Горные породы

Контрольная работа Горные породы

1. Горные породы

1.1 Общие сведения о горных породах

Горные породы представляют собой закономерные ассоциации минералов определенного состава и строения, образовавшиеся в ходе различных геологических процессов и слагающие земную кору.

По условиям образования или генетическому признаку горные породы подразделяются на три группы:

1) магматические, или изверженные породы, связанные с застыванием в различных условиях жидкого силикатного расплава — магмы и лавы;

2) осадочные породы, образующиеся на поверхности Земли в результате экзогенных процессов;

3) метаморфические породы, возникающие в результате преобразования магматических и осадочных пород в глубинных условиях.

Общая схема образования магматических, осадочных и метаморфических горных пород показана на рис. 1.

Рисунок 1. Схема образования магматических, осадочных и метаморфических пород

Распространение горных пород неодинаково. Магматические породы на ряду с метаморфическими слагают 95% земной коры и только 5% составляют осадочные породы. В то же время последние покрывают тонким чехлом 75% земной поверхности и только 25% занято магматическими и метаморфическими породами.

Изучением горных пород, главным образом магматических и метаморфических, занимается петрография (греч. петрос" - камень, скала; «графо» — пишу, описываю), осадочных — литология (греч. «литос» — камень, «логос» — наука).

Изучение горных пород имеет важное научное и практическое значение в ряде аспектов:

1. В геолого-экономическом отношении горные породы вмещают разнообразные месторождения полезных ископаемых, либо сами являются полезными ископаемыми.

2. В инженерно-геологическом отношении горные породы являются естественным основанием для возведения зданий, сооружений, транспортных магистралей и др. И геологические исследования играют важную роль в обеспечении их устойчивости и безопасного функционирования.

3. В геоэкологическом отношении горные породы образуют материнскую основу почв и оказывают влияние на их плодородие.

1.2 Методы определения горных пород Существуют точные петрографические и литологические методы определения город пород — микроскопические, химические, гранулометрические и др.

Визуальное или макроскопическое определение горных пород основано на изучении их отличительных внешних признаков, наиболее важными из которых являются минеральный состав и строение пород. В полевых условиях большое значение имеет также изучение форм залегания горных пород. Эти характеристики в совокупности отражают условия образования горных пород и играют решающую роль в их диагностике.

Минеральный состав каждой типичной горной породы более или менее одинаков. Среди минералов различают главные породообразующие минералы, слагающие основную массу породы и второстепенные, присутствующие в меньшем количестве.

Строение горных пород характеризуется структурой и текстурой.

Структура определяется, прежде всего, состоянием минерального вещества, слагающего породу — кристаллическое, аморфное и обломочное. Соответственно выделяют следующие структуры горных пород — кристаллическую или полнокристаллическую, аморфную или стекловатую и обломочную. Первая характерна для пород, целиком состоящих из ясно различимых зерен кристаллов, вторая — для пород, состоящих из нераскристаллизованной, стекловатой массы, лишенной кристаллических зерен, третья — для пород, состоящих из сцементированных обломков.

При определении структуры учитываются также размеры, форма кристаллических зерен или обломков, слагающих данную породу и их взаимоотношения друг с другом. Так, среди кристаллических структур выделяются грубоили гигантозернистые (размер зерна более 10мм), крупнозернистые (5−10мм), среднезернистые (1−5мм) и мелкозернистые (менее1мм) кристаллические структуры. Если порода состоит из очень мелких, не различимых визуально кристаллических зерен, структура определяется как скрытокристаллическая или афанитовая.

При более или менее одинаковых размерах зерен породы говорят о равномернозернистой структуре, в противном случае — о неравномернозернистой. Среди неравномернозернистых структур наиболее распространены порфировая и порфировидная структуры. Порфировая структура характеризуется присутствием крупных кристаллических зерен (порфировых вкрапленников) в стекловатой или скрытокристаллической массе породы, порфировидная — наличием крупных порфировых вкрапленников в кристаллической, но более мелкозернистой массе породы.

Текстура — сложение породы, обусловленное характером распределения слагающих ее минеральных агрегатов (кристаллических зерен, обломков и др.). Выделяют текстуры: плотную, пористую, слоистую, сланцеватую и др.

Ниже, при описании горных пород, будут более подробно рассмотрены характерные для них структуры и текстуры.

2. Магматические горные породы Магматические горные породы являются геологическим результатом процесса магматизма и образуются при остывании и кристаллизации расплава магмы (греч. «магма» — тесто, вязкая масса).

Существует большое разнообразие магматических пород. Это связано, во-первых, с различиями химического состава исходных первичных магм; во-вторых, с процессами эволюции магм (магматическая и кристаллизационная дифференциация, ассимиляция); в-третьих, с различными условиями застывания магм. Эти факторы — химический состав и условия образования положены в основу классификации магматических пород.

Главным признаком химической классификации магматических пород является процентное содержание в них кремнекислоты (SiO2), в соответствии с которым эти породы условно подразделяются на четыре группы кислотности (%): ультраосновные породы — менее 45; основные — 45−52; средние — 52−65; кислые — более 65. Еще одним химическим признаком, используемым для классификации магматических пород, является соотношение кремнезема (SiO₂) и суммы щелочей (Na₂O + K₂O). По этому признаку выделяют нормальный ряд пород, характеризующийся относительно малым содержанием щелочей, и щелочной ряд, с повышенным их содержанием. Породы нормального ряда преобладают в составе магматических пород. Породы щелочного ряда встречаются редко и поэтому в работе не рассматриватся.

Макроскопическое определение группы кислотности основано на изучении минерального состава, который достаточно точно отражает химический состав магматических пород. Главными породообразующими минералами магматических пород являются минералы класса силикатов: кварц, полевые шпаты, амфиболы, пироксены, слюды, оливин и некоторые другие минералы.

Важным диагностическим признаком определения кислотности магматических пород является их окраска, которая зависит от цвета слагающих породу минералов. Так, в кислых и средних породах главную роль играют светлые минералы (кварц, полевые шпаты), в основных — преобладают темноцветные минералы (пироксены, амфиболы), на долю которых приходится более 50%, ультраосновные породы целиком состоят из темноцветных минералов (оливин, пироксены). Поэтому кислые магматические породы обычно имеют светлую окраску, средние — серую, основные — более темную и ультраосновные — черную.

По условиям образования, т. е. в зависимости от условий в которых происходило застывание магмы, магматические породы делятся на две группы: глубинные или интрузивные (лат. «интрузио» — внедрение), образовавшиеся при застывании магмы на глубине и породы излившиеся или эффузивные (лат. «эффузио» — излияние), связанные с застыванием магмы излившейся на поверхность, т. е. лавы. Среди интрузивных пород выделяют ряд разновидностей по глубине застывания магмы, в том числе жильные породы, которые образуются при застывании магмы в трещинах горных пород на сравнительно небольшой глубине. К эффузивным породам кроме излившихся относят пирокластические (греч. «пирос» — огонь, «кластос» — обломок) породы, представляющие собой скопления обломков минералов, горных пород и застывшей в воздухе лавы, выброшенных при вулканических извержениях (вулканогенные обломочные породы), а также вулканические породы непостоянного химического состава (вулканические стекла).

Строение магматических пород. Практически каждая магматическая порода интрузивного происхождения, т. е. застывшая на глубине, имеет свой эффузивный, т. е. излившийся на поверхность аналог, тождественный ей по химическому и часто минеральному составу. Однако по строению эти породы резко различаются. Эти различия связаны с условиями формирования пород и наиболее отчетливо выражаются в их структуре.

На глубине для застывания магмы складываются наиболее благоприятные физико-химические условия (медленное застывание, постепенное снижение температуры и давления, присутствие летучих компонентов-катализаторов и др.), что способствует кристаллизации всех минералов, входящих в состав магмы. В результате образуется кристаллическая или полнокристаллическая структура, характерная для интрузивных (глубинных) магматических пород.

При излиянии лавы на поверхность в силу быстрого падения температуры, давления и удаления из нее летучих компонентов она не успевает закристаллизоваться и застывает в виде аморфной (стекловатой) или скрытокристаллической массы. Поэтому для эффузивных (излившихся) магматических пород характерны следующие структуры: стекловатая и скрытокристаллическая или афанитовая. Весьма типичной только для эффузивных пород является также порфировая структура, отражающая различные условия и время образования кристаллических вкрапленников и основной некристаллической массы Образование порфировой структуры объясняется тем, что кристаллизация эффузивных пород начинается еще до излияния магмы на поверхность. Минералы, образующиеся в первую стадию кристаллизации магмы и находящиеся среди основной нераскристаллизованной массы, при излиянии и быстром охлаждении образуют вкрапленники — порфировые выделения. Эти вкрапленники рассеяны среди скрытокристаллической или стекловатой основной массы, не успевшей закристаллизоваться.

Основными текстурами, отражающими общий облик магматических пород и хорошо распознающимися при макроскопических исследованиях, являются: плотная, пористая, массивная, флюидальная и др.

Плотная текстура характеризуется тесным прилеганием минеральных зерен друг к другу в породе. Плотной текстурой обладают и вулканические стекла с бесструктурным строением вещества.

Пористая текстура отличается наличием мелких пор и пустот, образовавшихся за счет выделения газов при застывании лавы. Если пустоты в пористой породе заполнены вторичными минералами, то текстуру породы называют миндалекаменной.

Массивная текстура характеризуется отсутствием ориентировки минеральных зерен в породе.

Флюидальная текстура — отражает следы движения магмы или течения лавового потока в процессе застывания.

Для интрузивных пород типична массивная текстура, для эффузивных — пористая и часто флюидальная.

Формы залегания магматических пород. В земной коре магматические породы образуют геологические тела разнообразной формы и размеров. Среди интрузивных пород различают по отношению к вмещающим породам согласные и несогласные тела. Несогласные интрузивные тела пересекают, прорывают пласты вмещающих пород. Согласные интрузивные тела залегают согласно залеганию тех пород, в которые они внедрились.

К наиболее распространенным несогласным телам относятся батолиты, штоки, дайки, интрузивные жилы.

Батолиты — крупные, неправильной формы интрузивные тела, главным образом кислых пород, площадью во многие сотни и тысячи километров квадратных.

Штоки (нем." шток" - палка) — столбообразные тела изометричной формы, площадью менее 100 км². Внутри крупных интрузивных тел часто обнаруживаются обломки вмещающих пород — ксенолиты (греч. «ксенос» — чужой, «литос» — камень, порода).

Дайки (шотл. «дайк» — стена) — вертикальные или слегка наклонные большой протяженности стенообразные тела, образованные при заполнении магмой полости трещин горных пород. Известны дайки длиной до нескольких сотен километров.

Интрузивные жилы — образуются также как и дайки в результате проникновения магмы в трещины пород, но имеют неправильную, ветвистую форму и гораздо меньше размеры.

Среди согласных интрузивных тел обычно выделяют силлы, лакколиты и лополиты.

Силлы или пластовые интрузии залегают среди слоев вмещающих пород параллельно их напластованию. Силлы иногда образуют несколько этажей интрузивных тел, соединенных тонкими подводящими каналами. При этом слои вмещающих пород не деформируются, а лишь перемещаются по вертикали.

Лакколиты — тела грибообразной формы. Они образуются магмой, которая распространяясь по слоистости, приподнимает вышележащие породы.

Лополиты — в отличие от лакколитов имеют вогнутую чашеобразную форму.

Формы залегания эффузивных пород зависят от типа излияния магмы и ее вязкости. Легкоподвижная магма при выходе ее на поверхность образует лавовые покровы и потоки. Покровы возникают в результате трещинных излияний на сравнительно ровную поверхность. Площади, занимаемые покровами, исключительно велики. Потоки имеют, как правило, удлиненную форму, нередко форму языков, размеры их относительно невелики.

Вязкая и малоподвижная магма при выходе на поверхность не растекается, а образует вулканические конусы и купола. Они имеют различные размеры и образуются при извержениях центрального типа.

В таблице 1 приводится классификация наиболее распространенных магматических пород и их диагностические признаки: минеральный состав и строение. Для более полной характеристики указаны формы залегания, характерные для интрузивных и эффузивных пород.

Ниже приводится краткое описание магматических пород, в составе выделенных групп кислотности. В каждой группе вначале дается характеристика интрузивных, а затем эффузивных пород.

2.1 Ультраосновные породы Ультраосновные породы (гипербазиты или ультрамафиты) незначительно распространены в земной коре (около 1%). Они состоят исключительно из оливинов и пироксенов. Отсюда окраска их от темно-зеленой до черной. Ультраосновные породы преимущественно глубинные с ясно кристаллической структурой, их излившиеся аналоги встречаются крайне редко. Главными представителями ультраосновных пород являются дуниты, перидотиты и пироксениты.

Дуниты — массивные темно-зеленые породы, почти целиком состоящие из оливина. Структура полнокристаллическая, обычно мелкоили среднезернистая.

Перидотиты — наиболее распространенные ультраосновные породы. Структура полнокристаллическая. Состоят из оливина (50−70%) и пироксенов, обуславливающих темно-зеленый или черный цвет основной массы породы.

Пироксениты — темно-серые и черные породы, состоящие главным образом из пироксенов. Структура полнокристаллическая, часто крупнозернистая с ясно различимыми по совершенной спайности и сильному стеклянному блеску кристаллами пироксена.

Для минералов ультраосновных пород, особенно для оливина, характерна серпентинизация — замещение оливина вторичными минералами группы серпентина. В этих случаях кристаллически-зернистая структура пород визуально почти не обнаруживается.

2.2 Основные породы Основные породы (базиты) наиболее широко распространены в земной коре, особенно их эффузивные аналоги (базальты). Породообразующими минералами являются плагиоклазы и пироксены примерно в равных соотношениях, в незначительных количествах присутствуют оливин, роговая обманка и биотит. Поэтому основные породы темно-серого, иногда почти черного цвета. Интрузивные основные породы представлены габбро, эффузивные — базальтами.

Габбро — породы с полнокристаллической среднеи крупнозернистой структурой. Разновидность габбро состоящая почти целиком из плагиоклаза — лабрадора, называется лабрадоритом.

Базальты — наиболее распространенные из всех излившихся магматических пород. Структура стекловатая, афанитовая или порфировая. Порфировые вкрапленники, обычно представленные плагиоклазом, четко выделяются на почти черном фоне основной массы. Текстура массивная, часто пористая. Базальты залегают в виде потоков и покровов, нередко достигающих значительной мощности и покрывающих большие пространства (десятки тысяч км²) как на континентах, так и на дне океанов.

2.3 Средние породы магматический горный порода минерал Главными породообразующими минералами являются плагиоклазы (около 70%) и амфиболы, представленные преимущественно роговой обманкой (более 20%), реже присутствуют пироксены. Такое соотношение минералов определяет общую светлую окраску породы, на фоне которой выделяются темноцветные минералы. В этой группе также преобладают излившиеся породы над глубинными. Глубинные породы представлены диоритами, излившиеся — андезитами.

Диориты — серые, зеленовато-серые или темно-серые породы, обладающие полнокристаллической структурой.

Андезиты — широко распространенные эффузивные породы, серого и темно-серого цвета. Структура обычно порфировая. В порфировых вкрапленниках присутствуют плагиоклазы и роговая обманка, хорошо заметные на общем сером фоне пород. Текстура массивная, часто пористая.

2.4 Кислые породы Кислые породы характеризуются обязательным наличием кварца, присутствием в значительных количествах полевых шпатов-калиевых и кислых плагиоклазов, незначительным содержанием темноцветных минералов и общей светлой окраской. В этой группе наиболее широко развиты интрузивные породы граниты и близкие к ним гранодиориты, часто объединяемые под общим названием гранитоиды. Излившимся аналогом гранитов являются липариты (риолиты), гранодиоритов — дациты.

Граниты глубинные породы светло-серого, розовато-серого и красного цвета. Структура полнокристаллическая, от мелкодо крупнозернистой. Текстура массивная. Породообразующие минералы: кварц (25−40%), калиевые полевые шпаты (35−40%) и кислые плагиоклазы (20−25%). Темноцветные минералы (биотит, реже мусковит, роговая обманка) — 3−10%.

Граниты самая распространенная интрузивная магматическая порода. Они слагают огромные тела — батолиты, также обычны штоки и дайки различных размеров.

Гранодиориты — глубинные породы, содержащие по сравнению с гранитами меньше кварца (15−25%) и больше темноцветных минералов (10−20%). Строение пород аналогично.

Липариты (риолиты) — эффузивные породы светло-серого цвета, реже с желтоватым или розоватым оттенком. Они имеют тот же минеральный состав, что и граниты. Структура порфировая. Порфировые вкрапленники представлены мелкими зернами преимущественно калиевых полевых шпатов и кварца, выделяющимися на светлом фоне основной массы, обычно стекловатой, реже афанитовой. Текстура массивная, пористая, часто флюидальная со следами течения; отсюда произошло второе название породы (лат. «рио» — теку).

Дациты — эффузивные породы, имеющие основную массу, сходную с основной массой липаритов. Однако во вкрапленниках преобладают кислые плагиоклазы и темноцветные минералы (биотит и роговая обманка).

2.5 Жильные породы Жильные породы, как отмечалось, связаны с застыванием магмы на сравнительно небольшой глубине. По условиям залегания и структуре они являются переходными от собственно глубинных (интрузивных) пород к излившимся (эффузивным).

Жильные породы выполняют трещины как в интрузивных, так и во вмещающих породах. Они образуются из остаточного магматического расплава после кристаллизации основного объема магмы в виде интрузивных пород. Об этом свидетельствует их пространственная локализация: жильные породы пересекают интрузивные массивы (материнские интрузии), с которыми генетически связаны.

Химический и минеральный состав жильных и интрузивных пород нередко сходен. Однако по структуре эти породы различаются. Жильные породы, в отличии от интрузивных, являются результатом сравнительно быстрого застывания магмы, что препятствует образованию крупных кристаллов. Поэтому жильные породы обычно имеют мелкокристаллическую структуру или порфировидную. Последняя, как указывалось, характеризуется мелкокристаллической основной массой и крупными вкрапленниками отдельных минералов Появление крупных кристаллов объясняется тем, что продвигающаяся к поверхности магма задерживается на некоторое время в промежуточном очаге, где присутствуют более благоприятные условия для роста кристаллов. Образовавшиеся в таких условиях минералы впоследствии переносятся магмой ближе к поверхности, где и происходит кристаллизация основной массы породы. Однако встречаются жильные породы с очень крупнокристаллической структурой, которая обусловлена наличием в остаточном магматическом расплаве большого количества летучих, способствующих кристаллизации минералов.

По минеральному составу жильные породы могут соответствовать интрузивным породам любой кислотности. При этом названия жильных пород часто включают наименование соответствующей структуры.

Наиболее широко распространены жильные породы кислого состава, представленные гранит-порфирами, гранодиорит-порфирами, аплитами, пегматитами и др.

Гранит-порфиры и гранодиорит-порфиры по химическому и минеральному составу отвечают соответствующим глубинным породам — гранитам и гранодиоритам, но в отличии от последних, имеют порфировидную структуру.

Аплиты — светлые породы гранитного состава, обычно лишенные темноцветных минералов. Окраска породы определяется цветом полевых шпатов (белая, розовая, до мясо-красного). Структура мелкокристаллическая.

Пегматиты — светлые породы гранитного состава с крупнокристаллической (до гигантозернистой) структурой. Гранитным пегматитам свойственна также графическая или пегматитовая структура. Она отличается закономерными вростками кварца в полевом шпате. Эти характерные образования, напоминающие восточные письмена, носят название «письменного гранита» или «еврейского камня» .

Типичными представителями жильных пород среднего состава являются диорит-порфириты, диорит-аплиты, а среди основных пород выделяются габбро-порфириты (диабазы), габбро-аплиты, габбро-пегматиты.

2.6 Пирокластические и вулканические породы непостоянного химического состава

Пирокластические (вулканогенные обломочные) породы представляют собой скопления твердых продуктов вулканических извержений. К ним относится пирокластический материал в виде вулканического пепла, вулканического песка, лапиллей и др. При уплотнении и цементации этого материала образуются вулканические туфы — крепкие пористые породы неоднородного состава.

Вулканические породы непостоянного химического состава представляют собой стекловатые породы, называемые вулканическими стеклами. Они образуются при очень быстром застывании излившейся на поверхность лавы. Известны вулканические стекла основного и среднего состава, но чаще всего встречаются вулканические стекла, соответствующие по составу кислым лавам (риолитам). Наиболее типичны для них обсидиан и пемза.

Обсидиан — плотная однородная порода со стекловатой структурой, с характерным стеклянным блеском и раковистым изломом. Цвет различный, преимущественно черный, иногда полосчатой окраски.

Пемза — стекловатая, очень легкая тонкопористая порода белого, серого, желтого, иногда черного цвета.

Магматические горные породы как полезные ископаемые широко используются в качестве строительного (щебень, бут, строительный камень) и облицовочного материала, а также сырья для каменного литья, изготовления огнеупоров, абразивов и др. Кроме того, магматические породы содержат, либо с ними связаны различные месторождения металлических и неметаллических полезных ископаемых. К ультраосновным породам (перидотитам, пироксенитам) приурочены рудные месторождения хрома, платины, железа, никеля. С ультраосновными породами связаны важные неметаллические полезные ископаемые — асбест, магнезит, тальк, алмазы. Основные породы (габбро) содержит титаномагнетитовые медно-никелевые руды, медные и полиметаллические месторождения, средние породы — золотые, халько-пиритовые и магнетитовые. С кислыми породами (гранитоидами), особенно с гранитными пегматитами связаны месторождения полиметаллов, благо родных и редких металлов, редких земель, драгоценных камней, керамического и пьезооптического сырья и др.

1. Короновский, Н. В. Общая геология: учебник. -М.: КДУ, 2006 г. — С.361−417.

2. Лебедева, Н. Б. Пособие к практическим занятиям по общей геологи. — М.: Изд-во МГУ, 1986. -120 с.

3. Миловский, А. В. Минералогия и петрография. — М.: Недра, 1985, С. 251−303.

4. Основы геологии: Учебник для географических специальностей вузов/ Н. В. Короновский, А. Ф. Якушева. — М.: Высшая школа, 2011, С. 42−62.

5. Практическое руководство по общей геологии: Учебное пособие для студентов вузов / А. И. Гущин, М. А. Ромоновская, А. Н. Стафеев, В. Г. Талицкий; под ред. Н. В. Короновского. — М.: Издательский центр «Академия», 2014. -160 с.