Способы формирования осадочных пород

Осадочные породы

Литология — наука, занимающаяся изучением осадочных пород. Учёные всего мира исследуют и собирают информацию об ископаемых, изучают их особенности и условия формирования. Также они рассматривают и оценивают структуру, происхождение, состав и другие характеристики добываемых материалов.

Что такое осадочные породы

Осадочные горные породы (ОГП) — это категория ископаемых, образовавшихся в результате их оседания на дне водных объектов и на материковых зонах при различных обстоятельствах. Это может быть выпавший осадок из воды, результат жизнедеятельности флоры и фауны Земли , разрушенные горные породы. Осадочными породами покрыто более 70% континентальной поверхности планеты. Их масса равна десятой части всей массы земной коры. Геологические исследования проводятся в основном на материковых зонах. Практически все полезные ископаемые планеты, так или иначе, связаны с осадочными породами.

Классификация осадочных пород

Все осадочные породы различаются между собой разнообразным составом, различного рода условиями, при которых произошло их формирование, свойствами и характеристиками. Присутствуют такие породы, которые состоят всего лишь из одного компонента. Также есть многокомпонентные ОГП. Существует далеко не одна общая их классификация, которая подходила бы и учёным, и исследователям. Это произошло из-за огромнейшего многообразия горных пород, поэтому все группы исследователей планеты пользуются разными классификациями.

ОГП классифицируются по составу:

1. обломочные;
2. глинистые;
3. вулканогенно-обломочные;
4. биохимические;
5. органогенные.

Также породы классифицируют по группам:

К окисным относятся водные, кремневые, марганцевые, железистые породы, бокситы. Карбонатные и фосфатные осадочные породы — это солевая группа. К органической группе пород относится нефть, твёрдые горючие вещества, антраксолиты. В состав силикатных пород входят глины, обломочные кварц-силикатные породы.

Обломочные

Из названия можно понять, что эти породы состоят из различных обломков, сформированных в результате физического разлома природных материалов. Они перемещаются по территории под влиянием силы тяжести Земли с помощью воды , ветра или льда, после чего происходит их отложение.

Под обломочными породами принято понимать гравелиты, алевролиты, песчаники, обломки которых представлены разнообразными минералами. Их обычно цементирует вещество, которое имеет глинистый или карбонатный состав. Также к обломочным относятся осадочные породы, которые были изначально разрушены на обломки, а затем сцементированы.

Эти породы могут быть как рыхлые и неуплотнённые (щебень, валунники, гравий, галечники), так и сцементированные и уплотнённые (дресвяник, брекчия глыбовая).

Вулканогенно-обломочные

Это горные породы, которые состоят из вулканических пород не менее чем на 50%. Они образовываются при извержениях из лавы, вулканического песка, пыли. Примесей других пород, никак не связанных с деятельностью вулканов , в составе должно быть меньше половины.

По происхождению вулканогенно-обломочные породы делятся на эксплозивно-обломочные и эффузивно-обломочные. Первые сформировались вследствие извержений взрывного типа, в результате которых появились накопления рыхлого материала. Далее этот материал скреплялся между собой с помощью цементации. Эффузивно-обломочные породы были сформированы благодаря процессу дробления лавы в процессе её охлаждения.

Вулканогенно-обломочные горные породы принято использовать для изготовления разнообразных строительных материалов. Это и цемент, и стекло, и материалы, используемые для теплоизоляции.

Глинистые

Это самые часто встречающие осадочные породы. Они занимают больше половины объёма всех пород на земной коре. В основном они состоят из мелких частиц, а образуются в результате выветривания магматических пород.

Глинистые породы распределяются на глины и аргиллиты.

Глины хорошо размокают в водной среде, быстро впитывают влагу, становясь мягкими и пластичными. Цвет этих пород разнообразен и зависит от того, какие именно минералы входят в состав. Глины делятся на каолины, бентониты, гидрослюдистые глины. Каолины имеют жирную текстуру, не набухают в водной среде. Используются в качестве сырья при производстве фарфора и фаянса. Бентониты, попадая в водную среду , набухают, приобретая пластичность. Гидрослюдистые глины в воде не увеличиваются. Эти породы используются для производства керамических изделий и огнеупорного кирпича.

Аргиллиты — это глины с высокой плотностью, не размокающие в водной среде. В их состав входит кварц, слюды, шпаты. По цветовой гамме аргиллиты более тёмные, чем глины.

Биохимические

Биохимические осадочные породы образовываются в результате химических реакций, в которых участвуют микроорганизмы и породы, обладающие химическим и органогенным происхождением. Они бывают медистые, кремнистые, карбонатные и фосфатные.

Медистые песчаники и сланцевые горные породы, которые содержат минералы меди, являются медной рудой. Пласты песчаников занимают большую площадь и представлены такими минералами, как борнит, халькопирит, а также сульфиды железа, цинка, свинца, кобальта.

Кремнистые биохимические породы имеют разный минеральный состав. Они делятся на диатомиты, гейзериты, трепелы, радиоляриты, лиддиты. Они отличаются между собой по пористости структуры, объёму примесей глинистых веществ, имеют разную окраску.

Карбонатные породы образовались из раковин, скелетов морских и пресноводных обитателей, растений и бактерий, которые со временем накапливались на дне водоёмов. Они постепенно уплотнялись и изменяли структуру.

Фосфатные породы высокообогащенные фосфатами кальция. Они имеют слоисто-зернистую структуру. По условиям образования и залегания фосфатные осадочные породы делятся на несколько типов фосфоритов: зернистые, афанитовые, ракушняковые, пластовые и конкреционные. Фосфаты накапливаются на дне водоёмов из разных компонентов живого вещества: молекул ДНК, РНК, тканей и клеток.

Способы формирования осадочных пород

Процесс формирования осадочных пород медленный и постепенный. Он происходит на поверхности, в водоёмах и приповерхностной части Земли и имеет несколько стадий:

1. Образование осадка.
2. Перенос осадочного материала.
3. Накопление его в определённом месте.
4. Превращение осадочного материала в горную породу (диагенез).
5. Уплотнение материалов (катагенез).
6. Глубокое преобразование и максимальное уплотнение породы (метагенез).

Диагенез

Осадок, который сформировался на дне водного объекта или на поверхности Земли, состоит из разных слоёв . Эти слои в свою очередь могут состоять из твёрдых, жидких или газовых материалов. Со временем между фазами начинается взаимодействие, в котором участвуют живые микроорганизмы. Происходит преобразование слоёв.

Во время диагенеза все фазы осадка уплотняются, лишняя влага и неустойчивые компоненты удаляются и начинают формироваться минеральные породы. Эта стадия длится в течение многих десятилетий и функционирует в диапазоне нескольких десятков метров.

Катагенез

Благодаря температуре, давлению и водным массам осадочные породы подвергаются значительным изменениям. Меняется химический и минеральный состав, строение, свойства. Породы ещё больше уплотняются, меняют свою структуру, образовывая новые минералы. Неустойчивые соединения пропадают, и происходит перекристаллизация.

Метагенез

Процесс метагенеза схож с катагенезом, но здесь на уплотнение пород действует высокая температура, достигающая на некоторых участках 200-300°С. Осадочные породы в таких условиях максимально уплотняются. На этом этапе происходит преобразование остатков фауны, в результате чего породы переходят в метаморфические горные образования.

Возраст осадочных пород

Их возраст можно определить относительно. Считается, что породы, к которым есть доступ для последующего изучения, имеют возраст 3,8 млрд. лет. Слои, которые находятся в самых глубоких местах, считаются самыми древними. Фазы, залегающие ближе к поверхности, имеют более молодой возраст.

Развитие органической жизни на Земле было постепенным. Останки простейших организмов находятся в древнейших породах. Скелеты более развитых организмов заключены в более молодых породах. Таким образом, все слои осадочных пород имеют разную структуру, возраст и условия формирования.

Свойства осадочных горных пород

К базовым осадочным породам относятся известняк, песчаник и доломит.

Известняк имеет множество разновидностей, состоит из кальция, магния, глинистых или железистых примесей. Эти породы разнообразны по составу, текстуре, прочности. Известняк часто используют в строительстве, но при этом его обрабатывают водоотталкивающими составами. Он имеет свойство растворяться в воде, хотя и очень медленно. Имеет пастельные ненавязчивые расцветки.

Песчаник сформирован из зёрен минералов, которые были сцементированы различными веществами. Имеет высокую прочность и огнеупорность. Используется в строительстве для отделки зданий, а также в производстве декораций. Свойства камня зависят, как правило, от месторождения и состава обломков.

Доломит — это горная порода, в состав которой входит минимум 95% минерала доломита. Он имеет среднюю твёрдость, разнообразный окрас: белый, жёлтый, серый или черный с зеленоватым отливом. Используется в металлургической промышленности, имеет высокую огнеупорность.

Полезные ископаемые осадочных пород

Полезные ископаемые — это разного рода минералы и породы, применяющиеся человеком для производства материалов, ведения народного хозяйства. По физическому состоянию бывают твёрдые, жидкие или газовые ископаемые. К твёрдым породам относятся уголь, мрамор, гранит, соли и руды. Жидкие — это минеральные воды и нефть. Метан и горючие газы — это газовые ископаемые.

По способам применения делятся на горючие, рудные и нерудные полезные ископаемые. К группе горючих пород относят уголь, нефть, торф и газ. Рудные — это разнообразные руды горных пород. К нерудным ископаемым принадлежат песок, глина, известняк, соли.

Ценные поделочные камни и драгоценные материалы не входят ни в одну из перечисленных групп, а стоят отдельной категорией.

Структуры осадочных пород

Под структурой понимают разнообразные признаки пород: размер и форма частиц, их взаимодействие между собой, степень кристаллизации, условия формирования. Есть такая классификация структур:

Псефитовая структура имеет размер частиц более 1мм. Фракции с такой величиной считаются самыми крупными. Псаммитовая структура — размер фрагментов от 1 мм до 0,1 мм. Алевритовая — размер частиц в пределах 0,1 – 0,01 мм. Пелитовую структуру имеют, как правило, глинистые породы, а размер частиц в них достигает менее 0,01 мм.

Органические и неорганические осадочные породы

Органические горные породы были образованы в результате функционирования живых организмов. Они делятся на фитогенные, сформировавшиеся в результате жизнедеятельности растений, и зоогенные, образовавшиеся в результате жизнедеятельности представителей животного мира. Из остатков растений возникли угли и некоторые виды нефти, а из животных — известняки.

Неорганические породы создавались в процессе выветривания. Также на их формирование влияли колебания температур, сила и скорость ветра, текучесть воды в водоёмах. Каменная соль, гипс, гравий, песок, галечник — примеры неорганических пород.

Примеры осадочных пород

Осадочные горные породы:

• – глина;
• – известняк;
• – каменный уголь;
• – бурый уголь;
• – песчаник;
• – брекчия;
• – алевролит;
• – боксит;
• – торф;
• – сланец;
• – каменная соль;
• – доломит;
• – диатомит;
• – латерит;
• – гипс.

Простейшие осадочные породы

Кизельгур или горная мука — полезное ископаемое, которое сформировалось из простейших морских организмов. Это были диатомовые водоросли, которые уже обитали на Земле миллионы лет назад. Из их створок образовалась горная мука.

Диатомовые водоросли выглядят очень необычно, так как имеют кремниевую оболочку. Благодаря этому горная мука насыщена кальцием, кремнием и ещё многими минеральными веществами. Эти полезные ископаемые, как правило, рыхлые, имеют серый или желтоватый окрас. В диатомите можно встретить частички опала, обломочные и глинистые породы.

Значение осадочных пород в природе

Осадочные породы имеют большое значение в природе: из них состоит 5% литосферы , ими покрыто более 70% континентальной поверхности планеты. Горные породы используются как полезные ископаемые, а также служат основанием для строительства сооружений.

Использование осадочных пород человеком

Люди добывают полезные ископаемые в шахтах и карьерах, а потом используют произведённые из них предметы в повседневной жизни. В природе породы находятся в твёрдом, жидком или рассыпчатом состоянии.

Из осадочных пород люди используют соль для приготовления еды, графит для производства карандашей, уголь и газ для отопления помещений, мрамор и известняк для строительства, глину для производства фарфора, золото и драгоценные камни для украшений. Количество осадочных пород в металлургии составляет более 50%. Запасы энергетического сырья во всех странах разные, так как ресурсы расположены неравномерно.

Источник

Литология. Структурная геология

Р. А. Щеколдин. Конспекты лекций

Литология. Структурная геология

Р. А. Щеколдин. Конспекты лекций

Общие сведения об осадочных породах

Определение осадочной породы

Осадочная горная порода – тип горной породы, наряду с магматическими и метаморфическими. Широко распространено мнение о том, что горные породы представляют собой естественный парагенез минералов. Однако это вполне справедливо только для интрузивных и метаморфических пород. Породы вулканические и осадочные часто содержат компоненты, минералами не являющиеся, или даже полностью из них состоят (примеры: обсидиан, каменный уголь). Поэтому определения осадочной породы, даваемые разными авторами, разнятся, иногда существенно. Обобщая эти определения, получаем:

Распространение осадочных пород

Осадочные породы слагают верхнюю часть литосферы. Осадочная оболочка (стратисфера) прерывиста, местами мощность ее уменьшается до нуля. В других же районах мощность осадочных пород измеряется километрами. Осадочные толщи покрывают около 3/4 всей площади суши.

Осадочные породы существуют в определенном интервале изменений температуры и давления. При более значительном повышении температуры и давления они подвергаются метаморфизму и переходят в метаморфические породы.

Главные составные части осадочных пород

Осадки могут формироваться в результате трех резко различных процессов:

1. осаждения обломочного материала,
2. выпадения из растворов определенных веществ,
3. жизнедеятельности организмов.

В большинстве случаев обломочные частицы образуются при выветривании материнских пород. Однако в некоторых случаях обломочный материал образуется также при вулканических извержениях. Формирующиеся при этом осадочные породы выделяются в группу пирокластических.

Растворенный в воде материал также образуется двумя путями. Основная его часть возникает при химическом выветривании материнских пород, другая же часть выносится на поверхность Земли вулканическими водами.

Осаждение растворенного вещества происходит или чисто химическим путем, или в результате жизнедеятельности организмов. Различные соединения в неодинаковой степени растворимы в воде. Для плохо растворимых веществ осаждение наблюдается в некоторых случаях уже в пресных или слабо соленых водах (окислы алюминия и железа). Хорошо растворимые соединения выпадают лишь из концентрированных рассолов (хлориды натрия и, в особенности, калия и магния).

Большое значение для образования осадочных пород имеет жизнедеятельность организмов. Организмы могут концентрировать соединения, находящиеся в ненасыщенном растворе, и служат источником органического вещества, образование которого на поверхности Земли другим путем исключено. Очень велико значение микроорганизмов в процессе выветривания.

В формировании осадочных пород выделяют четыре стадии:

1. образование осадочного материала;
2. перенос;
3. отложение и
4. преобразование осадков и осадочных пород.

Последняя стадия распадается в свою очередь на следующие этапы:

1. преобразование осадочного материала на поверхности осадка (сингенез, или ранний диагенез);
2. дальнейшее изменение самого осадка, превращающее его в породу (диагенез, или поздний диагенез);
3. изменение породы (эпигенез).

На каждой из перечисленных стадий наряду с уже имеющимися минералами возникают новые.

Итак, в осадочных породах присутствуют три главные составные части.

1. Минералы, существовавшие до образования данной осадочной породы (унаследованные минералы). Они образуются при выветривании материнских пород, реже – при вулканических извержениях.
2. Минералы, образованные химическим путем на различных этапах формирования осадков и пород: во время переноса и осаждения осадочного материала, а также зародившиеся во время преобразования осадков в осадочные породы или во время дальнейшего изменения. Совокупность химически выпавших, сингенетических и диагенетических минералов можно назвать первичными минералами (аутигенными), в отличие от вторичных (эпигенетических), возникающих уже не в осадке, а в породе.
3. Остатки растений и животных, обитавших на месте образования осадка или принесенных извне. Они тоже подвергаются существенным видоизменениям во время преобразования осадка и породы.

Аллотигенные компоненты составляют основную массу обломочных и некоторых глинистых пород и входят в виде примеси во многие другие породы. Они представлены обломками минералов и различных пород. В осадочных породах мы встречаем обломки наиболее устойчивых минералов и пород. Среди них на первом месте находится кварц, затем следуют мусковит, гидрослюда, каолинит, лимонит, обломки горных пород (преобладают обломки кремнистых и эффузивных пород).

Аутигенные компоненты. В осадках и осадочных породах описано свыше 200 аутигенных минералов. Среди них наибольшее значение имеют глинистые минералы, карбонаты, сульфаты, соли, хлориты, окислы и гидроокислы Fe, Mn, Al, кремнезем, фосфаты. Аутигенные минералы слагают основную массу карбонатных, сульфатных, фосфатных, железистых, марганцевых, глиноземистых пород, солей, часть глинистых пород, а также широко распространены в цементах обломочных пород и в конкрециях.

Органические остатки. В осадочных породах присутствуют органические остатки или следы жизнедеятельности организмов. В породах биогенного происхождения органические остатки являются преобладающим компонентом, а в некоторых случаях породы целиком сложены ими. Скопления растительных остатков дают начало торфу, ископаемым углям, планктон морей и океанов – нефти и другим битумам.

Космогенный материал не играет существенной роли в осадках и осадочных породах. Метеоритное вещество и космическая пыль постоянно поступают на поверхность Земли. Однако количество космического материала невелико (тысячи, первые десятки тысяч тонн в год).

Источник