24. Глиноземистые породы — аллиты

Состав, строение и классификация аллитов. К

глиноземистым породам относятся латериты и бокситы. Латери­ты — продукты глубокого выветривания кристаллических пород (кора выветривания), бокситы бывают остаточными или латеритными, осадочными платформенными и осадочными геосинк­линальными. Залегают они в виде пластов, пластообразных за­лежей, линз, гнезд среди карбонатных, обломочных и глинистых пород. Латеритные бокситы разделяют на остаточные и метасо­матические. У первых наблюдается постепенный переход в поро­ды коры выветривания, вторые сохраняют структуру материн­ской породы. Осадочные платформенные бокситы приурочены к делювиальным, аллювиальным и котловинным (озерным) отло­жениям. Геосинклинальные бокситы обычно залегают на закарстованной поверхности известняков и покрываются карбонатны­ми породами с морской фауной. Остатки морской фауны (пелеииподы, гастроподы, гониатиты и др.) нередко встречаются и в пластах бокситов.

Классификация глиноземистых пород основана на генетиче­ском, минералогическом и текстурно-структурных признаках

Породообразующими минералами в бокситах являются гидраргиллит, бемит, диаспор, лимонит, гетит, гидрогетит, гидроге­матит, каолинит. В метаморфизованных разностях встречается гематит и корунд. Второстепенными минералами являются кварц, опал, халцедон, аллофан, галлуазит, хлориты, минералы двуоки­си титана и терригенные примеси (табл. 34 и 35).

Текстуры и структуры бокситов: землистые, пористые и кавер­нозные, оолитовые, бобовые, конкреционные, афанитовые, обло­мочные, микрозернистые и пелитоморфные. По внешнему макро­скопическому виду и окраске они весьма разнообразны — обыч­но бурые, красно-бурые, красные, реже белые, серые, зеленовато­-серые и пестрые. Латериты окрашены в кирпично-красные тона и представляют собой пористую породу, напоминающую кирпич (от later — кирпич). В свежем состоянии режутся ножом, на воз­духе твердеют. Бокситы иногда напоминают латериты, в других случаях подобны аргиллитам, глинистым сланцам, железным ру­дам, яшмам и не обладают пластичностью.

Происхождение и распространение латеритов и бокситов.

Латериты — продукты современной коры выветривания сили­катных пород, образующиеся в условиях тропического и субтро­пического климата.

В латеритном профиле выветривания различают следующие зоны (по материалам латеритной коры выветривания Индии и Эфиопии).

1. Поверхностная зона. Сложена сверху красной глиной, ни­же плотной железистой коркой, состоящей из гидроокислов (и частью окислов) железа и гидраргиллита красного или красно­бурого цвета. Нижележащая зона обогащения, пятнистая, сложена пре­имущественно гидраргиллитом с примесью гидроокислав железа.

2. Зона первичного разложения, сложенная главным образом каолинитом, вверху с примесью кремнезема (кремнисто-каоли- нитовая).

3. Каолинизированные кристаллические породы.

4. Неизменные кристаллические породы.

Латеритная кора выветривания образуется при интенсивном промывании почвы дождевыми водами, в результате чего выно­сится кремнезем и большинство катионов. На месте остаются на­именее подвижные соединения. Возможно, что в этом процессе принимают участие микроорганизмы.

По поводу происхождения бокситов существуют следующие гипотезы.

1. Бокситы — хемогенный осадок, образовавшийся в морских и озерных водах благодаря коагуляции и осаждению гелей гли­нозема.

2. Бокситы образуются в результате воздействия серной кис лоты на каолинитовые минералы. Серная кислота возникает при окислении пирита.

3. Бокситы — хемогенное образование — ископаемая кора вы­ветривания латеритного типа.

4. Бокситы — результат размыва латеритной коры выветрива­ния и переотложения продуктов выветривания в морских и озерных водоемах.

5. Бокситы образуются в болотно-озерных условиях в резуль­тате концентрации глинозема растениями.

6. Образование бокситов связано с подводной вулканической деятельностью — выносом в морские воды глинозема и затем осаждение гидроокислов алюминия химическим путем.

Освобождающийся при выветривании глинозем (разложение каолина) подвижен только в резко кислых и резко щелочных услловиях, которые редко встречаются в природе. Гидроокись алю­миния может образовать устойчивые в растворе коллоиды с гу­мусовыми веществами. В таком виде они выносятся речными во­дами в озера ,и моря, где и происходит ее отложение в виде геля гидроокисла.

Однако образование бокситов путем хемогенной садки в вод­ных бассейнах (гипотеза А. Д. Архангельского) вряд ли имело большое значение из-за малой подвижности соединений алюми­ния. Открытие и изучение новых месторождений бокситов за по­следние два десятилетия показало, что большая часть бокситов представляет собой либо латеритную кору выветривания (Белго­родские, Криворожские и др.), либо водно-осадочные образова­ния, возникшие в результате размыва ,и переотложения латерит­ной коры выветривания в озерных и морских бассейнах (Тихвин­ское, Североонежские и др.).

Бокситы — трудный объект для изучения вследствие малых размеров частиц глиноземистых минералов и часто .интенсивной окраски тонкодисперсными окислами железа. Основные методы исследования бокситов ■— термический, рентгеновский и химиче­ский анализы. Изучение их в шлифах и иммерсии представляет важный, но в общем подсобный метод исследования.

Наиболее крупные залежи бокситов в СССР обнаружены в полосе бокситовых месторождений Восточного склона Северного Урала (Красная Шапочка и др.) девонского возраста, Тихвин­ские бокситы северо-западной окраины Подмосковного бассейна каменноугольного возраста, мезокайнозойские бокситы Мугод- жар и Казахстана, Криворожские третичного возраста и др. За границей крупные месторождения бокситов известны в Югосла­вии, Греции, Южной Франции, Северной Америке (третичные бокситы Арканзаса) и др.

Основная масса добываемых бокситов применяется для полу­чения алюминия, некоторая часть для изготовления огнеупоров и адсорбентов.

25. Известковые (кальцитовые) породы. Обломочные изве­стняки состоят из обломков карбонатных пород (известняков) и известняковых организмов. Обломки имеют разную форму и размеры и в большинстве случаев подверглись механической обработке, т. е. в той или иной мере окатаны. В зависимости от формы и размера обломков выделяются конгломератовидные и брекчиевидные известняки (размер обломков >1 мм) и «извест­няковые песчаники» (1—0,05 мм).

Довольно часто в их составе преобладают обломки извест­няков, реже — известняков п раковин или одних раковин. Пер­вые являются обломочными, вторые — органогенно-обломочны­ми. Последние могут состоять из обломков раковин одного ка­кого-либо рода организмов, например фораминифер, криноидей, пелеципод и т. п. В этом случае известняки называют фораминиферово-обломочными, криноидно-обломочными и т. д.

Обломочные известняки разнообразны по окраске и свойст­вам. Среди них встречаются плотные и пористые, светлые и темные разности. Изучение в шлифах показывает, что в одних породах обломки преобладают над цементом, в других — цемен­тирующая масса над обломками. Цементом служит пелитоморфный или зернистый кальцит. Помимо известковых обломков обычно присутствуют терригенные примеси.

Биогенные известняки составляют большую часть известных нам известняков, состоят из остатков организмов, представленных целыми раковинами или раковинным детритом, не несущим следов механической обработки. В зависимости от характера остатков и типов организмов различают ракушечники, (цельнораковинные)—фораминиферовые, пелециподовые, бра- хиоподовые, криноидные и др. — и органогенно-детритовые (из раковинного детрита)—фораминиферовые, пелециподовые и т. п. Часто встречаются известняки смешанного состава, на­пример фораминиферо-водорослевые, фораминиферо-водоросле- вокриноидные и др.

Органические остатки скреплены кальцитовым цементом пелитоморфной или микрозернистой структуры. Количество раковин и цемента изменяется в широких пределах. Этому фак­тору некоторые исследователи придают большое значение и ис­пользуют как классификационный признак.

Рифовые и биогермные известняки характеризуются обилием прикрепленных организмов: кораллов, мшанок, водорослей и др., к которым присоединяются раковины других животных, целые и переломанные, иногда они нацело сложены постройками кораллов, мшанок. Размеры тел рифовых известняков бывают весьма значительны. Так, например, гора Ай-Петри в Крыму представляет собой рифовый массив (известняки юрского воз­раста) .

К этому же типу относятся строматолитовые известняки. Те­ла строматолитов имеют уплощенную форму и меньшие разме­ры, сложены они почти нацело водорослями.

К биогенным известнякам принадлежит белый пишущий мел — белая мягкая порода с высокой пористостью (до 50%), обладающая связностью (держится в куске), в сухом состоянии довольно прочная. Изучение ее в шлифах и при помощи элек- , тронного микроскопа показало, что она состоит из остатков из­вестковых водорослей — кокколитофорид и их фрагментов (более 70—85%), мелких фораминифер, мельчайших неправильной фор­мы зерен пелитоморфного кальцита и остатков крупных раковин иноцерамов, морских ежей, брахиопод, червей и др.

При пропитывании мела трансформаторным маслом или водой в нем выявляются скрытые текстуры: ихнитовые, обуслов­ленные массовым развитием ходов илоедов, жилистые, брекчие­видные и др.

Хемогенные известняки представлены микрозерни­стыми и пелитоморфными, оолитовыми и псевдоолитовыми раз­ностями. Пелитоморфные известняки состоят из зерен кальцита диаметром <0,005 мм, форма зерен неправильная — лапчатая.

В шлифе нормальной толщины зерна обычно лежат в несколь­ко слоев.

Макроскопически это плотные, афанитовые известняки с ра­ковистым изломом и различной окраской — от светлой до темной.

Оолитовые и псевдоолитовые известняки состоят из зерен концентрического или радиально-лучистого строения или сфери­ческих образований, лишенных таких структур (псевдоолиты). Оолиты имеют размеры от долей миллиметра до нескольких миллиметров. Количество их в породах изменчиво: в одних оолиты преобладают над цементом, в других — наоборот.

Образование оолитовых известняков происходит в зоне ли­торали в период седиментогенеза, в осадке в период диагенеза. Центрами кристаллизации или обрастания являются обломки карбонатов (раковин) кварца, полевых шпатов и др.

К карбонатным породам химического происхождения принадлежат также известковые туфы, образующиеся на выходах минеральных источников. Это пористые образования натечного сложения с пелптоморфной или микрозернистой структурой. Окрашены туфы обычно в желтовато-серые и буроватые тона, иногда светлые, почти белые.

Измененные — перекристаллизованные — из­вестняки могут возникать из известняков самого различного происхождения. Перекристаллизация известняков происходит при процессах катагенеза и метагенеза. В результате образуют­ся кристаллически зернистые и мраморизованные известняки с зернами разного размера: микрозернистые (0,005—0,05 мм) _т мелкозернистые (0,05—0,25 мм), среднезернистые (0,25—0,5лш), крупнозернистые (0,5—1 мм) и грубозернистые с размером зе­рен более 1 мм. В мраморизованных известняках присутствуют кристаллы кальцита величиной до нескольких сантиметров.

Если перекристаллизация происходила под давлением стрес­са, кристаллы кальцита обнаруживают следы деформаций (ме­ханическое двойникование, изгиб и течение).

Кристаллически зернистые и мраморизованные известняки залегают среди сильно измененных осадочных пород (главным образом в геосинклиналях).

В карбонатных породах обычно присутствуют конкреции кремнезема, барита, пирита. Кремневые конкреции широко рас­пространены в палеозойских известняках Русской платформы и Донбасса, в мелу, третичных известняках.

26. Доломитовые породы. Доломитом называют породу, состоя­щую из минерала доломита (>95%')• Обычно она содержит при­месь кальцита, реже пирита, халцедона, кварца, органического вещества. В некоторых доломитах встречаются вкрапления анги­дрита, гипса и сульфидов свинца и цинка. В шлифах доломитов часто наблюдается значительное количество правильных ромбо­эдрических кристаллов доломита (зернистые и микрозернистые доломиты).

По макроскопическому облику доломиты напоминают изве­стняки. Отличие заключается в различной реакции с НС1. Изве­стняки с холодной НС1 бурно вскипают, доломиты нет. Если доломитовую породу истереть в тонкий порошок, последний бу­дет вскипать с холодной НС1, но слабее, чем известняк.

Обломочные доломиты. Среди обломочных доломитов разли­чают конгломераты, брекчии, конгломерато-брекчии и породы с меньшим размером зерна, вплоть до песчаного (1—0,05 мм). Состоят они из окатанных или угловатых обломков доломита, сцементированных доломитовым или кальцитовым цементом. Содержат примесь терригенного материала.

Обломочные доломиты встречаются среди мощных доломи­товых толщ в виде прослоев, линз, иногда пластов и представ­ляют собой результат перемыва этих толщ в условиях пляже­вого мелководья.

Брекчии иногда имеют химическое происхождение — брекчии выветривания на доломитовых породах (пермь Донбасса и др.).

Доломиты с органогенной структурой характеризуются нали­чием более или менее различимых органических остатков. По­следние сложены пелитоморфным доломитом и сцементированы пелитоморфным или зернистым доломитом. В цементе может присутствовать в небольших количествах кальцит. Доломиты этого типа образуются при доломитизации карбонатных осадков или эпигенетическом замещении известняков. Известны доломи­ты с остатками кораллов, брахиопод, мшанок, пелеципод и т. д.

Водорослевые доломиты состоят из крупных караваеобраз­ных тел — биогерм, мелких округлых — шарообразных тел, ко­торые почти нацело сложены водорослями (синезелеными и зелеными, концентрирующими в своем теле карбонат магния). Тела водорослей сложены пелитоморфным доломитом. Цемента мало, состоит он из доломита. Водорослевые (биогермные) до­ломиты отличаются высокой пористостью и кавернозностью.

Известны также водорослевые доломиты с разорванными и переотложенными водорослями. Они отличаются тонкой горизон­тальной и горизонтально-волнистой слоистостью и значительно большей плотностью.

Водорослевые доломиты широко развиты в пермских отло­жениях (Донбасс, Приуралье, Северная Америка), в кембро- силуре (Сибирская платформа) и др.

Хемогенные доломиты — это микрозернистые и пелитоморф- ные, лишенные органических остатков, однородные доломито­вые породы, доломиты с ангидритом и гипсом и оолитовые до­ломиты.

Пелитоморфные доломиты — плотные, однородные породы с пелитоморфной структурой. Обычно они лишены терригенных примесей, реже содержат глинистые примеси или тонкие про­слойки гидрослюдистых и монтмориллонитовых глин, не содер­жат органических остатков.

Оолитовые доломиты состоят из концентрических и радиаль- шо-лучистых оолитов, сцементированных пелитоморфным и зер­нистым доломитом. Иногда содержат остатки морской фауны (криноиды, моллюски)

27. Карбонатные породы смешанного состава — доломитовые известняки (5—50% доломита), известковые доломиты (50— 95% доломита), анкеритизированные известняки (от нескольких до 30—50% анкерита), образуются путем доломитизации (ан- керитизации) известкового ила, реже известняков. Иногда по­роды подобного типа возникают путем раздоломичивания доло­митов при процессах выветривания.

Макроскопически переходные породы трудно отличить от до­ломитов и известняков. Для достоверного определения состава необходим химический анализ, изучение в шлифах и иммерсии с применением реакций окрашивания и термический анализ.

Встречаются они в толщах известняков и доломитов в виде пластообразных и неправильной формы тел небольшой мощ­ности.

К карбонатным породам смешанного состава относятся так же углистые и кремнистые известняки и доломиты, а также гли­нистые известняки — мергели.

Кремнистые известняки содержат до 50% кремнезема. Это породы высокой прочности, часто содержат макроскопически заметные выделения кремнезема (инкрустации в порах и кавер­нах, конкреции). При более высоком содержании кремнезема (от 50 до 95%) кремнистые известняки переходят в известковые силициты.

Углистые известняки содержат до 50% углистого материала и обычно встречаются в ассоциации с угольными пластами. Ок­рашены они в черные тона с отпечатками растений и обуглен­ными растительными остатками, чем отличаются от других кар­бонатных пород. При содержании углистого материала от 50 до 75% они называются известковыми углями. Встречаются в угленосных толщах, породы редкие и не имеют практического значения.

Мергели — тонкозернистые мягкие, реже твердые камневид­ные породы, окрашенные в белые, желтовато-серые, зеленовато­серые, редко темные тона. Сложены они пелитоморфным или микрозернистым кальцитом (редко доломитом) и тонким глини­стым материалом. Распределение глинистой примеси равномер­ное, редко она концентрируется в тонких прослоях. В некоторых мергелях обнаружено значительное количество кремнезема (в виде опала). Такие породы называют кремнистыми мергелями. Глинистое вещество представлено главным образом монтморил­лонитом и гидрослюдой. Иногда мергели содержат глауконит (глауконитовые мергели), цеолиты, барит, пирит. Многие слои мергелей содержат ходы илоедов и скелеты фораминифер, кокко- литофорид и др.

Мергели употребляются для изготовления цемента. Особенно ценны так называемые цементные мергели, содержащие три чет­верти карбоната кальция и одну четверть глинистых примесей.