Пример описания

Известняк криноидный, светло-серый, неравномерно-зернистый, в основном органогенно-обломочный - мелкодетритовый с более крупными (до 5 мм) члениками криноидей (20%), неслоистый, слабо песчанистый, с песчаниковидным и искристым изломом, пористый, средней крепости, бурно вскипает с HCl.

Рифовые и биогермные известняки состоят из продуктов замещения прикрепленных организмов – кораллов, мшанок, водорослей. Формой их залегания нередко являются массивы большого размера. Характерным представителем группы водорослевых известняков являются строматолитовые.

Белый писчий мел – это высокопористая мягкая порода белого цвета. Является весьма специфической разновидностью биомикрита, состоящей из остатков известковых водорослей – кокколитофорид, мелких фораминифер, мельчайших частиц кальцита. Как правило, это очень чистая порода, содержащая более 90% карбоната кальция, и примерно 75 – 90% его массы присутствует в виде органогенных частиц размером менее 4 микрон.

Хемогенные известняки представлены микрозернистыми, пелитоморфными, оолитовыми, пизолитовыми и псевдоолитовыми разностями. Пелитоморфные известняки состоят из частиц кальцита лапчатой формы размером менее 0,005 мм. Они отличаются плотной структурой, раковистым изломом и имеют разную окраску – от светлой до темной. Оолитовые известняки состоят из мелких (до 1 мм) шарообразных выделений концентрического или радиально-лучистого строения. Псевдоолитовые известняки также состоят из сферических частиц, но в них отсутствует аналогичное строение. Пизолитовые известняки отличаются от оолитовых несколько более крупными размерами выделений (2-10 мм). Оолиты и пизолиты сцементированы в породе карбонатным цементом, масса которого переменна, вплоть до преобладания в ней.

Известковые туфы и натеки образуются вблизи минеральных источников. Отличаются пористой структурой натечного сложения. Туфы окрашены в желтовато-серые и буроватые тона, но иногда почти белые.

Перекристаллизованные известняки образуются из первичных известняков разного генезиса в процессах катагенеза и метагенеза. Кристаллически-зернистые разности характеризуются различной крупностью зерен (грубо-, крупно-, средне-, мелко- и микрозернистые известняки). В мраморизованных известняках встречаются кристаллы кальцита размером до нескольких сантиметров. Такие породы залегают в складчатых зонах в толщах метаморфизованных или сильно измененных осадочных пород.

Особой разновидностью известковых пород являются окремнелые известняки, содержащие конкреции халцедонового состава. Они характеризуются повышенной твердостью.

Вторичные известняки образуются различными путями – в процессе растворения соляных залежей, при выветривании доломитов («раздоломиченные») и т.д. Раздоломиченные породы представляют собой средне- или крупнозернистые известняки, часто кавернозные и ноздреватые. Иногда в них сохраняются линзы первичных доломитов.

Другой распространенной карбонатной породой являются доломиты, в которых содержание минерала доломита нередко превышает 95%. В их минеральном составе обычно присутствуют примеси кальцита, реже пирита, халцедона, кварца, органического вещества и др. В некоторых разностях отмечены вкрапления ангидрита, гипса, сфалерита и галенита.

Обломочные доломиты встречаются в виде прослоев, линз и пластов, залегающих среди мощных доломитовых толщ, и образуются в результате перемыва продуктов их разрушения в прибрежно-морских условиях. Они сложены окатанными, угловатыми или угловато-окатанными обломками доломита, сцементированными доломитовым же или кальцитовым цементом. Типична также примесь терригенного материала (обломочные частицы кварца, полевых шпатов и др.).

Доломиты органогенного происхождения содержат остатки кораллов, брахиопод, мшанок, пелеципод и других организмов, замещенные пелитоморфным доломитом. Цемент этих пород обычно представлен также пелитоморфным или зернистым доломитом с примесью кальцита. Они образуются при доломитизации карбонатных осадков или эпигенетическом преобразовании первичных известняков.

Водорослевые доломиты состоят из крупных округлых образований – биогерм и мелких шарообразных зерен, почти нацело сложенных пелитоморфным доломитом, замещающим синезеленые и зеленые водоросли, которые концентрировали в процессе жизнедеятельности карбонат магния. Они отличаются высокой пористостью и кавернозностью. Другой разновидностью являются водорослевые доломиты с переотложенными и деформированными водорослями, для которых характерны горизонтальная или горизонтально-волнистая слоистость и повышенная плотность.

Хемогенные доломиты отличаются микрозернистой или пелитоморфной структурой и отсутствием органических остатков. Кроме того, широко распространены доломиты с примесью ангидрита и гипса, а также оолитовые доломиты.

Вторичные доломиты образуются в процессе замещения известняков. Они залегают обычно в виде линз среди известняков или содержат участки остаточного известняка.

Среди карбонатных пород смешанного состава наиболее известны и разнообразны по составу доломитовые известняки (содержание доломита от 5 до 50%) и известняковые доломиты (50-95% доломита). Реже встречаются анкеритовые известняки (до 50% анкерита). Обычно они образуются в процессе доломитизации или анкеритизации известкового ила, реже – известняка.

Кремнистые известняки и доломиты могут содержать до 50% халцедона или других разновидностей кремнезема. Эти породы отличаются высокой прочностью. Халцедон в них образует макроскопически заметные выделения – инкрустации в порах и кавернах, конкреции и т.д. При более высоком содержании кремнезема (от 50 до 95%) породы относят к известковым силицитам.

Углистые известняки и доломиты включают до 50% углистого материала и окрашены в черные тона, часто с отпечатками растений и обугленными растительными остатками. Обычно встречаются в виде пропластков среди угольных пластов. При содержании углистого материала от 50 до 75% порода относится к известковому углю.

Глинисто-карбонатные породы представлены мергелем. Мергели – это тонко- или микрозернистые светлые или темные обычно мягкие породы, сложенные пелитоморфным или микрозернистым кальцитом (реже доломитом) и тонким глинистым материалом. Распределение глинистой примеси в породе часто равномерное. Иногда в качестве примеси присутствуют опал (кремнистый мергель), глауконит (глауконитовый мергель), цеолиты, барит, пирит. Глинистое вещество представлено монтмориллонитом и гидрослюдами.

Сульфатно-карбонатные породы представлены ангидрито-доломитами. В них в заметном количестве присутствуют, наряду с доломитом, ангидрит и гипс.

Среди карбонатных пород смешанного состава нередко встречаются и трехкомпонентные: глинисто-известняково-доломитовые, глинисто-углистые известняки и доломиты и т.д.

Коллекторские и инженерно-геологические свойства. Карбонатные породы часто являются коллекторами нефтеносных залежей и подземных вод. Их коллекторские свойства зависят от степени трещиноватости, кавернозности, объема и характера распределения цемента. Они варьируют в широких пределах. Карбонатные породы нередко являются основанием для разного рода сооружений, что требует обязательного учета их инженерно-геологических свойств. Прочность карбонатных пород определяется степенью их выветрелости, минеральным составом, трещиноватостью, обводненностью и другими признаками. При выветривании известняки быстро выщелачиваются. Подземные воды, циркулирующие в толщах карбонатных пород, способствуют образованию карстовых пустот – пещер, провалов и т.д. Карбонатный карст создает значительные трудности при сооружении различных объектов, в том числе при строительстве и эксплуатации транспортных магистралей.

Генезис. Обломочные известняки и доломиты образуются в результате механического разрушения и перемыва более древних пород аналогичного состава, а также в процессе механической обработки скелетов известковых организмов. Наиболее активными зонами механической переработки первичных пород являются полоса прибоя на побережьях морей, зоны волнения и приливно-отливных течений (литораль и сублитораль), речные потоки и др. Признаками такой переработки являются окатанные обломки карбонатов и органических остатков. При захоронении обломков близ источников сноса без заметной механической обработки и последующей их цементации образуются известняковые и доломитовые брекчии.

Биогенные известняки являются продуктами жизнедеятельности животных и растений. Среди них различают две группы: биогермы и биоценозы. Биогермами называют прижизненные скопления прикрепленных организмов, находящихся в положении роста, а биоценозами – прижизненное скопление организмов, обитающих вместе на определенном участке бассейна. К биогермам относятся рифовые известняки – коралловые, мшанковые, водорослевые, строматолитовые и др. Биоценозы более разнообразны по составу (устричные банки, фораминиферово-водорослевые, фораминиферово-водорослево-криноидные известняки и т.д.) и обычно образуют цельнораковинные породы. Однако наиболее часто встречаются известняки, образующиеся в результате совместного захоронения умерших животных. Такие скопления называют танато- и тафоценозами. В этих известняках присутствуют остатки самых разных организмов – брахиопод, пелеципод, криноидей, фораминифер и др.

Хемогенные известняки возникают на стадии раннего диагенеза. Непосредственное хемогенное осаждение карбонатов кальция происходит в современных морях и океанах, а также в озерах зон аридного климата. В водах морей и океанов низких широт, как и в водах озер аридной зоны, карбонат кальция практически полностью насыщает раствор. При этом вещество CaCO₃ является практически нерастворимым соединением (растворимость равна 1 мг на 100 г воды). При избытке в воде СО₂ карбонат кальция переходит в бикарбонат Ca(HCO₃)₂, который отличается высокой растворимостью. Таким образом, в природных водах осуществляется подвижное равновесие следующего характера:

Ca(HCO₃)₂ ↔ CaCO₃ + CO₂ + H₂O.

При выделении избытка углекислого газа в атмосферу равновесие смещается в сторону образования нерастворимого в воде монокарбоната. Причинами уменьшения содержания СО₂ в морской воде может быть повышение температуры, деятельность организмов (например, водорослей), волнение и др. Карбонат кальция осаждается из воды в виде мельчайших кристалликов кальцита или в виде сгустков геля.

На стадии диагенеза осаждение карбоната кальция продолжается непосредственно в осадке из иловых вод, способствуя образованию цемента. В связи с сезонными изменениями состава вод и термодинамических условий среды отчетливо проявляется периодичность осаждения CaCO₃. Следствиями такой периодичности являются слоистые, полосчатые текстурные признаки и т.д.

Наиболее сложной является проблема образования доломитов. Одни ученые считают, что доломиты образуются исключительно хемогенным путем. Другие связывают их образование с процессами концентрации карбоната магния организмами (например, водорослями, криноидеями и др.). Третьи считают, что доломиты возникают в ходе взаимодействия известкового осадка с солями морской воды, среди которых достаточно много соединений магния. Наконец, популярна точка зрения, что доломиты образуются в процессе метасоматоза первичных известняков, когда часть карбоната кальция замещается карбонатом магния.

Общепризнанно, что наиболее распространены в природе три генетические группы доломитов:

1) первичные (седиментационные), образовавшиеся в результате хемогенного осаждения карбоната кальция и магния из вод бассейна;

2) диагенетические, возникшие в результате воздействия морских и иловых вод на известковые и известково-доломитовые осадки;

3) вторичные (метасоматические), образовавшиеся на стадиях катагенеза и метагенеза (т.е. эпигенетические), а также гипергенеза путем метасоматоза.

Применение. Известняки применяют в металлургии в качестве флюсового материала, в сахарной промышленности с целью очистки сиропов, как стеновой материал и т.д. В металлургии известняки употребляются в качестве флюса, обеспечивающего переход рудных компонентов в свободное металлическое состояние, а вредных примесей – в шлаки. При этом количество СаО не должно быть ниже 50%. Флюсовые известняки должны быть механически прочными. В смеси с глиной известняки используют для получения портландцемента. Они являются основным сырьем для производства негашеной извести. В химической промышленности они также используются при производстве карбида кальция, соды, едкого натра и т.д. В стекольной промышленности известняк вводят в шихту для повышения химической стойкости стекла. В сельском хозяйстве известняки служат для известкования подзолистых почв. Мел находит применение в строительном деле, в производстве цемента и как пособие в учебном процессе. В малярном деле он является незаменимым белым пигментом. В качестве наполнителя он служит в резиновой и бумажной отраслях промышленности.

Доломиты используют при изготовлении огнеупоров, цемента и в качестве флюса в черной металлургии. Огнеупорные свойства доломита (у чистых разновидностей температура плавления достигает 2300ºС) делают его весьма ценным и доступным сырьем. Частично доломиты используются для получения магния в металлургической промышленности.

Мергели употребляют для изготовления различных марок цементов (портландцемента, романцемента).

Месторождения. Крупные месторождения известняков и доломитов известны в Подмосковном бассейне, Донбассе, Крыму, на Кавказе, Урале, в Восточной Сибири и Средней Азии.

К толщам карбонатных пород приурочены также т.н. «стратифицированные» свинцово-цинковые руды и сернистые породы.

Стратифицированные руды цинка и свинца приурочены к толщам доломитовых и известково-доломитовых пород, реже – доломитизированных известняков. Сульфидные минералы в толщах представлены весьма мелкими зернами, распределенными в породе неравномерно. Зоны их концентрации представлены небольшими линзами и прослоями. Формирование оруденения происходило в аридном климате, в периферической мелководной зоне моря. Накопления свинца и цинка возникли химическим путем из коллоидных растворов, причем зона концентрации цинка находится на большом удалении от берега в связи с наиболее высокой подвижностью его соединений. Примером являются месторождения Сумсарское (Киргизия), Артемовское (Донбасс), Калкан-ата (Узбекистан) и др.

Сернистые породы содержат самородную серу в заметных количествах. Они образуют пластообразные залежи или линзы протяженностью от нескольких метров до нескольких километров среди сульфатно-карбонатных и карбонатных толщ. Местами их концентрации являются зоны выветривания соляных куполов, т.е. «шляпы-кепроки». Сера концентрируется в верхней части кепрока, мощность сероносных тел может достигать нескольких десятков метров. Самородная сера присутствует в виде вкраплений, корок, щеток в пустотах и на стенках трещин.

Вопросы для самопроверки

1. Как подразделяются карбонатные породы по составу?

2. Каков химический состав карбонатных пород?

3. Какие генотипы карбонатных пород Вам известны?

4. Как отличить доломитовые породы от известняков?

5. Какие примеси чаще всего встречаются в карбонатных породах?

6. Перечислите основные особенности мергелей.

7. Что вам известно о происхождении известняков, доломитов и мергелей?

8. Какова область применения карбонатных пород?