u_lectures

41

В качестве ассоциирующих минералов встречаются: кальцит, глауконит, хлориты, глинистые минералы. Примесными компонентами являются аллотигенные обломки кварца, полевых шпатов и других устойчивых минералов.

По условиям формирования железистые породы делятся на континентальные, морские и океанические. Континентальные породы представлены лимонит-гëтит- гидропегматитовыми, обычно натечными с “решетками” исходных пород окисными элювиальными отложениями, а также оолитовыми и желваковыми лимонит-гётит- гидрогетитовыми озерно-болотными закисными породами. Морские отложения представляют собой гематитовые оолитовые породы, а также сидеритовые, шамозитовые, сульфидные, с глинистым, кремнистым и органическим материалом образования. Гетитгематитовые железо-марганцевые конкреции представляют собой океанические образования.

Источник и мобилизация вещества. Первичным источником железа для формирования осадочных пород являются разрушаемые магматические породы ультраосновного и основного состава. Содержания в них окисного и закисного железа в среднем составляет 12 %. В последующих геологических процессах источником железа могут быть и метаморфические, и осадочные породы, обогащенные им.

Источником железа могут служить и эндогенные магматические очаги, поставляющие железо по разломам в виде пирокластического материала, лав, гидротермально-метасоматических растворов и газовых эманаций («черные курильщики»). Изучая современные океанические осадки, Н.М. Страхов показал, что роль вулканических процессов в привносе в океан рудных элементов, в частности железа, невелика и оценивается лишь в 1-2 %. Мобилизация железа из изверженных пород и из пирокластического материала происходит под воздействием воды, кислорода и кислот.

Транспортировка и накопление вещества. Транспортировка малоподвижного элемента – железа осуществляется в виде механической взвеси железистых пород и минералов; в виде коллоидов гидроокиси железа; в виде сульфатов и бикарбонатов

42

закисного железа, в виде сложных биохимических соединений в живых и растительных организмах. Не исключается перенос обломочного материала разрушенных ранее железистых пород.

Взвесь железистых нереакционноспособных компонентов осаждается в зависимости от гидродинамической активности транспортирующей среды. Распространение осаждаемой взвеси тяготеет к континентальным переходам и мелководно-морским обстановкам.

Осаждение коллоидных форм железа осуществляется в присутствии электролитов, роль которых часто выполняют морские и океанические воды, в которые стекают континентальные пресноводные потоки. Коллоиды коагулируют, а в присутствии органических веществ коагулируют и в виде постепенно укрупняющихся частиц осаждаются.

В пресноводных озерах и болотах, в которых обычно слишком много стабилизирующих коллоидов, а концентрации электролитов низки, эффективное осаждение коллоидов осуществляется, в основном, в результате жизнедеятельности бактерий и растительности. Окисное железо гидрозолей в этом случае восстанавливается до двухвалентного и в осадок выпадает сидерит.

Характеристика пород. Главнейшими представителями железистых пород являются джеспилиты, бурые железняки, сидериты и шамозит.

Практическое значение. Осадочные железистые породы имеют большое практическое значение, являясь рудным сырьем для черной металлургии. Наиболее высококачественными являются руды, состоящие из окислов и гидроокислов железа и сидерита. Вредные примеси в железных рудах – сера, фосфор, мышьяк; полезные – марганец, никель, хром. Крупнейшими месторождениями железистых пород (руд) в России являются – Курская магнитная аномалия (джеспилиты), месторождение Бакальское (сидеритовые) на Урале, Бакчарско-Колпашевская железорудная провинция (оолитовые гетит- и гидрогетит-лептохлоритовые) в Томской области.

Марганцевые породы

К марганцевым породам относятся образования, содержащие свыше 50 % минералов марганца: окисных – псиломелана, пиролюзита, манганита, браунита; силикатных – родонита, спессартина и карбонатных – родохрозита и манганокальцита. Породы, содержащие < 50 % минералов марганца относят к марганцовистым породам

В качестве второстепенных минералов в них присутствуют: глауконит, опал, халцедон, окислы и гидроокислы железа, глинистые минералы, кальцит, анкерит, сидерит. Отмечается примесь обломочного материала.

Генетические типы. По генезису среди марганцевых пород выделяются: континентальные, морские и океанические; по минеральному составу: окисные, закисные и карбонатные (табл. 3.2).

43

Источник и мобилизация вещества. Первичным источником марганца являются кристаллические породы основного и ультраосновного состава, содержание марганца в которых может достигать 0,5 %. Они могут быть экзогенными, выпавшими на эродируемую поверхность Земли и вулканическими.

Мобилизация элемента из минералов кристаллических пород осуществляется в процессах их выветривания. В последующем источником элемента в осадках озер, болот, рек, морей и океанов могут быть коры выветривания и обогащенные марганцем новообразованные разнообразные породы.

Источником марганца могут быть также пирокластический материал и газовожидкие струи, поднимающиеся из вулканических аппаратов в зонах глубинных разломов, часто в подводных условиях.

Мобилизация марганца из силикатных и алюмосиликатных минералов магматических пород осуществляется при их разложении химическими и биохимическими агентами выветривания. Возможность глубоких процессов разложения достигается в условиях:

- расчлененного холмистого и низкогорного рельефа, а также влажного теплого климата, обеспечивающих интенсивную миграцию пресных агрессивных вод;

44

-обилия растительности, обеспечивающей пищей микрофлору и микрофауну, играющих важную роль в формировании органических кислот;

-доступ органических кислот к разлагаемым первичным минералам, к мобилизации марганца в коллоидные формы, органоминеральные комплексы и растворимые ионные соединения.

Важно подчеркнуть, что в разлагаемых минералах марганец присутствует преимущественно в двухвалентной форме. В условиях выветривания, в среде, обогащенной кислородом, марганец переходит в четырехвалентную форму. Железо, так же мобилизуемое в процессах выветривания из тех же пород, переходит в трехвалентное состояние. Возникающая разница в валентностях геохимически близких элементов обусловливает и их разделение в последующей их миграции.

Транспортировка и накопление вещества. Транспортировка марганца осуществляется лишь частично во взвесях и организмами. Роль переноса марганца в виде истинных растворов и газово-эманационных струй также относительно невелика. Большая часть марганца переносится в виде коллоидных растворов, стабилизированных в том или ином виде органическими веществами. Так для современных океанов роль эксгаляций Fe

+Mn оценивается лишь в 1,5-1,7 %.

Коллоидные растворы представляют собой золи сложного состава, в которых в виде дисперсных фаз присутствуют разнообразные марганцевые и другие химические соединения. Так как коллоидные частицы разных веществ имеют различный электрический заряд не только по знаку (положительный или отрицательный), но и по своей величине, то естественно, что нейтрализация их, влекущая за собой свертывание коллоидов, осаждение коагулятов и прекращение транспортировки, может наступать на разных ее ступенях.

Следует подчеркнуть, что мигрирующее обычно вместе с марганцем железо, отстает в своем продвижении в окислительных условиях среды и обычно прекращает транспортировку раньше, чем марганец. Это особенно отчетливо проявляется при миграции элементов в морских обстановках.

В восстановительных условиях среды пути их миграции приобретают более согласованный характер. Это наблюдается в озерно-болотных и океанических обстановках.

Накопление компонентов будущих марганцевых пород в подавляющем большинстве случаев приурочено к самым низам трансгрессивно залегающих осадочных толщ. Этот факт указывает на то, что оптимальные условия для концентрирования коллоидных растворов и других форм выноса марганца существовали в моменты затухания орогенических движений и начинались при эффективном химическом и биохимическом разрушении на суше.

Переносимые марганецсодержащие компоненты осаждались на путях миграции повсеместно. Однако накопление их происходило в условиях:

-смены активного гидродинамического режима на пассивный;

-при встрече пресных вод континента с морскими, выполняющими роль электролитов;

-при встрече обогащенных кислородом континентальных вод с высоким Еh с иловыми водами, имеющими восстановительный характер и низкие значения Еh за счет разложения органического вещества и влияния микроорганизмов.

Характеристика пород

Значительных скоплений марганцевых минералов встречаются редко. Основные типы марганцевых пород псиломелан-пиролюзитовые, кремнисто-пиролюзитовые и карбонатные.

45

Практическое значение. Марганцевые руды используются в металлургии для производства специальных сортов стали. Вредной примесью в марганцевой руде является фосфор.

Методы изучения. Марганцевые минералы непрозрачны и часто образуют землистые массы. Для их изучения лучшими методами являются рентгеноструктурный и химический анализы.

Кремнистые породы

Эти осадочные породы состоят целиком или более чем наполовину из сингенетичного кремнезема в виде опала, кристобалита, тридимита, халцедона и кварца, имеющих хемогенное и органогенное происхождение. Второстепенные минералы представлены карбонатами, глауконитом, хлоритом, глинистыми минералами, оксидами и гидрооксидами железа и марганца, терригенным алеврито-песчаным и органическим веществом.

Источником кремнезема для образования кремнистых пород являются продукты химического выветривания на суше, пепловый и гидротермальный вулканический материал, а также кремнезем, растворенный в водах морей и океанов, утративший связь с первичными источниками.

Всовременных условиях образование свободного кремнезема и растворимых солей калия, натрия, кальция, железа, магния, а также нерастворимых – каолинита (при умеренном климате), гидраргиллита и бемита (в условиях жаркого и влажного климата) происходит при химическом разложении алюмосиликатов под воздействием воды и углекислоты. Водными потоками кремнезем выносится с суши в озера, моря и океаны.

Вдревние геологические эпохи, возможно, большая роль в образовании и накоплении свободного кремнезема принадлежала процессам химического разложения пеплового материала в водной среде при активной вулканической деятельности.

Переход кремнезема из растворов в осадок возможен биогенным, хемогенным и хемо-биогенным способами. Наиболее мощным извлекателями кремнезема из растворов являются диатомовые, радиоляриевые водоросли и губки. Химическое отложение кремнезема из морской или озерной воды, обладающей низкой концентрацией кремнезема (0,1-10 мг/л) может происходить путем совместного осаждения с гидроокислами некоторых металлов. В результате из образовавшихся гидроокислов

силикатов при диагенезе высвобождается и кристаллизуется SiO2 .

Кремнистые породы - малораспространенные, но в ряде районов имеют значительное распространение. По составу среди кремнистых пород выделяются 1) опаловые и 2) халцедон-кварцевые. Первая группа пород обычно мезозойского и кайнозойского возраста, вторая обычно палеозойского.

Опаловые породы

Опаловые породы по происхождению можно разделить на две группы: 1) органогенные кремнистые породы, состоящие целиком или почти целиком из кремнистых органических остатков и 2) химические кремнистые породы, образовавшиеся в результате выпадения осадка из коллоидного раствора кремнезема. Коагуляция золей кремнезема происходит преимущественно в морской среде в результате нейтрализации отрицательно заряженных мицелл SiO2 катионами Na и K.

Органогенные кремнистые породы составляют лишь часть всех опаловых пород и представлены тремя главными типами: диатомитами, спонгулитами и радиоляритами.

Диатомиты (диатомовая земля или инфузорная земля) – состоят почти целиком из панцирей диатомовых водорослей. Существенной примесью являются опаловые

46

тельца, т.е. бесформенные или округлые скопления опала, размером 0,02-0,05 мм и кластический материал. Например, диатомиты Закавказья состоят из 72 % диатомей и 28 % обломков кварца и зерен глауконита. По внешнему виду диатомиты похожи на мел. Это рыхлые, полурыхлые, белые или слегка желтоватые очень легкие породы, с объемным весом 0,42-0,96. Под микроскопом видно, что преобладающие диатомеи имеют очень разнообразный вид. Это капсулы или плоские чашечки из тонкой опаловой решетки. Размеры их около 0,01 мм. Форма может быть различной – круглой, треугольной и веретенообразной.

Спонгулиты кремнистые породы, существенно состоящие из спикул губок. Они могут содержать до 30 % обломочного материала. Наряду с отдельными спикулами, встречаются даже целые скелеты губок и обрывки их. Спикулы имеют вид палочки, прямой или изогнутой, простой или разветвляющейся, но всегда с характерным осевым каналом. Кольцевидные поперечные сечения этих опаловых палочек или трубочек имеют диаметр около 0,05-0,1 мм. В длину они достигают 0,5-0,7 мм. Спонгулиты могут быть рыхлыми, войлокообразными или плотными, в которых спикулы и обломочный материал сцементированы опалом. Опал в спикулах и в цементе может частично переходить в халцедон. Макроскопически спонгулиты обычно темные, сливные или микропористые породы.

Радиоляриты состоят почти целиком из скелетов радиолярий. Эти скелеты отличаются правильной, шарообразной формой и представляют собой тоже опаловую решетку. Размеры их менее 0,1 мм. Скелеты радиолярий легко разрушаются и поэтому настоящих радиоляритов известно очень немного. По внешнему виду эти породы неотличимы от дитомитов. Большей частью это рыхлые породы серого или желтоватосерого цвета. Они известны в меловых отложениях Калифорнии и Поволжья.

Опаловые породы химического происхождения более распространены. Среди них следует отличать трепел, опоку и гейзерит.

Трепел по внешнему виду нельзя отличить от диатомита. Это тоже белая рыхлая порода. Под микроскопом видно, что она целиком состоит из обособленных, округлых опаловых телец, размером 0,01 мм. Раньше эти опаловые шарики считали видоизмененными диатомеями, но в последнее время доказано, что при выпадении осадка из коллоидного раствора образование глобулярной структуры очень характерно. Кремнистые органические остатки в трепелах отсутствуют или находятся в подчиненном количестве. В виде примеси может быть глинистое вещество и немного обломочного материала.

Опока является плотной, относительно прочной, но очень легкой кремнистой породой. Обычно имеет массивную текстуру и ровный раковистый излом. Окраска преимущественно серая, иногда более темная, иногда светлая до желтовато-белой. Темные опоки наиболее крепкие породы. Под микроскопом видно, что опока состоит тоже из опаловых телец, но уже соприкасающихся друг с другом и более или менее сливающихся. Вполне возможно, что опока является продуктом уплотнения трепела. Эти породы встречаются совместно и переходят друг в друга. Опал в опоках может частично переходить в халцедон. В виде примеси в опоках может быть глинистый и песчаный материал.

Гейзериты – кремнистые отложения гейзеров, горячих поствулканических источников. Для них характерны натечные, колломорфные текстуры, пестрая окраска, плотное, пористое или же рыхлое сложение. Эти породы развиты преимущественно в областях современного вулканизма.

опаловые. Они составляют главную массу кремнистых пород. Осадки, из которых они образовались, выпадали в результате коагуляции коллоидных растворов кремнезема. Накопление кремнистых органических остатков не имело места, хотя отмечаются следы радиолярий в кремнистых сланцах и яшмах.

Кремнистые сланцы - плотные, очень твердые породы скрытокристаллической структуры, микрослоистой текстуры или же ясно выраженной сланцеватостью (тонкоплитчатой пластовой отдельностью). Окраска их может быть самая разнообразная, но чаще всего серая, темно-серая или зеленовато-серая.

Яшмы – массивные, неслоистые и несланцеватые породы, очень твердые с разнообразной, часто неодинаковой даже в образце окраской. Окраска яшм зависит от примесей и благодаря неравномерности их распределения обычно наблюдается причудливое переплетение различных цветов в виде струек, жилок и пятен. Благодаря своеобразной пятнистой, часто яркой окраске, большой твердости и отсутствию трещиноватости, яшмы являются ценными поделочными (декоративными) породами. Черные яшмы с примесью углистого вещества называются лидитами, или фтанитами. Под микроскопом в кремнистых сланцах и яшмах наблюдается скрытокристаллическая фельзитовая структура. Обычно в этих породах много тонких диагенетических жилок кварца, благодаря которым некоторые яшмы имеют брекчиевидную текстуру. Часто в них отмечаются округлые скопления кварца или халцедона, которые образовались на месте радиолярий. Это указывает на морское происхождение этих пород.

Образование кремнистых пород в той или иной степени связано с древней деятельностью вулканов. На это указывают факты ассоциации этих пород с туфами, туффитами и эффузивными породами. Нередко туффиты по простиранию переходят в кремнистые породы. Существуют, так называемые, кремнистые туффиты, занимающие промежуточное положение между кремнистыми и пирокластическими породами.

Кремнезема, получаемого в результате химического выветривания горных пород и принесенного в море в растворенном виде, оказывается недостаточно для образования больших толщ кремнистых пород. Следовательно, источником кремнезема, вероятно, является вулканический материал. Обогащение морских бассейнов растворенным кремнеземом происходило в периоды интенсивной поствулканической деятельности, когда богатые растворенным кремнеземом воды горячих поствулканических источников смешивались с морской водой. Тонкообломочный пепловый материал, попадающий в море, также обогащал морской бассейн кремнеземом. Это, в свою очередь, способствовало развитию организмов с кремнистым скелетом.

Практическое использование. Кремнистые породы находят разнообразное практическое применение. Яшмы используют как декоративный камень и в строительстве. Диатомиты, трепелы и опоки употребляют для очистки нефтепродуктов, растительных масел, соков и вин, а также в качестве изоляционного материала.

Методы изучения. Кремнистые породы обычно изучают макроскопически и в шлифах. При более детальных исследованиях применяют химический и рентгеноструктурный методы анализа.

Карбонатные породы

Карбонатные породы представляют собой осадочные образования, сложенные на 50 % и более карбонатными минералами. В число карбонатных минералов входят кальцит (и арагонит) СаСО3, доломит CaMg (CO3)2, а также значительно реже встречаемые магнезит, анкерит, сидерит, стронцианит, родохрозит и др. Самыми распространенными

48

карбонатными породами являются известняки, состоящие из кальцита. Очень распространенными так же являются доломиты, состоящие из минерала доломита. Другие карбонатные породы, доломитизированные известняки, состоящие из доломита и кальцита; мергели, состоящие из кальцита и глинистых минералов, с примесью аморфного кремнезема, распространены ограниченно.

Физико-химические условия образования кальцита и доломита, по-видимому, резко различны и поэтому известняки и доломиты должны быть рассмотрены раздельно.

Классификации карбонатных пород

Карбонатные породы разделяются по минеральному, химическому составу, фациальным обстановкам формирования. (таблица 3.3)

Среди классификаций карбонатных пород, позволяющих сделать высовды об обстановках их накопления, широкое распространение имеют классификации Р.Данхема и Р. Фолка.

По Р.Фолку тип карбонатной породы определяется пропорциями главных составных компонентов – аллохимических (каркасных) и ортохимических (цемент или матрикс). Цемент породы может микрокристаллическим – микрит и явнокристаллическим

– спарит. Типы пород получают названия от сочетания типа частиц и цемента.

Классификация Р.Данхема основана на типах упаковки зерен породы (табл.3.4)

Известняки

Несмотря на то, что известняки состоят из кальцита с небольшим количеством примесей, существует много их разновидностей различающихся по внешнему виду, структуре, текстуре и происхождению. Главными типами известняков являются:

50

кальций переходит в раствор и выносится. Поверхностные воды переносят известь в виде бикарбоната кальция – Са (НСО3)2. Некоторая часть извести переносится в

коллоидном состоянии, в виде известковой мути при условии насыщения воды ионами Са+2 и (НСО3)-.

Растворенная известь сносится в море, где и происходит выпадение осадка. Химическая реакция образования известняков:

Са (НСО3)2 = СаСО3 + СО2+ Н2О Реакция обратима и может смещаться вправо при условии удаления углекислоты.

Чем меньше в воде растворенной СО2, тем больше вероятности выпадения известкового осадка, тем благоприятнее условия для его накопления.

При повышении температуры растворимость СО2 в воде уменьшается, что способствует выпадению СаСО3. Отсюда понятно, почему известняки являются осадочными образованиями, свидетельствующими о теплом климате в период осадконакопления.

Удаление СО2 может быть вызвано движением воды в зоне прибоя. Поэтому зона прибоя особенно благоприятна для осаждения извести в виде оолитов и для сохранения раковин или обломков известняка.

Удаление СО2 может происходить в результате жизнедеятельности некоторых морских организмов. Зеленые водоросли поглощают углекислоту из морской воды, так же как и зеленые наземные растения из воздуха.

Распад бикарбоната кальция в морской воде происходит не только в результате удаления СО2. Возможно разложение бикарбоната кальция аммиаком: Са(НСО3)2 + 2

NН4ОН = СаСО3 + (NН4)2 СО3 + Н2О.

Аммиак получается при разложении почти всех организмов после их гибели, а также в результате жизнедеятельности бактерий, которые разлагают азотистые соединения и выделяют аммиак.

Углекислый аммоний может взаимодействовать с растворенным в воде СаСО4 и способствовать выпадению известкового осадка:

СаSO4 + (NH4)2 CO3 = CaCO3 + (NH4)2O4

Жизнедеятельность организмов способствует накоплению нерастворимого СаСО3. Многие организмы строят свой скелет или защитные формы из углекислого кальция. Большая их часть живет в теплых морях, в прибрежной зоне, где пониженное содержание СО2 препятствует растворению их раковин. У некоторых организмов раковины (глобигерины) покрыты защитным кератиновым слоем, предохраняющим их от растворения. Поэтому глобигериновые или накапливаются в неблагоприятной химической обстановке.

Доломиты

Породы, состоящие из минерала доломита СаMg(СО3)2. В отличие от известняков доломиты значительно более однородные и однообразные горные породы. В подавляющем большинстве структура доломитов кристаллически-зернистая, но с различной величиной зерен, вплоть до пелитоморфных. Окраска различная, преобладают светлые, бывают темные за счет примеси углистого вещества.

Кристаллически-зернистые доломиты похожи на песчаники за счет равномерной хорошо видимой зернистостью в изломе. Под микроскопом обычна мозаичная структура, с размером зерен от 0,3-1 мм.

Примеси гипс, ангидрит, галит, флюорит реже кварц, халцедон и глинистые минералы. Органических остатков в доломитах не бывает, но в редких случаях наблюдаются скопления совершенно перекристаллизованных раковин, в которых кальцит замещен доломитом. Обломочных и настоящих оолитовых доломитов нет.