Хемогенно-биогенные породы

 

В результате различных химических реакций, как в водной среде, так и на поверхности суши, а также жизнедеятельности животных и растительных организмов образуются разнообразные породы. Они связаны множеством взаимных переходов, часто имеют сложный генезис и поэтому рассматриваются вместе. Хемогенно-биогенные породы классифицируются по химическому составу следующим образом:

· Карбонатные – известняки, известковый туф, мергели, доломиты.

· Кремнистые – диатомиты, опоки, трепел, яшмы.

· Сульфатные (сернокислые) – гипс, ангидрит.

· Галоидные – галит, сильвинит.

· Железистые – оксиды и гидроксиды железа, карбонаты железа, сульфиды железа, железистые силикаты. Это оолитовые железные руды, состоящие из лимонита, сидерита, пирита и т. д.

· Фосфатные – фосфориты, представляющие фосфат кальция в аморфном виде с примесью песка и глины. Имеют большое практическое значение.

· Углеродистые (каустобиолиты) – торф, ископаемые угли, горючие сланцы, битуминозные породы, нефть.

Карбонатные породы – среди них широко распространены образования как химического, так и органического происхождения. Чаще всего здесь встречаются известняки и их разновидности.

Известняки, вне зависимости от их происхождения, состоят, главным образом, из кальцита, к которому в виде примесей добавляются другие минералы; основными примесями являются глина и песок. При возрастании глинистых примесей известняки переходят в мергели, а при увеличении содержания песка – в песчанистые известняки и в известковые песчаники. Поэтому лучшим признаком известняков является реакция с НСl. Известняки от прибавления капли слабой НСl бурно вскипают, причем на их поверхности не остается грязного пятна, которое получается при такой пробе на поверхности мергелей. По характеру сложения известняки можно разделить на плотные (сцементированные) и рыхлые (несцементированные).

По характеру структуры можно выделить известняки: крупно-, средне-, мелко- и неравномернозернистые, афанитовые (плотные), землистые, оолитовые, обломочные и т. д. Они весьма различны также по окраске, текстуре и по другим признакам.

По происхождению известняки делятся на органогенные и химические. Первые включают две группы: зоогенные (сложенные раковинами и другими скелетными образованиями животных организмов) и фитогенные (сложенные водорослями); среди химических по структуре выделяется несколько разновидностей – оолитовые, зернистые, плотные (афанитовые), землистые и др.

Степень сохранности следов органогенного происхождения в известняках находится в прямой зависимости от перекристаллизации составляющего их кальцита. Чем дальше заходит этот процесс, тем сильнее, вплоть до полного исчезновения, разрушаются остатки составляющих известняк раковин и других скелетных образований. Происхождение таких сильно перекристаллизованных известняков часто невозможно установить даже с помощью микроскопа.

Следует отметить, что существуют известняки биохимического происхождения, образовавшиеся в результате жизнедеятельности особых бактерий, которые с самого начала не имеют никаких следов органогенной структуры и состоят из мельчайших зернышек кальцита. Эти известняки, называемые дрюитовыми, служат переходом к известнякам химического происхождения. Известняки химического происхождения встречаются значительно реже органогенных. Среди них наиболее важное значение имеют оолитовые известняки, а затем известковые туфы и натеки.

Оолитовые известнякипредставляют собой скопления шаровидных известковых зерен – «оолитов», имеющих скорлуповатое или раднально-лучистое строение. Размер оолитов колеблется обычно от просяного зерна до горошины. Иногда оолитовые зернышки растворяются и на их месте в цементе породы остаются округлые пустоты; такие оригинальные породы получили название «отрицательные оолиты».

Известковый туф обычно имеет вид пористой или ячеистой известковой породы, образовавшейся отложением кальцита источниками подземных вод, богатых растворенной двууглекислой известью.

В нем часто содержатся отпечатки листьев, веточек и других растительных остатков, а также животных, которые инкрустировались отлагавшейся из источников известью. Туфы, представляющие собой континентальные образования, имеют обычно незначительную мощность и прихотливые формы залегания. Сравнительно редко они отлагаются значительными массами в месте выхода горячих минеральных источников. Такие туфы, имеющие более плотное кристаллическое строение, называются травертинами.

В случае обогащения известняка глинистой примесью в количестве менее 20% мы будем иметь глинистый известняк, более 20% – известковистый мергель, а в случае содержания глинистых частиц в количестве около 30-50% – мергель. По внешнему виду мергель обычно представляет собой плотную, твердую или мягкую породу, иногда с раковистым, а чаще с неровным или землистым изломом. Окраска мергелей весьма разнообразна: часто встречаются белые, серые, розовые и зеленые тона. С соляной кислотой мергели вскипают бурно, причем капля оставляет на поверхности породы грязное пятно, что служит характернейшим признаком, отличающим их от известняков.

Доломитами называются породы, содержащие не менее 95% минерала доломита – СаМg(СО₃)₂; остальные 5% в этих породах приходится на СаСО₃. Чистые доломиты встречаются очень редко; обычно наблюдаются самые разнообразные переходы от чистого известняка к доломиту. Внешне они похожи на известняки и отличаются от них меньшей интенсивностью реакции с соляной кислотой (HCl). Кроме того, для доломитов характерно − отсутствие раковистого излома и наличие шершавого, как бы тонкопесчанистого мучнистого излома. В трещинах породы часто скапливается светлая, желтоватая или белая пыль, так называемая доломитовая мука. Структура и текстура доломитов очень разнообразны. Среди них встречаются следующие разности: зернисто-кристаллические «сахаровидные», сходные с мрамором; афанитовые; песчаниковидные, рыхлые; мучнистые; ячеистые. Цвет доломитов обычно белый, кремовый или серый.

Кремнистые породы состоят преимущественно из кремнезема органического и химического происхождения. Из кремнистых пород органического происхождения особенно важны диатомиты. Они представляют собой скопления мельчайших скелетов диатомовых водорослей (диатомей), состоящих из водного кремнезема (опала).

К этой же группе пород относятся измененные кремнистые породы, частично органогенного происхождения, например, опока. Опока – это довольно твердая, очень легкая кремнистая порода, серого, голубоватого, иногда черного цвета (окраска часто пятнистая). По внешним признакам одни разности опок приближаются к трепелам и диатомитам (мягкие опоки), а другие имеют кремневидный облик (твердые плотные разности). При ударе твердая опока колется со звоном на мелкие остроугольные обломки с раковистым изломом. По происхождению опоки представляют собой чаще всего измененные, сильно сцементированные диатомиты.

Сульфатные (сернокислые) и галоидные породыразличаются по химическому составу, но близки по условиям образования. Они возникают в результате выпадения солей из растворов в лагунах и заливах моря, в бессточных озерах, в сухом климате. Залегают в виде мощных пластов, линз, иногда соляных куполов и штоков. Породы чаще всего мономинеральные.

Наиболее распространенные породы этих групп – гипс, ангидрит, каменная соль, сильвинит, карналлит.

Каменная соль представляет собой зернисто-кристаллическую или сливную массу, состоящую из минерала галита; окраска ее изменяется от светлой до черной – в зависимости от примесей. Диагностические признаки: соленый вкус, легкая растворимость в воде, небольшая твердость.

Сильвинит – состоит преимущественно из сильвина, отличается пестрым цветом и горько-соленым вкусом.

Гипс также встречается в виде зернисто-кристаллических масс, состоящих из минерала гипса. Чистый гипс снежно-белый, желтый или розовый, но окраска может быть самая разнообразная – в зависимости от состава примесей. Он имеет небольшую твердость. Часто гипс наблюдается в виде мелких зерен или друз в различных осадочных породах.

Ангидрит – серая или голубовато-серая плотная, твердая порода (твердость 3,5), что резко отличает его от гипса. Ангидрит встречается на глубинах более 70 м; на поверхности вследствие гидратации переходит в гипс, увеличиваясь при этом в объеме. Структура кристаллическая, зернистая.

Углеродистые породы (каустобиолиты*)образуются из растительных и животных остатков, преобразованных под влиянием биохимических, химических и других геологических факторов. Эти породы обладают горючими свойствами и поэтому имеют очень важное практическое значение. К ним относятся породы ряда углей (торф, ископаемые угли) и горючие сланцы. К каустобиолитам относятся также нефти и продукты ее изменения. Методика из изучения отличается от рассмотренной выше и в данном пособии не разбирается.

Породы ряда углей, представляют собой ряд обогащения древесины углеродом по схеме: древесина (50% С) ® торф (55-60% С) ® бурый уголь (70% С) ® каменный уголь (82% С) ® антрацит (95% С).

Торф представляет собой бурую или черную массу не до конца разложившегося растительного материала, обугленного и обогащенного органическими кислотами. В виде примеси присутствует терригенный материал. Это рыхлая, пористая, землистая порода, образующаяся в болотах при недостаточном притоке кислорода.

Ископаемые угли образуются преимущественно из древесной растительности (гумусовые угли), меньше из водорослей (сапропелевые угли). Во всех углях присутствует терригенная примесь. В углях процесс разложения органических веществ заходит значительно дальше, чем в торфе.

Бурый уголь ­– плотная, темно-бурая или черная порода, с матовым или стеклянным (реже) блеском, землистым или раковистым изломом и бурой чертой. Неразложившиеся части растений практически отсутствуют. Содержание углерода примерно 60-70%.

Каменный уголь – черный, с жирным или матовым блеском, черной матовой или блестящей чертой; хрупок, пачкает руки. Большинство бурых и каменных углей обладает хорошо выраженной слоистостью. Содержание углерода увеличивается до 82-92%.

Антрацит – это еще более плотная порода серовато-черного цвета с сильным полуметаллическим блеском. Излом неровный, раковистый; не пачкает рук. Содержит углерода до 97%.

Процесс разложения органического вещества, происходящий в условиях наиболее затрудненного доступа кислорода, приводит к образованию нефти или горючих летучих веществ – битумов.

Битуминозные породы – породы с рассеянной в них нефтью, находящейся в окисленном (сгущенном) виде. Они имеют темный цвет, запах битума при ударе по породе и окрашивают растворители (бензин, бензол) при погружении в них порошка породы. Часто накопление битумов происходит одновременно с отложением тонких илов, образующихгорючие сланцы. Горючие сланцы – это тонкослоистые, темно-серые или бурые породы, при горении выделяют запах битума.

Нефть – это жидкость от светло-желтого (легкие разновидности) до коричневато-черного (тяжелые разновидности) цвета со специфическим запахом битума и масляным блеском. Залежи нефти формируются в пористых или трещиноватых породах, которые играют роль коллекторов. Существует две гипотезы происхождения нефти – органическая и неорганическая.

Самые распространенные из осадочных пород – глинистые (около 40%), затем идут обломочные породы (30 %), известняки и доломиты (25%) и 5% остается на долю остальных осадочных пород.

 

13.3. СПИСОК ОСАДОЧНЫХ ПОРОД ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

 

1. Конгломерат	5. Глина	9. Известковый туф
2. Брекчия	6. Боксит	10. Мергель
3. Песчаник	7. Гипс	11. Опока
4. Лёсс	8. Известняк

 

13.4. МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ И ОПИСАНИЯ

ОСАДОЧНЫХ ПОРОД

 

Осадочные горные породы характеризуются рядом особенностей. Они, как правило, слоисты, часто пористы, нередконесут на себе отпечатки различных растений и животных или содержат ископаемую флору и фауну.

Правильное определение осадочных пород возможно только при полном учете всего комплекса внешних свойств и признаков. Большое разнообразие пород одного названия, но разных по генезису и внешнему виду заставляет помимо определения их структуры и текстуры устанавливать и подробно описывать такие признаки, как характер слоистости или ее отсутствие, кавернозностъ, твердость, излом, органические остатки или их отпечатки, трещиноватость, выцветы, пятна, следы различных физических воздействий, характер реакции с соляной кислотой и т. д. Полное описание породы позволяет не только точнее определить, но и установить условия ее образования и состав. В конце описания каждой породы отмечается ее генетическая группа, в какой среде отлагался осадок, химический состав породы (для хемогенных и органогенных пород).

Окраска осадочных пород является признаком для их определения и зависит от окраски минералов, слагающих породу, рассеянной в породе примеси и тончайшей корочки, часто обволакивающей зерна минералов. Определение цвета породы производят при дневном свете и сухом состоянии породы, так как искусственный свет и влажность изменяют оттенки, а определение оттенков цвета в породе имеет большое значение.

При описании псефитов указывают состав, окраску, величину и характер окатанности обломков, состав и окраску цемента, соотношение в породе обломков и цемента. Например: конгломерат гравийно-галечный сложен гравием и галькой коричневого и светло-серого цвета, по-видимому, кремнистого состава (высокая твердость и раковистый излом). Галька хорошо окатана. Цемент известково-песчаный состоит из серого крупнозернистого песчаника, вскипающего с НСl. Соотношение обломков и цемента 3:2.

При определении псаммитов необходимо пользоваться лупой. Помимо структуры и текстуры, степени окатанности зерна необходимо определять минеральный состав зерен и по преобладающим минералам и цементу давать им наименования. При описании псаммитов указывают цвет, величину и характер окатанности зерна, минеральный состав и окраску, состав и окраску цемента, реакцию с НСl, пористость. Например: песчаник известковистый, полимиктовый (кварц-глауконитовый), среднезернистый. Плотная зеленовато-серая порода, состоящая из зерен кварца размером в поперечнике 0,3-0,5 мм (20%), глауконита до 3 мм (60%), придающего зеленый оттенок породе, и зеленовато-серого цемента (около 20%), вскипающего при действии разбавленной соляной кислотой.

Описывая глину, необходимо указывать следующие ее внешние признаки: цвет, степень влажности и пластичности, примеси, часто обусловливающие окраску всей породы; текстуру, наличие растительных остатков, окаменелостей. В конце описания необходимо отметить, к какой генетической группе порода относится.

Правильное определение хемогенно-биогенных пород возможно лишь при полном учете всего комплекса их внешних признаков. Подробно должны быть описаны текстура и структура породы, характер слоистости (в случае ее отсутствия это должно быть специально оговорено), наличие или отсутствие кавернозности. Необходимо также указать окраску, твердость (для мономинеральных пород), излом, плотность и другие признаки; особое внимание следует уделить описанию состава породы. Подробно описывают и все включения: органические остатки, конкреции, прожилки, выцветы, примазки и др. В заключение необходимо указать генезис и принадлежность горной породы к той или иной группе по химическому составу.