книги из ГПНТБ / Борголов И.Б. Геология с основами минералогии и петрографии учеб. пособие для студентов с.-х. вузов, обучающихся по специальности агрономия, агрохимия и почвоведение

2 БЬО с примесью гидроокислов железа, каолинита и SiCh • Чаще всего бокситы характеризуются землистым, плотным или оолитовым строением; цвет их изменяется от светложелтого, красно-бурого, красного вплоть до белого. Образу­ ются бокситовые залежи при латеритном выветривании алю­ мосиликатных матматических пород в странах с жарким кли­ матом при условии чередования засушливых и дождливых сезонов, а также при осаждении в прибрежных зонах морей и озерно-болотных водоемов. Форма залегания их пластовая. Бокситы — это руда на алюминий. Месторождения их извест­ ны на Северном Урале, в Ленинградской области, в Восточ­ ном Саяне, Казахстане и др.

Органогенные осадочные породы

Осадочные породы данного генезиса образовались в ре­ зультате жизнедеятельности организмов и бактерий и состо­ ят преимущественно из их твердых остатков. Среди них раз­ личают карбонатные, кремнистые и углеродистые породы.

Карбонатные породы. Органогенные известняки образу­ ются за счет накопления известковых остатков организмов. Макроскопически происхождение данных пород в одних слу­ чаях устанавливается довольно легко по слагающим их остаткам раковин (размером более 1— 2 мм). Это так называ­ емые известняки-ракушечники. В других же случаях органи­ ческие остатки обнаруживаются с большим трудом вслед­ ствие их малой величины или в силу происшедшей перекри­ сталлизации материала. К такому типу относятся плотные и мелоподобные разности этих пород. Часто наименование из­ вестняков определяется по слагающим их остаткам — корал­ ловые, нуммулитовые, физулиновые и т. д. Залегают органо­ генные известняки в виде пластов мощностью в несколько десятков метров. Вследствие значительной пористости в тол­ щах этих пород иногда циркулируют подземные воды, вызы­ вающие растворение карбонатов и развитие пустот, каверн и пещер.

Известняки такого происхождения пользуются широким распространением на побережьях Черного, Азовского и Кас­ пийского морей, а также в Крыму, на Урале и в других местах.

Одной из разновидностей органогенных известняков яв­ ляется белый пишущий мел. Его образование связано с осаж­ дением на дне моря тонкого (0,001—0,005 мм) карбонатного

100

материала, представляющего собой преимущественно скеле­ ты микроскопических водорослей и организмов. Окраска его белая и светло-серая. Имеет землистое сложение. Мягок, пачкает руки. Залетает в виде мощных пластов.

Меловые породы распространены в Курской, Белгород­ ской и Воронежской областях, на Украине и в Среднем По­ волжье.

Применение органогенных известняков такое же, как и химических известняков. Мел применяется для производства цемента, в стекольной, резиновой и бумажной промышлен­ ности, а также в сельском хозяйстве для нейтрализации кис­ лых почв.

Кремнистые породы. Это тонкозернистые плотные или по­ ристые породы различной окраски, образующиеся в процессе накопления кремнистых скелетных частей микроорганизмов. Существует целый ряд организмов, скелет которых состоит из кремнезема в виде опала, группы халцедона и кварца. Кро­ ме кремнезема, в составе данных пород содержатся еще при­ меси песка, глины, глауконита и карбоната кальция. Однако кремнистые породы в природе менее распространены, чем карбонатные.

Диатомит — пористая, легкая, белая, светло-желтая, рых­ лая или слабо сцементированная порода, состоящая из мик­ роскопических скелетов диатомовых водорослей, радиолярий и губок.

Кизельгур, или инфузорная мука, имеет тот же состав, что

состоящая главным образом из опала, спикул губок или ра­ ковин радиолярий с примесью песка и глины. Порода очень легкая, быстро впитывает влагу (прилипает к языку).

Диатомиты и трепелы залегают слоями и имеют сходные физико-химические свойства. Как те, так и другие представ­ ляют собой биохимические осадки морских и пресноводных бассейнов. Отличаются большой огне- и кислотоупорностью. Являются плохими проводниками тепла и звука. Поэтому диатомиты и трепела используются как материал для тепло­ вой и звуковой изоляции, а также как строительный матери­ ал. Наиболее крупные месторождения диатомита находятся в Поволжье, Грузии, Калужской области, а трепелов — на Украине, в Курской и Смоленской областях.

Опоки идентичны по составу с трепелом, но по сравнению

101

с ними это более твердые и сцементированные породы с ма­ лым удельным весом (0,9—1,29 гісм3). Окраска светло-серая, темно-серая и даже черная. Многие разновидности опок име­ ют примеси извести, песка, глинистых частиц. При ударе раскалываются со звенящим звуком на остроугольные оскол­ ки с раковистым изломом. Опоки встречаются на юге евро­ пейской части СССР, в Поволжье, на Урале и в Сибири.

Углеродистые породы (каустобиолиты). Под названием каустобиолитов объединяется большая группа органогенных торных пород и минералов. Среди них различают твердые (торф, бурый и каменный уголь, горючие сланцы, янтарь и др.), жидкие (нефть) и газообразные (горючие газы) разно­

видности.

Считают, что формирование твердых каустобиолитов про­ исходит в две стадии: во время первой из них имеет место превращение растительного остатка в торф. Во вторую же стадию осуществляется переход захороненного под толщей осадков торфа в бурый, затем в каменный уголь и антрацит. Продолжительность первой стадии исчисляется тысячелети­ ями, а второй — миллионами и десятками миллионов лет.

Торф состоит из неполностью перегнивших и обуглив­ шихся разнообразных растительных остатков (мхи, камы­ ши, древесные стволы и т. д.). В чистом беззольном и сухом торфе количество углерода достигает 60%, водорода — при­ мерно 6 %, а кислорода и азота—34%. Эта рыхлая, желтова­ то-бурая или черная порода, залегающая в виде слоев и линз. Мощность их достигает 6 —7 м и даже 15 м. По происхожде­ нию торфы подразделяются на озерные и наземные; по типам болот — на низинные, верховые и переходные. Торфы низин­ ных болот отличаются высокой степенью разложения и высо­ кой зольностью. Имеют реакцию, близкую к нейтральной, богаты азотом и другими элементами питания. В отличие от них торфы верховых болот имеют низкую зольность, харак­ теризуются большей кислотностью и низкой степенью разло­ жения. Окрашены в бурые и светло-бурые тона.

Наибольшую ценность представляют низинный и переход­ ный торфы, из которых приготавливают компосты (с навозом и минеральными удобрениями). Кроме использования в сель­ ском хозяйстве в качестве удобрения, торф применяется как местное топливо, а также как строительный и изоляционный материал. Запасы торфа в СССР огромны и в основном они сосредоточены в европейской части нашей страны.

Сапропель (гнилостный ил) представляет собой аморф­

102

ную органическую массу различной окраски, обогащенную белковыми и жировыми веществами, мягкую и жирную на ощупь. Сапропель обычно накапливается на дне застойных пресноводных и слабосолоноватых водоемов в результате от­ мирания и накопления планктона, который впоследствии смешивается с донными осадками. Накопление его совпадает с началом перехода озера в болото, поэтому сапропель час­ то подстилает залежи торфа. Мощность сапропелей неболь­ шая и редко достигает 30 ж. Используются сапропели для получения газа, кокса, смолы, а также как лечебная грязь и органическое удобрение. Особенно ценно его применение как азотного удобрения.

Ископаемые угли образовались из остатков растений прежних геологических эпох путем сложных изменений, вы­ разившихся в постепенном обогащении углеродом материн­ ского вещества угля. В зависимости от степени обугливания среди ископаемых углей различают бурые угли, каменный уголь различных типов и антрацит.

Бурые угли являются промежуточным образованием меж­ ду торфом и каменным углем, содержание углерода в них достигает 70%. Такие угли имеют буро-черную окраску. Удельный вес их зависит от минеральных примесей и колеб­ лется от 0 , 8 до 1 , 8 г/сж3.

Каменный уголь содержит углерода до 82—85% и пред­ ставляет собой следующую после бурого угля стадию изме­ нения торфа. По сравнению с бурым каменный уголь более плотен, имеет черную окраску, удельный вес 1,26—1,35 г/сж3 и почти всегда характеризуется слоистым строением. Много­ численные его разновидности по блеску разделяются на ма­ товые и блестящие угли.

Антрацит содержит до 95% углерода, является последней стадией изменения ископаемых углей. Данная разновидность углей характеризуется черным цветом, большой твердостью (2—2,5) и полуметаллическим блеском.

Ископаемые угли залегают в форме пластов и линз. В

СССР главнейшими угленосными районами являются Дон­ басс, Кузбасс, Черембасс, Тунгусский бассейн и другие. Ис­ копаемые угли применяются во всех отраслях народного хо­ зяйства в качестве топлива, а также служат важнейшим сырь­ ем для химической промышленности.

Горючие сланцы представляют собой мергелистые слан­ цеватые породы, в состав которых входит органическое ве­ щество. Это тонкослоистые, темно-серые или бурые породы,

юз

издающие во время горения запах битума. Используются го-> рючие сланцы в качестве местного топлива, а также как сырье для химической промышленности и для добычи газо­ образных летучих веществ.

Основным представителем жидких каустобиолитов явля­ ется нефть и продукты ее изменения.

Нефть представляет собой смесь жидких и газообразных углеводородов. На долю других элементов (N, О, S и др.) приходится всего лишь 1—2%. Эта маслянистая жидкость почти белого, желтого, красновато-коричневого до темно-ко­ ричневого цвета; соответственно меняется и удельный вес от

0,76 до 1,0 г!смъ.

В настоящее время по вопросу происхождения нефти су­ ществует несколько различных гипотез. Наиболее распро­ страненной среди советских геологов является гипотеза об органическом происхождении нефти, которая была предло­ жена академиком И. М. Губкиным. Согласно данной гипоте­ зе, первоначальным материалом для образования нефти яв­ лялся сапропель, накапливавшийся на дне лагун или в дель­ тах рек в процессе разложения органических остатков (план­ ктона). Дальнейшее преобразование сапропеля в условиях восстановительной среды, повышенного давления и темпера­ туры привело к образованию газообразных и жидких угле­ водородов — нефти.

Практическое значение нефти чрезвычайно велико. По­ лучаемые из нее самые разнообразные нефтепродукты нахо­ дят применение почти во всех отраслях народного хозяйства. Крупнейшие месторождения нефти в пределах нашей страны размещаются на Волге и в Предуралье, на Кавказе, в Казах­ стане (Мангышлак), в Западной Сибири и др.

Из других нефтепродуктов необходимо отметить асфальт (горная смола) и озокерит (горный воск). Асфальты — это плотные, буровато-черные, битуминозные породы с крупно­ раковистым изломом. Температура плавления составляет 50—60Ѵ. Образуют асфальтовые озера, натеки и покровы. В отличие от этого озокерит представляет собой нефтяную воскообразную породу с содержанием до 50% и более твер­ дых углеводородов. Окраска его изменяется от черной до светло-желтой. Температура его плавления находится в пре­ делах 50—100°С. В горных породах заполняет поры и тре­ щины.

Месторождения асфальта известны в Казахстане, на Са­ халине, а озокерита — в Фергане, в Карпатах и на о. Челе­

104

кен. Асфальт применяется в строительстве, а озокерит — в качестве гидроизоляционного материала и т. д.

Осадочные горные породы имеют большое народнохо­ зяйственное значение. К ним приурочены месторождения различных полезных ископаемых, в том числе и таких, как уголь, нефть и горючие газы — основных видов энергетиче­ ского сырья нашей промышленности и сельското хозяйства. Не менее важное значение осадочные отложения имеют в сельском хозяйстве. Известно, что формирование различных почв происходит главным образом на осадочных отложени­ ях, которые служат их средой и основанием. Разнообразные агрономические руды, такие, как фосфориты, калийные соли, известняки, г«пс и д'р., используемые как минеральные удоб­ рения, имеют также осадочное происхождение. Кроме того, следует обратить внимание и на характер залегания и форму рельефа осадочных отложений. Как известно, последние ха­ рактеризуются (это особенно относится к четвертичным отло­ жениям) относительно спокойным залеганием, обусловлива­ ющим более или менее равнинный рельеф и сравнительно незначительную изрезаиность, что дает широкие возможнос­ ти для развития современного высокомеханизированного сельского хозяйства.

§ 4. МЕТАМОРФИЧЕСКИЕ ГОРНЫЕ ПОРОДЫ

Породы данного генезиса своим происхождением обяза­ ны процессам метаморфизма и образуются в результате глу­ бокого изменения и преобразования как первично-осадочных и магматических, так и ранее образовавшихся метаморфиче­ ских горных пород. В процессе метаморфизма изменяется не только структура и текстура, но и минеральный, даже хими­ ческий состав, и образуются совершенно новые так называ­ емые метаморфические горные породы. Основными фактора­ ми метаморфизма являются высокое давление и температура, а также химически активные вещества — минерализованные растворы и летучие соединения. В зависимости от условий и характера проявления можно различить следующие основ­ ные типы метаморфизма.

Динамометаморфизм. Основная причина преобразования пород — это ориентированное давление. Под давлением тол­ щи вышележащих геологических образований или в резуль­ тате бокового давления породы нередко скручиваются, сжи­ маются, а иногда даже перетираются до мельчайших частиц

105

с образованием типичных продуктов метаморфизма —мило- нитов. Минералы в горных породах, подвергшихся динамо­ метаморфизму, приобретают характерную линейно-парал­ лельную ориентировку, располагаясь своими длинными ося­ ми перпендикулярно направлению давления. При этом имеет место уменьшение связей в направлениях, параллельных расположению длинных осей кристаллических зерен, что обусловливает рассланцевание и расслоение породы на от­ дельные, иногда очень тонкие плитки и пластинки с ярко блестящими поверхностями (сланцеватые текстуры).

Региональный метаморфизм характерен тем, что проявля­ ется на очень больших площадях, в отличие от контактового и динамометаморфизма, которые имеют локальный характер. Проявление данного типа метаморфизма можно представить следующим образом. Толща каких-либо горных пород, чаще всего осадочного происхождения, под тяжестью накаплива­ ющихся осадков постепенно погружается в глубокие недра Земли. При этом толща может перейти в пластическое состо­ яние, так как на больших глубинах господствуют высокие температуры и давления. Большое давление в сочетании с высокой температурой приводит к коренным изменениям со­ стояния горных пород. Однако степень метаморфизма горных пород на различных глубинах неодинакова и находится в не­ посредственной зависимости от изменения температуры и давления. Так, например, известно, что температура и давле­ ние в верхних зонах Земли меньше, чем в глубоких ее недрах. Поэтому на глубинах 12—15 км, где температуры и давления сравнительно невелики, исходные породы испытывают лишь слабые преобразования. Здесь могут формироваться глинис­ тые, хлоритовые, тальковые сланцы. При более высоких дав­ лениях и температурах происходит полная перекристаллиза­

ция исходных горных пород и часто изменение их минераль­ ного и химического состава.

Контактовый метаморфизм обусловлен воздействием внед­ ряющихся магматических масс на вмещающие их горные породы. Последние, подвергаясь воздействию высокой тем­ пературы (850 С и более), газообразных компонентов и горя­ чих растворов, претерпевают целый ряд изменений. При этом

существенно изменяется как химическим, так и минеральный состав породы. Так, например, на контакте кислых интрузий с известняками возникают скарны, а из глин образуются роговики и т. д. Новообразующиеся минералы и породы тем

106

разнообразнее, чем резче различие между составом магмы и вмещающими ее горными породами.

Выделяющиеся из магмы в процессе ее внедрения газы и пары, а также образующиеся при их охлаждении водные растворы, проникая по порам и трещинам в толщи горных пород, также вызывают их глубокие изменения. Если же та­ кие изменения возникают под действием горячих газов и па­ ров, без участия водных растворов, то процесс называется

пневматолитовым метаморфизмом. Если же преобразования горных пород происходят под действием горячих минерали­ зованных водных растворов, то такой метаморфизм называ­ ется гидротермальным.

При пневматолитовом и гидротермальном метаморфизмах преобразования горных пород заключаются в их метасома­ тической переработке с изменением как химического, так и минерального состава. Следует отметить, что рассмотренные выше различные типы метаморфизма проявляются как само­ стоятельно, так и совместно в различных сочетаниях.

Формы залегания метаморфических горных пород в боль­ шинстве случаев повторяют формы залегания тех горных пород, из которых они образовались. Так, например, они встречаются в природе в форме пластов, штоков, линз, жил и других форм, которые характерны как для магматических, так и осадочных пород.

Разнообразным является химический и минеральный со­ став метаморфических пород. В них встречаются все минера­ лы как магматического, так и осадочного происхождения и, кроме того, такие минералы, как гранат, некоторые слюды, флогопит, серицит, а также тальк, хлориты и многие другие, которые характерны только для пород метаморфического происхождения.

Структуры метаморфических пород, хотя и имеют вто­ ричное происхождение, в большинстве случаев ясно выраже­ ны и являются полнокристаллическими. Различают среди них

кристаллобластические, катакластические я реликтовые

структуры. Первые из них образуются в результате перекри­ сталлизации и роста кристаллов в стесненных условиях. По­ этому все зерна и кристаллы имеют неправильную, закруг­ ленную или уплощенную форму с ориентировкой в одном направлении, перпендикулярном давлению. Катакластиче­ ские структуры возникают под влиянием одностороннего давления, вызывающего деформацию и дробление. Реликто­ вые структуры характерны тем, что в породе сохраняются

107

остатки первичной структуры, которую она имела до мета­ морфизма.

Для метаморфических горных пород типичны такие тек­ стуры, как сланцеватая, полосчатая, плойчатая, чешуйчатая, очковая и другие, образующиеся в результате метаморфизма как магматических, так и осадочных пород. Сланцеватая текстура характеризуется наличием минералов удлиненной и пластинчатой формы, расположенных параллельно длин­ ным сторонам. Если же в метаморфической породе наблюда­ ется чередование полос различных минералов, то говорят о полосчатой текстуре. Плойчатая текстура возникает в случае «гофрировки» исходных горных пород. Некоторые метамор­ фические породы характеризуются массивной текстурой, на­ пример мраморы, кварциты и др.

Наиболее распространенными метаморфическими горны­ ми породами являются гнейсы, различные сланцы, мраморы, кварциты и др.

Гнейсы — это наиболее распространенные метаморфиче­ ские породы. Они обычно бывают сложены полевыми шпата­ ми, кварцем, слюдами и роговой обманкой. Минералогиче­ ский состав их сходен с гранитами, гранодиоритами и сиени­ тами, но в отличие от них породообразующие минералы у гнейсов ориентированы перпендикулярно направлению дав­ ления с образованием характерной гнейсовидной или полос­

Рис. 10. Гнейс полосчатой текстуры.

108

горных пород и парагнейсы, являющиеся результатом глубо­ кого преобразования осадочных пород, в частности аркозовых песков, песчаников и некоторых других осадочных по­ род. Гнейсы широко распространены в толщах докембрийских образований, слагающих основание древних платформ и щитов. Применяются они как строительный материал.

Близки по составу к роговообманковым гнейсам так на­ зываемые амфиболиты. Это породы серо-зеленого или темно­ зеленого цвета, состоящие главным образом из плагиоклазов и роговой обманки. Могут присутствовать и такие минералы, как дистен, эпидот, калиевые полевые шпаты, слюды.

Кварциты сложены преимущественно зернами кварца и образуются при перекристаллизации кварцевых песков, пес­ чаников и других кремнистых пород. Это полнокристалличе­ ские, обычно мелкозернистые породы с плотной, массивной текстурой. Цвет чистых разностей белый, светло-серый. При­ меси могут окрашивать их в красновато-бурые, малиновые и другие тона. Кварциты с богатым содержанием магнетита, гематита и других железистых минералов называются желе­ зистыми кварцитами. В джеспилитах — яшмовидных желе­ зистых кварцитах, содержание окиси железа достигает 4 5 %, поэтому они применяются как железные руды. Месторожде­ ния железистых кварцитов известны в Кривом Роге, в райо­ не Курской магнитной аномалии, в Южной Африке и в дру­ гих местах.

Благодаря высокой прочности кварциты находят примене­ ние как строительный и облицовочный материал, а также как сырье для огнеупорного кирпича — динаса. Месторож­ дения кварцитов известны на Алтае, в Карелии (Шокщинское), Бурятской АССР (Черемшанское) и др.

Мраморы состоят из зерен кальцита и образуются при метаморфизме известняков и других осадочных пород, бога­ тых кальцитом. Кроме кальцита, в состав мраморов в незна­ чительном количестве входят доломит, а также кварц, поле­ вые шпаты, пироксены и амфиболы. Чистые разности мрамо­ ров имеют белый цвет. Однако при наличии примесей они приобретают весьма разнообразную, часто очень красивую окраску. Мраморы легко царапаются ножом и бурно реаги­ руют с соляной кислотой.

Мраморы широко используются для облицовочных, ху­ дожественных и скульптурных работ. Месторождения их из­ вестны на Урале, в Карелии, Крыму, Закавказье и других местах.

109