Осадочные горные породы

Осадочные породы представляют собой скопления минерального или органического вещества, которые образуются в результате эндогенных процессов в пределах земной поверхности – на дне водоёмов или на поверхности суши. Они покрывают около 75 % поверхности Земли, при этом, составляя всего 5 % земной коры, в связи, с чем строительство производится в основном на осадочных породах. Многие осадочные горные породы являются полезными ископаемыми (уголь, нефть, газ, вода, железные и марганцевые руды, бокситы, гипсы и ангидриты, соли, фосфориты, известняки, пески, глины).

Образование осадочных пород (литогенез) представляет собой совокупность ряда последовательных стадий:

– выветривание (физическое разрушение, дробление пород и последующее химическое разложение до состояния глин), которое приводит к разрушению верхней части всей континентальной коры;

– перенос преимущественно речными потоками, а также ветром, ледниками, временными водотоками. Продукты выветривания при этом продолжают измельчаться, истираться, сортироваться;

– отложение или седиментация рыхлых осадков в водных бассейнах с проявлением процессов дифференциации;

– диагенез включает в себя процессы уплотнения осадка, его цементацию и дегидратацию (удаление воды) вследствие постепенного погружения на большие глубины, увеличения лито- и гидростатической нагрузки, а также повышения температур за счет геотермического градиента. Вследствие диагенеза песок превращается в песчаник, глина в аргиллит, дресва и щебень в брекчию.

Осадочные породы принято подразделять на три основные группы: обломочные (терригенные), химического происхождения (хемогенные) и органогенные, которые возникли в результате жизнедеятельности организмов. Деление это весьма условно, так как многие породы имеют смешанное происхождение, примером могут служить мергели, известковистые песчаники и т.д.

К осадочным горным породам также относят: пирокластические породы (продукты извержения вулканов – пепел и песок), осевшие на поверхности земли, и со временем преобразовавшиеся в туфы и туфобрекчии.

Классификация обломочных (терригенных) пород основана на различии пород по крупности зерен, по степени окатанности, по степени сцементированности.

Хемогенные породы образуются при химическом разрушении и растворении минералов материнских пород и последующим выпадением новых минералов в осадок из пересыщенных растворов.

Органогенные образования представляют собой продукты жизнедеятельности и отмирания живых организмов. Сюда относятся известняки – продукты отмирания организмов, извлекающих из среды обитания СаСО₃, опоки, имеющие состав SiO₂ nH₂O и угли, представляющие собой различные углеродистые соединения. При классификации органогенных и хемогенных пород определяющим является их химический состав.

Важнейшим признаком, характеризующим строение осадочных пород, является их слоистая текстура. Образование слоистости связано с условиями накопления осадков (рис. 11).

 

Рис. 11 Фотография тонкой слоистости, характерной для речных и озерных отложений

Слои представляют собой более или менее плоские тела, горизонтальные размеры которых во много раз больше их толщины (мощности), и отделяющиеся друг от друга поверхностями напластования. Слоистая текстура обусловлена чередованием слоев нескольких разностей осадочных пород и может быть вызвана резким изменением размеров обломочных частиц и вещественного состава пород, либо ориентировкой осадочного материала.

Метаморфизм – процесс преобразования любых исходных пород под воздействием изменившихся физико-химических условий среды путем перекристаллизации породы без существенного расплавления. Факторами метаморфизма или причинами преобразования пород являются давление, температура, а также растворы и газы (флюиды), проникающие в толщи исходных пород.

Давление. При метаморфических преобразованиях давление может быть обусловлено несколькими причинами:

– литостатическое давление – нагрузка вышележащих толщ;

– давление движущейся магмы и давление гидротермальных растворов;

– давление тектонического движения.

Главным среди них следует считать тектоническое (стрессовое) давление, которое может достигать десятки тысяч атмосфер, и воздействовать на огромные территории. Проявление литостатического и магматического давления на этом фоне может оказаться незаметным и обычно влияет на характер минеральных преобразований лишь на локальных участках.

Температура. На метаморфические преобразования могут повлиять следующие температурные изменения:

– геотермический градиент, составляющий ≈ 300º С/1км;

– прогрев пород очагом внедрившейся и постепенно остывающей магмы;

– выделение тепла за счет тектонических подвижек, которые сопровождаются глубинными тепловыми потоками.

Гидротермальные растворы и флюиды насыщены парами воды и углекислоты и более редкими соединениями водорода, хлора, фтора и способны привносить или выносить различные химические компоненты. Они влияют на характер минералообразования, создавая специфическую окислительно-восстановительную среду, а также кислую или щелочную среды.

Различают два основных вида преобразования пород:

– локальный метаморфизм, который объединяет контактовый и дислокационный типы метаморфизма, развивающиеся на ограниченных пространствах;

– региональный метаморфизм, проявления которого охватывают большие регионы.

В зависимости от сочетания термодинамических (Р,Т) параметров выделяются те или иные типы метаморфизма. При термальном типе метаморфизма порода преобразуется под преимущественным воздействием температуры, а при динамическом - основным фактором выступает давление. Когда проявляются оба фактора одновременно, говорят о динамометаморфизме. Каждый из этих типов обладает своими специфическими геологическими условиями проявления.

Контактовый метаморфизм. При внедрении магмы в земную кору она входит в контакт с вмещающими породами, которые вследствие этого подвергаются воздействию высокой температуры расплава и магматических газов. Если на вмещающие породы оказывается существенное температурное воздействие, то она преобразуется с сохранением химического состава. В простейшем случае происходит укрупнение размеров зерен, связанное с процессом роста кристаллов (известняк → мрамор). Вследствие плохой теплопроводности пород интенсивность преобразований быстро уменьшается по мере удаления от поверхности контакта. По этой причине зоны изменения вокруг магматического очага (контактный ореол) имеет лишь ограниченное распространение и может достигать нескольких километров. Если вмещающая порода разогрета жильным магматическим телом, то это может быть узкая полоса в несколько метров (рис.12).

 

Рис.12 Контактовый метаморфизм

Контактово-метаморфическое преобразование вмещающих пород становится особенно сложным и глубоким, если кроме температурного воздействия магмы, на них влияют химически агрессивные, отделяющиеся от магмы во флюидном состоянии летучие компоненты. Обменные реакции между боковой породой и проникающими в нее газами приводят к возникновению пород, совершенно новых по химическому и минералогическому составу. Эти процессы называются метасоматозом (в переводе с греческого «замещение», «вытеснение»).

Динамический метаморфизм, который чаще называют дислокационным, протекает в относительно «холодных» условиях, когда проявляются тектонические движения по разрывным нарушениям (разломам). При этом происходит дробление пород, их истирание (рис. 13).

 

Рис. 13 Дислокационный метаморфизм

Контактовый и дислокационный типы метаморфизма развиваются в ограниченных пространствах, локально. Первый тип увязывается с узкой полосой вокруг магматических тел, а второй – с такой же полосой тектонических трещин. Поэтому тот и другой тип объединяются названием локальный.

Региональный метаморфизм. Движения в земной коре, захватывающие большие пространства, как это происходит при горообразовательных процессах, совместно с давлением вышележащих толщ пород и возрастающей с увеличением глубины погружения температурой обуславливают регионально-метаморфические преобразования пород. В зависимости от давления и температуры наблюдаются изменения более слабой или более сильной степени, которые отличаются характерными минеральными новообразованиями и называются метаморфическими фациями (рис. 14).

 

Рис. 14 Типы метаморфизма. Фации регионального метаморфизма