрезов. Геофизические методы не носят самостоятельного характера, а применяются в комплексе с другими методами.

Рассмотренные методы абсолютной и относительной геохронологии позволили определить возраст и последовательность образования горных пород, а также установить периодичность геологических явлений и выделить этапы в длительной истории Земли. В каждый этап последовательно накапливались толщи пород, и это накопление происходило в определенный промежуток времени. Поэтому всякая геохронологическая классификация содержит двойную информацию и объединяет две шкалы - стратиграфическую и геохронологическую. Стратиграфическая шкала отражает последовательность накопления толщ, а геохронологическая шкала - соответствующий этому процессу период времени.

На основе большого количества данных по различным регионам и континентам была создана общая для земной коры Международная геохронологическая шкала, отражающая последовательность подразделений времени, в течение которых формировались определенные комплексы отложений и эволюцию органического мира.

В стратиграфии подразделения рассматриваются от крупных к мелким: эонотема - группа - система - отдел -ярус. Им соответствуют: эон - эра - период - эпоха - век. Каждое подразделение в геохронологической шкале имеет свое название. Названия происходят от греческих слов (археос -древний и т.д.) или от места, где они впервые были выделены. Кроме того, каждое подразделение имеет свой цвет и индекс, который состоит из начальных букв названия подразделения и цифр. Например: alQiiiозначает - аллювиальные (речные) позднечетвертичные отложения, eC1 - элювиальные раннекаменноугольные отложения и т.д.

21

Геохронологическая таблица
эон	эра (группа)	период (система)	эпоха (отдел)
	Кайнозойская	Четвертичный Q	Голоцен Позднечетвертичный Среднечетвертичный Раннечетвертичный	Qiv Qiii Qii Qi
	Kz 67 млн. лет	Неогеновый N	Верхненеогеновый Ранненеогеновый	N2 N1
		Палеогеновый (Pg) p	Позднепалеогеновый Среднепалеогеновый Раннепалеогеновый	(Pg3) P3 (Pg2) P2 (Pg1) P1
		Меловой (Cr) K	Верхнемеловой Раннемеловой	(Cr2) K2 (Cr1) K1
	Мезозойская Mz 173 млн. лет	Юрский J	Позднеюрский Среднеюрский Раннеюрский	J3 J2 J1
>s о п о о. ш X га е		Триасовый T	Позднетриасовый Среднетриасовый Раннетриасовый	T3 T2 T1
		Пермский P	Верхнепермский Раннепермский	P2 P1
		Каменноугольный C	Позднекаменноугольный Среднекаменноугольный Раннекаменноугольный	C3 C2 C1
	Палеозойская Pz 330 млн. лет	Девонский D	Позднедевонский Среднедевонский Раннедевонский	D3 D2 D1
		Силурийский S	Среднесилурийский Раннесилурийский	S2 S1
		Ордовикский O	Позднеордовикский Среднеордовикский Раннеордовикский	O3 O2 O1
		Кембрийский (Cm) е	Позднекембрийский Среднекембрийский Раннекембрийский	(Cm3) ез (Cm2) е2 (Cmi) ei
>s о со О 1­ С S	Протерозойская-PR >2100 млн. лет		Венд Рифей	PR3 PR2 PR1
	Архейская AR > 1000 млн. лет	Не имеет общепринятых подразделений. Подразделения имеют местное значение.

Магматизм и магматические горные породы

Магма - это вещество Земли в расплавленном жидком состоянии. Она образуется в Земной коре и верхней мантии в интервалах глубин 30-400 км. По составу - это силикатный расплав + атомы растворенных металлов и растворенные газы.

Из магматического очага магма движется к поверхности Земли. При этом ее внутреннее давление и температура понижаются, начинается процесс кристаллизации и переход из жидкого в твердое

22

состояние. Образуются магматические горные породы. Это общая схема магматического процесса. В свою очередь в нем выделяют два типа (или две ветви).

1. Интрузивный магматизм - процесс внедрения магмы в вышележащие толщи и ее кристаллизация в земной коре не достигая поверхности на разных глубинах. Для этого процесса характерно медленное снижение температуры и давления, кристаллизация в замкнутом пространстве. Магматические породы состоят из полностью раскристаллизованных зернистых агрегатов породообразующих минералов. Такие магматические породы называются интрузивными .

2. Эффузивный магматизм или вулканизм - процесс проникновения магмы в земную кору и выход ее в жидком расплавленном состоянии на поверхность Земли. При этом , происходит резкое снижение температуры и давления в расплаве и от него отделяются растворенные газы. И уже такой расплав называют лавой. При резком снижении tи Р происходит быстрое остывание лавы и переход ее в твердое состояние. При этом кристаллизоваться успевают немногие минералы и образуются породы неполнокристаллические- эффузивные .

Образующиеся при остывании магмы интрузивные тела разделяются по глубинам образования и по форме.

Формы залегания магматических пород.

Батолиты - глубинные, наиболее крупные тела (размеры достигают сотен км ).

Шток - отличается от батолита меньшими размерами и часто образуется как ответвление от батолита или на некотором удалении от него.

Интрузивные тела меньших размеров разделяются по условиям залегания во вмещающих породах на согласные и секущие. Согласные тела формируются между пластами пород - это силлы, лакколиты и лополиты.

Если магма застывает в трещинах пересекающих напластование пород, то образуются секущие тела - это жилы и дайки. Для них характерна небольшая мощность (несколько м) и значительная длина (до нескольких км ).

Рис. 1 Формы залегания магматических пород.

Эф фузивный магматизм тоже можно рассматривать как несколько последовательных процессов.

1. Излияние лавы и сопутствующих продуктов и образование вулканических пород. Скорость движения или подвижность лавы зависит от ее химического состава. Лавы основного состава с t~1200 о наиболее подвижны. Они образуют лавовые потоки и покровы, удаляясь от центров извержения на несколько км . Лавы кислого состава вязкие и малоподвижные.

Характер отделения газов от магмы зависит от степени ее насыщенности ими. Как правило, отделение газов имеет взрывной характер. При этом увлекаются не застывшие частицы лавы, которые, застывая в воздухе, дают твердые продукты извержения- бомбы, лаппили и пепел. Твердые продукты извержения в зависимости от размеров могут вместе с газами уноситься на различные расстояния. Бомбы - крупные куски застывшей лавы перемещаются недалеко от кратера вулкана. А вот пеплы - мельчайшие частицы лавы, размером до 1 мм, могут образовать

23

пепловые тучи (наподобие пылевых) и уноситься газами на несколько км. Смешиваясь с парами воды, они оседают вместе с ливнями и иногда это приводит к катастрофическим последствиям.

2. Выделение газов предшествует и сопровождает извержение лав и может продолжаться после прекращения извержения. Часто вулканическая деятельность не сопровождается излиянием лав, а представляет только выбросы газа и пепла.Вулканические газы, остывая, превращаются в твердое вещество и могут представлять месторождения серы, борной кислоты, карбонатов и др.

3. Поствулканические процессы - это процессы, связанные с затуханием активного вулканизма. Продуктами выделения являются пар и горячая вода. Вылетая из недр, периодически и под большим напором они образуют гейзеры. При отсутствии напора пар а- образуются термальные источники .

Характеристика магматических пород:

1. Минеральный состав - минералы подразделяют на породообразующие (главные и второстепенные) и акцессорные.

2. Строение магматических пород - включает понятия структура и текстура.

Структура горных пород (от лат. structura-взаиморасположение, соотношение, связь) - это обобщенный показатель внутреннего строения и взаимоотношения зерен минералов в горной породе (плакат). Чтобы определить структуру нужно знать размеры и форму зерен минералов, взаимное их расположение, степень кристалличности. Текстура - способ заполнения пространства и рассматривается как внешний облик пород. Например, при кристаллизации основных пород может происходить обособление в пространстве темноцветных и светлоокрашенных минералов.

3. Химический состав. Основным признаком классификации по химическому составу является содержание SiO2 . Все магматические породы по содержанию кремнезема делятся на :

ультраосновные SiO2 >45% основные SiO2 до 45-52% средние SiO2 до 52-65% кислые SiO2 до 65-75%

От ультраосновных к кислым породам меняется соотношение в них между минералами темноокрашенными и светлоокрашенными. Это отражается на общем цвете пород -от темных и темно-зеленых через серые (диорит) до светлых и яркоокрашенных гранитов.

24

Группы пород и размеры обломков, мм	Рыхлые		Сцементированные		Минерал ьный состав
	обломки остроуголь­ ные	обломки окатанные	обломки остроуголь-ные	обломки окатанные
Крупнообломоч ные (псефиты) более 100	Глыбы Щебень Дресва	Валуны Галечник Гравий	Глыбовая брекчия брекчия	Конгломераты валунный галечный гравийный	Обломки пород разного генезиса и состава
Среднеобломоч ные (псаммиты) 0.1 - 5	Пески		Песчаники кварцевые аркозовые оливиновые граувакковые		Кварц, полевые шпаты, слюды, гранат

25

Мелкообломоч ные (олевриты), 0.1 - 0.01	Лесс, лессовидные суглинки	Алевролиты	Кварц, кальцит, доломит, глинистые минералы: каолинит, гидорслю- ды
Тонкообломоч			Каолинит
ные	Глины	Аргиллиты	монтмори
(пелиты),		мергели	ллонит,
менее 0.01			кальцит

Таблица 3. Хемогенные и биогенные осадочные породы	Название пород
	Хемогенные (химические)	Биогенные (биохимические)
Структура Текстура	Кристаллическая	Биоморфная биосоматическая	Г лавные минералы
Состав	Массивная слоистая полосчатая	Биогенная
Хлориды	Каменная соль Сильвинит		Галит Сильвин
Сульфаты	Гипс Ангидрит		Гипс Ангидрит
Карбонаты	Известняки зернисто-кристаллические оолитовые Доломиты Доломитизированные известняки Мергели	Известняки ракушечники нуммулиновые Доломиты Мергели Мел Травертин	Кальцит Доломит Кальцит, доломит Кальцит, глинистые минералы, каолинит Кальцит
Кремнистые породы		Диатомиты Трепелы Опоки	Опал Халцедон