Минералы и горные породы. Учебное пособие

2.3. Описание наиболее распространенных горных пород

массой и крупными вкрапленниками отдельных минералов. Однако встречаются жильные породы с очень крупнокристаллической – пегматитовой структурой, которая обусловлена наличием в остаточном магматическом расплаве большого количества летучих компонентов, способствующих кристаллизации минералов.

По минеральному составу жильные породы могут соответствовать интрузивным породам любой кислотности. При этом названия жильных пород часто включают наименование соответствующей структуры.

Наиболее широко распространены жильные породы кислого состава, представленные гранит-порфирами, гранодиорит-порфирами,

аплитами, пегматитами и др.

Гранит-порфиры и гранодиорит-порфиры по химическому и минеральному составу отвечают соответствующим глубинным породам – гранитам и гранодиоритам, но в отличие от последних имеют порфировидную структуру.

Аплиты – светлые породы гранитного состава, обычно лишенные темноцветных минералов. Окраска породы определяется цветом полевых шпатов (белая, розовая, до мясо-красного). Структура мелко-

кристаллическая.

Пегматиты – светлые породы гранитного состава, крупнозернистые, иногда гигантозернистые. Гранитным пегматитам свойственна графическая или пегматитовая структура. Она отличается закономерными вростками кварца в полевом шпате. Эти характерные образования, напоминающие восточные письмена, носят название письменного гранита или еврейского камня. Пегматиты залегают в виде даек, жил, линз, достигающих иногда значительных размеров. С пегматитами связаны месторождения полевых шпатов, мусковита, пьезокварца,

редких металлов, драгоценных камней.

Пирокластические и вулканические породы. К пирокластическим породам относятся скопления твердых продуктов вулканических извержений в виде вулканических песка, пепла, бомб – лапиллей и др. Рыхлые несцементированные твердые продукты вулканических

извержений называются тефрой. При их уплотнении и цементации образуются вулканические туфы – крепкие пористые породы неодно-

родного состава.

81

Глава 2. ГОРНЫЕ ПОРОДЫ

Вулканические породы представляют собой стекловатые породы, называемые вулканическими стеклами. Они образуются при очень быстром застывании излившейся на поверхность лавы. Известны вулканические стекла основного и среднего состава, но чаще всего встречаются вулканические стекла, соответствующие по составу кислым лавам (риолитам). В зависимости от содержания воды выделяются

следующие их разновидности.

Обсидианы (от лат. Lapis obsianus по имени римлянина Обсиуса, привезшего этот камень из Эфиопии) – плотные однородные породы со стекловатой структурой, с характерным стеклянным блеском и раковистым изломом, почти не содержащие воды. Цвет различный, преимущественно темный или черный, иногда полосчатой окраски.

Текстура пятнистая, полосчатая, флюидальная.

Перлиты – вулканические стекла более светлой окраски с типичной скорлуповатой отдельностью, в составе которых количество воды

достигает 3–4 %.

Пехштейны (смоляной камень) – черные породы со смоляным блеском, содержащие воду в количестве до 10 %.

Пемзы (от лат. pumex – пена) – очень легкие тонкопористые породы белого, серого, желтого, иногда черного цвета, представляющие собой вспенившееся стекло.

Обсидианы применяются как поделочный камень и для изготовления стекла. Обсидианы и перлиты используются как наполнители бетона, в производстве теплоизоляционных материалов. Пемзы применяются в качестве абразивного, изоляционного и легкого строительного материала.

2.3.2. Осадочные горные породы

Осадочные горные породы образуются на поверхности Земли или в самой верхней части земной коры в результате действия трех основных процессов: 1) механического разрушения и химического разложения горных пород; 2) химического и механического выпадения осадка из воды; 3) жизнедеятельности и отмирания организмов. В соответствии с этими процессами осадочные породы по условиям образования делятся на три группы: 1) обломочные; 2) глинистые; 3) химические и органогенные породы.

82

2.3. Описание наиболее распространенных горных пород

Обломочные породы возникают в результате механического разрушения ранее созданных пород (магматических, метаморфических и древних осадочных) и накопления образовавшихся обломков. К этой

группе относятся грубообломочные, песчаные и алевритовые породы. Глинистые породы являются продуктом химического разложения

минералов первичных горных пород и накопления возникающих при

этом глинистых минералов.

Химические и органогенные породы образуются в результате различных химических и биологических процессов. К этой группе относятся карбонатные, кремнистые, фосфатные, железистые, марганце-

вые, глиноземистые, галоидные, сульфатные породы и каустобиолиты.

Распространенность осадочных пород. Распространенность осадочных пород в земной коре неодинакова. Самими распространенными среди них являются глины и аргиллиты, на долю которых приходится более 50 %, на втором месте находятся пески и песчаники (25–28 %), на третьем – карбонатные породы, преимущественно известняки, – 16–20 % (Белоусова, Михина, 2016).

В зависимости от условий образования каждая группа осадочных пород обладает своими специфическими чертами. Однако всем им свойственен ряд характерных признаков, отличающих их от магматических и метаморфических пород: форма залегания в виде пластов; минеральный состав; наличие окаменелых ископаемых остатков животных и растений; структурные и особенно текстурные осо-

бенности.

Минеральный состав осадочных пород. Характеризуется присутствием тех минералов, которые являются устойчивыми в поверхностных условиях Земли или образуются преимущественно осадочным путем. Это прежде всего кварц, халцедон, опал, глинистые минералы (каолинит, монтмориллонит, гидрослюды), оксиды и гидроксиды железа, алюминия и др. Широко распространены также карбонаты (кальцит, доломит, сидерит), сульфаты (гипс, ангидрит), галоидные соединения (галит, сильвин), фосфаты и др.

Кроме минерального вещества, осадочные породы нередко содержат, как отмечалось, органические остатки. В некоторых карбонатных и кремнистых породах они могут быть породообразующими.

83

Глава 2. ГОРНЫЕ ПОРОДЫ

Строение осадочных пород. Важнейшим признаком, характеризующим строение осадочных пород, является их слоистая текстура,

наиболее отчетливо наблюдаемая в полевых условиях. Слоистость выражается в чередовании пород, отличающихся друг от друга по крупности зерна, окраске и другим признакам. Она обусловлена как сменой материала, так и условиями осадкообразования. При ненарушенном первичном залегании пород характер слоистости часто указывает на условия осадконакопления. В спокойных условиях среды осадконакопления (моря, озера) образуется горизонтальная, параллельная слоистость, в подвижной воздушной и водной среде – косая, диагональная, волнистая и др.

Важное практическое значение имеет и другой текстурный признак – пористость осадочных пород. Пористость – суммарный объем

всех пустот, пор и трещин в породе. Пористость влияет как на объемный вес породы, так и на ее способность вмещать, удерживать и отдавать при определенных условиях различные флюиды (нефть, газ, воду и др.).

Структура осадочных пород отражает их происхождение. Так, структура обломочных пород – обломочная, химических – кристаллическая или аморфная, органогенных – органогенная, когда порода

представляет собой скопление хорошо сохранившихся органических остатков, или детритусовая (от лат. detritus – истертый), когда остатки

организмов оказываются перетертыми или раздробленными.

Цвет осадочных пород не является главным диагностическим признаком, но часто помогает их определению. Он разнообразен и зависит от цвета слагающих породу минералов или обломков, окраски примесей, цвета цемента и др. Так, белый и серый цвета, как правило, обусловлены окраской основных минералов осадочных пород (кварца, кальцита, гипса и др.). Темно-серый и черный цвета придает породе включение рассеянного органического вещества, присутствие соединений марганца и т. д. Желто-бурый цвет обусловлен наличием гидроксидов железа. Зеленый цвет породы связан с присутствием соответственно окрашенных минералов – глауконита, хлоритов, эпидота.

Ниже приводится краткое описание наиболее распространенных осадочных пород в составе выделенных генетических групп.

84

2.3. Описание наиболее распространенных горных пород

Обломочные породы. В основу классификации обломочных пород положены: размер обломков, их форма (угловатые или окатанные), а также характер связи между обломками (является ли порода рыхлой или сцементированной) (табл. 2). Эти признаки определяют внешний вид породы и отражают ее происхождение.

Грубообломочные породы, или псефиты (от греч. ψῆφος – каме-

шек), состоят из обломков более 1 мм.

Среднеобломочные – песчаные породы, или псаммиты (от греч.

ψάμμος – песок), состоят из обломков от 1 до 0,1 мм.

Мелкообломочные – алевритовые породы, или алевриты (от греч. ἄλευρον – мука), состоят из обломков от 0,1 до 0,01 мм.

85

Глава 2. ГОРНЫЕ ПОРОДЫ

Вещественный состав при классификации обломочных пород во внимание не принимается, поскольку в них могут присутствовать обломки различных горных пород и минералов. Для всех обломочных пород характерна обломочная структура, которая в зависимости от размеров обломков уточняется: псефитовая, псаммитовая, алевритовая.

Следует отметить, что существует несколько классификаций обломочных пород, в которых указаны различные размеры обломков. Так, в грунтоведении и инженерной геологии разработана классификация, учитывающая физико-механические свойства пород, в которой приняты следующие размеры обломков: для грубообломочных пород – более 2 мм, для песчаных – от 2 до 0,05 мм, для алевритовых пород – от

0,05 до 0,005 мм.

Грубообломочные породы. В зависимости от размеров угловатых

обломков выделяют: глыбы, щебень, дресву. Им соответствуют породы, состоящие из окатанных обломков: валуны, галька, гравий. Глыбы и

валуны – обломки размером более 100 мм в поперечнике, щебень и галька – обломки размером от 100 до 10 мм в поперечнике, дресва и гравий – обломки размером от 10 до 1 мм в поперечнике.

Грубообломочные породы, состоящие из сцементированных угловатых обломков, называются брекчией (от итал. breccia – ломка), а из сцементированных окатанных обломков – конгломератом (от лат.

conglomero – собираю в тесную кучу). Структура и текстура определяются размером, формой и пространственным распределением обломков. Окраска зависит от составляющего материала – однородная или пестрая. Состав цемента также может быть различным (кремнистый, железистый или неоднородный – песчано-железистый, песчано-гра- вийный, глинистый и др.).

Брекчии осадочного происхождения образуются либо непосредственно на месте разрушения любых горных пород, либо за счет накопления угловатых обломков в непосредственной близости от места их первоначального коренного залегания в результате обвалов, оползней, осыпей, выноса селевых (грязекаменных) потоков и т. п.

Конгломераты образуются за счет окатывания угловатых обломков при переносе их в подвижной, преимущественно водной среде – в

86

2.3. Описание наиболее распространенных горных пород

реках или прибрежной полосе морей и озер. При этом степень окатанности и форма обломков (округлая или уплощенная) несут важную геологическую информацию (дальность транспортировки материала, его происхождение и условия накопления). Конгломераты встречаются значительно чаще, чем брекчии.

Рыхлые грубообломочные породы (галька, щебень, гравий) используются при изготовлении бетона, а также широко применяются как балластный материал в дорожном строительстве. Плотно сцементированные конгломераты являются ценным облицовочным материалом. В цементирующем веществе некоторых конгломератов встреча-

ются рудные минералы, благородные металлы, алмазы.

Среднеобломочные, или песчаные породы. К песчаным породам относятся широко распространенные пески, являющиеся их рыхлыми разновидностями, и песчаники – сцементированные разновидности. Песчаные породы состоят из обломочных зерен размером 0,1–1 мм. По величине обломков песчаные породы обеих групп разделяются на крупнозернистые (1–0,5 мм), среднезернистые (0,5–0,25 мм) и мелкозернистые (0,25–0,1 мм).

По минеральному составу песчаные породы подразделяются на мономинеральные, состоящие из одного минерала, олигомиктовые (от греч. ὀλίγοζ – немногий + μικτός – смешанный), характеризующиеся преобладанием одного минерала и примесью других минералов (например, полевошпатово-кварцевые песчаники), и полимиктовые – состоящие из нескольких минералов.

Самым распространенным минералом песчаных пород является кварц как наиболее устойчивый в химическом отношении минерал. Однако чистые кварцевые пески встречаются редко. Обычно распространены песчаные породы смешанного состава: в том или ином количестве в них могут присутствовать полевые шпаты, слюды, глауконит, карбонаты, рудные и другие минералы, а также обломки пород. Среди полимиктовых песчаных пород различают аркозы и

граувакки.

Аркозовые пески и песчаники – породы розоватого цвета, состоящие в основном из полевых шпатов, а также кварца и слюды. Образуются обычно за счет разрушения гранитов и гнейсов.

87

Глава 2. ГОРНЫЕ ПОРОДЫ

Граувакки – темно-серые грубозернистые песчаные породы, состоящие в основном из обломков различных пород, слабоокатанных и плохо сортированных, сцементированных глинистым цементом.

Полимиктовые песчаники, обогащенные пирокластическим материалом, называются туфогенными.

Песчаные породы образуются в самых разнообразных условиях. Выделяют речные, морские, озерные и эоловые разновидности песчаных пород.

Песчаные породы широко используются в производстве бетона, литейном деле (формовочные пески), при производстве стекла (кварцевые пески), в качестве бутового камня (песчаники). С песками связаны россыпные месторождения золота, платины, алмазов и других

полезных ископаемых.

Мелкообломочные, или алевритовые породы имеют более ограниченное распространение. Рыхлые разности алевритовых пород называются алевритами, сцементированные – алевролитами.

Наиболее типичным представителем алевритовых пород является лёсс.

Лёсс (от нем. lose – нетвердый, рыхлый) представляет собой легкую однородную породу светло-желтого цвета, состоящую главным образом из кварца, глинистых частиц и кальцита. В небольшом количестве присутствуют некоторые другие минералы и мелкие известковые образования (конкреции), называемые журавчиками и куколками. Для лёсса характерны высокая пористость и водопроницаемость, отсутствие слоистости. Лёсс легко растирается в тонкий мучнистый порошок, вскипает при реакции с соляной кислотой. В сухом состоянии лёсс обладает большой прочностью, в естественных обнажениях обычно характеризуется отвесными стенками и обрывами. Легко проникающая в эту пористую породу вода растворяет кальцит и другие минералы, цементирующие обломочные зерна. В результате порода теряет прочность, уплотняется и уменьшается в объеме, что вызывает деформации и просадки вышележащих пород.

Лёссовые отложения характеризуются широким распростране-

нием. Лёссовые почвы благодаря присутствию солей очень плодородны. Близкими к лёссу породами являются лёссовидные суглинки.

88

2.3. Описание наиболее распространенных горных пород

Они слоисты, более грубозернисты, содержат больше песчаного материала. Лёссовидные суглинки, покрывающие значительную часть поверхности суши, являются в большинстве случаев материнской

породой почв.

Алевролиты – сцементированные пылеватые породы разнообразной окраски, часто имеют тонкоплитчатое слоистое строение. Макроскопически очень похожи на аргиллиты. Цемент в алевролитах преимущественно карбонатный или кремнистый.

Алевролиты с прочным цементом используются как строительный камень.

Глинистые породы. Пользуются наибольшим распространением среди осадочных пород и по своему происхождению занимают промежуточное положение между чисто химическими и обломочными породами.

Глинистые породы сложены более чем на 50 % частицами мельче 0,01 мм, причем не менее 25 % из них имеют размеры меньше 0,001 мм (Белоусова, Михина, 2016). Основная масса этих частиц – глинистые минералы. В меньшем количестве присутствуют обломочные зерна кварца, полевых шпатов, слюд, а также гидроксиды железа, карбонаты, сульфаты и другие минералы. Глинистые минералы представлены в основном каолинитом, монтмориллонитом и гидрослюдами.

По физическим свойствам глинистые породы подразделяют на собственно глины и аргиллиты.

Глины, или пелиты (от греч. πηλός – глина). Характерной особенностью глин является их способность размокать в воде и становиться вязкими и пластичными. При дальнейшем поглощении воды они приобретают способность течь, а при полном насыщении водой становятся водоупором. В разной степени глины также обладают абсорбционными (способностью поглощать различные химические элементы) и огнеупорными (превращаться при прокаливании в камнеподобный материал) свойствами. В сухом состоянии глины представляют собой рыхлые землистые, легко рассыпающиеся и растирающиеся породы, реже плотные образования. Твердость их равна 1, легко царапаются ногтем. Структура глин пелитовая, текстуры обычно тонкослоистые, массивные или пятнистые.

89

Глава 2. ГОРНЫЕ ПОРОДЫ

Глинистые породы характеризуются разнообразным минеральным составом. Породообразующими являются такие типичные минералы глин, как каолинит, монтмориллонит, гидрослюды, слагающие наиболее тонкозернистую часть глинистых пород. Кроме того, в их состав входят обломочные зерна кварца, полевых шпатов, слюд, а также гидроксиды железа, карбонаты, сульфаты и другие минералы.

В зависимости от состава глинистых минералов выделяют каолиновые, монтмориллонитовые и гидрослюдистые глины. Глины, не содержащие примесей, называются жирными (чистыми), а обогащенные

песчаным материалом – тощими.

Каолиновые глины сложены минералом каолинитом. В чистом виде имеют белый или светло-серый цвет, излом раковистый, шероховатый,

жирные на ощупь, в воде не размокают, малопластичны, огнеупорны.

Монтмориллонитовые глины, или бентониты, – белого, светлосерого или желтовато-зеленого цвета, на ощупь жирные. При поглоще-

нии воды становятся очень пластичными и увеличиваются в объеме. Гидрослюдистые глины являются наиболее широко распростра-

ненными среди глинистых пород. В минеральном составе преобладают гидрослюды. Отличаются значительным содержанием обломочной примеси. Обычно окрашены в желтовато-зеленые, серые, коричневатые или бурые тона. Сложение землистое, излом неровный, шероховатый, текстура плотная или слоистая. Гидрослюдистые глины малопластичны.

Разновидностью гидрослюдистых глин являются глауконитовые

глины, сложенные одноименным минералом. Цвет их обычно зеленый. Полиминеральные глины содержат два или несколько глинистых

минералов, причем ни один из них не является преобладающим. Обычно окрашены в бурые, коричневые, серые или зеленые тона и содержат значительное количество песчаной и алевритовой примеси.

Глины образуются в результате химического разложения горных пород. Возникающие при этом глинистые минералы могут накапливаться на месте их образования в корах выветривания (остаточные глины), но чаще всего они выносятся текучими водами в виде суспензий, коллоидных растворов или механических взвесей и осаждаются в различных водных бассейнах – морях, озерах и реках (осадочные глины). В отличие от песчаного и алевритового материала осаждение гли-

90