Понятие о горных породах

Понятие о горных породах

Горной породой называется естественный агрегат минералов, связанных общностью происхождения. Например, горная порода, называемая гранитом, состоит из кварца, ортоклаза, роговой обманки и слюды. Это основные минералы, входящие в состав гранита. Они спаяны друг с другом и представляют собой не случайное скопление, а закономерное сочетание, образующиеся в определенных геологических условиях. Известны также горные породы, состоящие из нескольких минералов, называют полиминеральными, а из одного минерала-мономинеральными. Минералы, содержащиеся в породах в количестве более 5 %, называются породообразующими, присутствующие в виде незначительной примеси-акцессорными. Все горные породы по своему происхождению (генезису) делятся на три основные группы: магматические, осадочные и метаморфические.

Магматические породы образуются в процессе остывания и кристаллизации вещества Земли, находящегося до этого в расплавленном состоянии.

Осадочные породы образуются в результате разрушения на поверхности Земли ранее сформировавшихся горных пород и последующего накопления и преобразования продуктов этого разрушения.

Метаморфические породы образуются из магматических и осадочных пород, подвергшихся в недрах земной коры действию высоких температур, давлений и химически активных веществ. Магматические породы составляют 95% общей массы пород, слагающих земную кору. На осадочные и метаморфические породы приходится только 5%.

Кроме минерального состава и происхождения, горные породы отличаются друг от друга структурой, текстурой и формами залегания в земной коре.

Структура горных пород (строение) определяется размером, формой и характером срастания минеральных зерен, слагающих породу.

Текстура горных пород (сложение) определяется пространственным взаиморасположением слагающих ее минеральных зерен и характером заполнения объема породы.

Магматические горные породы

Природный силикатный расплав, образующийся в недрах Земли в результате выплавления из вещества мантии его наиболее легкоплавких компонентов, называется магмой.

Местом, где образуются очаги выплавления, является астеносфера. По сравнению с вмещающими породами магма более легкая и подвижная, поэтому она по разломам проникает вверх, в область пониженных давлений, где достигает земной коры, внедряется в нее, а иногда даже изливается на поверхность. Магму, излившуюся на земную поверхность и потерявшую летучие компоненты, называют лавой. При движении магмы вверх она отдает часть тепла окружающим породам и охлаждается. при охлаждении магмы начинается кристаллизация, т.е. образование минералов. Так возникают магматические горные породы. Они бывают двух типов: интрузивные и эффузивные. Интрузивные горные породы образуются в недрах земной коры пр кристаллизации магмы, не достигшей земной поверхности.

Эффузивные горные породы образуются на поверхности Земли при застывании лавы. В свою очередь интрузивные горные породы подразделяются на абиссальные, т.е. застывшие на большой глубине, и гипабиссальные, застывшие на небольшой глубине (2-3 км). Эффузивные породы подразделяются на кайнотипные-не подвергшиеся изменению на поверхности Земли, и палеотипные-сильно измененные, более древние породы.

Структуры и текстуры

Различают три основных типа структур магматических пород: полнокристаллическую, неполнокристаллическую и стекловатую. Полнокристаллическая структура характерна для пород, имеющих кристаллически-зернистое строение. По размерам зерен выделяют крупнозернистую (свыше 5 мм), среднезернистую (5-1 мм), мелкозернистую (менее 1 мм) и скрытокристаллическую структуру, когда зерна не видны простым глазом. Если основная масса породы состоит из кристаллов небольших размеров, среди которых различаются отдельные крупные кристаллы, то такую структуру называют порфировидной. Неполнокристаллическая структура характерны для пород, в которых только часть вещества выделилась в виде кристаллов. Стекловатой структурой обладают породы, нацело сложенные аморфной, нераскристаллизовавшейся массой. Если среди основной стекловатой или скрытокристаллической массы видны отдельные хорошо образованные кристаллы, то структуру называют порфировой. Кристаллы, рассеянные в плотной массе породы, называются вкрапленниками. Основными текстурами магматических пород являются массивная, пористая, флюидальная. Массивная текстура характеризуется отсутствием какой-либо закономерности в расположении породообразующих минералов. Пористая текстура характеризуется наличием пустот и возникает при выделении газов из остывшей лавы. Флюидальная текстура отличается ориентированным расположением минералов в породе. Она образуется в результате течения застывшей лавы.

Интрузивные и эффузивные породы имеют различную структуру. Абиссальные породы характеризуются крупнокристаллической структурой и массивной текстурой. Гипабиссальным породам свойственна порфировидная структура, однако эти породы могут иметь и равнозернистую структуру. Для эффузивных пород более характерны стекловатая, скрыто-кристаллическая, порфировая структуры и флюидальная, пористая, а иногда и массивная текстуры. Каинотипные породы имеют обычно пористую текстуру. У палеотипных пород порфировые выделения сильно разрушены. Таким образом, по структуре и текстуре можно определить условия образования горной породы.

Минеральный состав

Минеральный состав магматических пород зависит от химического состава и условий кристаллизации. Различие в химическом составе определяется содержанием в породе кремния (SiO2). По этому признаку магматические породы разделяют на кислые, с содержанием SiO2>65%, средние, содержащие SiO2 от 65 до 52%, основные- SiO2 от 52 до 45% и ультраосновные- SiO2<45%. Кроме того, выделяется группа щелочных пород, отличающихся повышенным содержанием окислов щелочных металлов Na и К.

Главными породообразующими минералами является кварц, полевые шпаты, слюды, амфиболы, пирроксены и оливин. Первые два минерала имеют светлую окраску, остальные-темного цвета. Окраска магматических пород определяется соотношением светлых и темных породообразующих минералов и является важным диагностическим признаком. Как правило, цвет ультраосновных и основных пород, богатых темными силикатами-роговой обманкой, пироксенами, оливином, темнозеленой до черного. Кислые и средние породы, богатые шпатами, окрашены в более светлые тона-серые, зеленоватые и розоватые. Чем кислее породы, тем они светлее. С уменьшением кислотности возростает плотность пород. У кислых пород она 2,5-2,7, у средних 2,7-2,8, у основных 2,9-3,1 и у ультроосновных 3,1-3,3 г/см3.

Основные типы магматических пород

Кислые породы (>65% SiO2). Главными породообразующими минералами являются кварц, калиевые полевые шпаты, кислые плагиоклазы и биотит, реже мусковит и роговая обманка. Среди кислых пород наиболее широко распространены интрузивные породы-граниты, гранодиориты. Эффузивными образованиями являются липариты, вулканическое стекло (обсидиан) и пемза.

Средние породы (65-52% SiO2). Главными породообразующими минералами являются калиевые полевые шпаты, средние плагиоклазы и роговая обманка, нередко присутствует авгит. Представителями средних интрузивных пород являются сиениты и диориты, эффузивных-трахиты и андезиты. В диоритах и андезитах светлые минералы представлены почти исключительно плагиоклазами, а в сиенитах и трахитах преимущественно или только калиевым полевым шпатом.

Основные породы (52-45% SiO2). Главными порообразующими минералами являются пироксены (авгит и др.) и основные плагиоклазы (часто лабрадор). Присутствуют роговая обманка и реже оливин. Большое количество цветных минералов придает породе темную окраску, на фоне которой у интрузивных пород выделяются серые зерна основных плагиоклазов. Интрузивными породами этой группы являются габбро и диабазы, эффузивными-базальт.

Ультроосновные (<45%SiO2) относятся к группе бесполевошпатовых образований. Породы этой группы состоят из оливина  пироксенов. Наиболее распространены интрузивные породы-пироксены, перидотиты и дуниты, их излившиеся аналоги встречаются редко.

Щелочные породы (40-55% SiO2). Здесь обязательно присутствует нефелин. Интрузивный представитель-нефелиновый сиенит, эффузиный-фонолит.

Формы залегания магматических пород

Формами залегания интрузивных пород являются батолиты, штоки, лакколиты, лополиты, силлы, жилы.

Батолиты-очень крупные магматические тела неправильной формы, уходящие корнями в низы гранитного слоя, земной коры. Они занимают территорию в сотни и тысячи квадратных километров. Батолиты имеют чаще всего гранитный состав.

Штоки-также являются телами неправильной формы, но значительно меньших размеров. Часто связаны с батолитами или представляют собой часть их. Могут занимать территорию до 100км2. Батолиты и штоки образуются при застывании магмы кислого и среднего состава, которая характеризуется значительной вязкостью и малой подвижностью.

Лакколит-тело кораваеобразной формы с подводящим каналом снизу. В поперечнике лакколит может достигать сотен и тысяч метров. В случае размыва вмещающих пород тело лакколита может выступить на поверхность (такова например, гора Аю-Даг в Крыму).

Лополит-тело чашеобразной формы, по размеру близкое к лакколиту. Лакколиты, лополиты и подобные им тела образуются при внедрении магмы кислого или среднего состава. Очень подвижная магма основного состава может проникнуть между слоями осадочных пород и образовать пластовые залежи или силлы.

Жильные тела образуются в трещинах батолитов и подобных им тел, а также во вмещающих породах. Жилы, имеющие вертикальное направление, называются дайками. Сложены жилы и дайки обычно основными породами. Нередко при разрушении вмещающих пород дайки выглядят как стены значительной протяженности.

Формы залегания эффузинвых пород менее разнообразны. Среди них распространены купола, покровы, потоки.

Куполами называют образования из остывшей лавы сводообразной формы. Останцы жерл вулканов, сложенные остывшей магмой, получили название некки (жил и жерловины).

Покровами называют образования, по форме сходные с пластами осадочных пород. Покровы занимают большие площади, измеряемые иногда сотнями тысяч квадратных километров. Они образуются на горизонтальной или слабо наклоненной поверхности в результате излияний по трещинам в земной коре. Мощность покровов, как правило, до 20-30 м.

Потоки-тела, представляющие собой заполнения остывшей лавой ущелий, ложбин, долин. Они обычно плоские, сильно вытянутые в направлении течения лавы.

Осадочные горные породы

Происхождение и классификация горных осадочных пород

Исходным материалом для формирования осадочных пород являются продукты разрушения ранее существовавших пород. Горные породы, долгое время находящиеся на дневной поверхности, разрушаются под влиянием колебаний температуры, от воздействия воды, ветра, газов, деятельности организмов. Процесс разрешения горных пород, обнажающихся на поверхности Земли, носит название выветривания. Он заключается в механическом раздроблении пород и химическом разложении слагающих их минералов. В результате выветривания пород образуются обломочные частицы, коллоидные и истинные растворы. Образовавшийся осадочный материал обычно не остается на месте. Под действием текучих вод, ветра, льда он переносится в те участки земной поверхности, где существуют условия, благоприятные для его накопления. Подавляющая масса продуктов разрушения переносится реками и накапливается в водной среде-озерах и главным образом в морях. Такие осадки называют субаквальными. Однако накопление осадков может происходить и в безводных условиях. Такие осадки называют субаэральными.

В процессе переноса и отложения осадочного вещества происходит отделение обломочных частиц от растворенных веществ. Обломочный материал, отлагаясь на дне водоемов или в пониженных участках суши, дает начало обломочным породам. Растворенные вещества могут перейти в осадок либо чисто химическим путем, либо за счет жизнедеятельности микроорганизмов. Химическое осаждение происходит из насыщенных растворов. Выпадающие в осадок соли дают начало хемогенным породам. Морские организмы извлекают минеральное вещество из воды для постройки своего скелета, а после смерти отлагают его на дне бассейна. Так образуются органогенные породы. Организмы при этом способны переводить в осадок вещества, находящиеся в растворах в количестве, далеком от насыщения.

Образовавшиеся осадки еще не являются горными породами. После своего формирования они претерпевают целы ряд изменений, в результате которых превращаются в осадочные породы. Процесс перехода осадка в горную породу получил название диагенеза (диагенез-греческое слово, означает «перерождение»).

Образование осадочных пород можно наглядно представить следующей схемой:

Таким образом, по генезису (происхождению) выделяются группы обломочных, хемогенных и органогенных пород. Выделенные группы связаны между собой различными переходными типами пород. Они образуются за счет накопления осадков различного происхождения, как например, мергели и опоки. Такие породы, либо выделяют в отдельную группу смешанных пород, либо рассматривают наравне с однородными, давая им название по компоненту; присутствующему в количестве более 50%. Если содержание компонента колеблется в пределах 5-50%, он находит отражение в названии породы в качестве прилагательного, при содержании менее 5% он не находит отражение в названии. 

Минеральный состав, структуры и текстуры

Различают две группы минералов, слагающих осадочные породы: реликтовые и собственно осадочные. К первой группе относятся минералы, унаследованные от материнской породы-кварц, полевые шпаты, слюды и др. это минералы, устойчивые по отношению к выветриванию. Вторую группу составляют минералы, устойчивые по отношению к выветриванию. Вторую группу составляют минералы, образующиеся путем осаждения из растворов: холцедон, опал, кальцит, доломит, галит, гипс, ангидрит и др. в органогенных породах преобладают собственно осадочные минералы, а в обломочных-реликтовые.

Если обломки материнских пород, отдельные минералы, органические остатки, образующие осадочную породу, не скреплены между собой, то породу называют рыхлой, в противном случае-сцементированной. Материал, скрепляющий составные части осадочной породы, называется цементом. По составу цемент бывает самый различный: карбонатный, гипсовый, кремнистый, железистый, глинистый и т.д.