Химические и органогенные породы
Химические и органогенные породы образуются преимущественно в водных бассейнах и часто бывают связаны друг с другом рядом переходов. Структура химических пород определяется размерами кристаллов слагающих их минералов (крупно-, средне-, мелко-, тонкозернистая, землистая, скрыто кристаллическая), структура органогенных пород — сохранностью входящих в нее остатков, принадлежностью их к тем или иным группам организмов. Если органические остатки не разрушены, структура называется органогенной, если разрушены — детритусовой (детритовой). Иногда органические остатки бывают столь мелки, что невооруженным глазом не могут быть обнаружены. В таких случаях макроскопически не удается установить принадлежность породы к той или иной из названных групп.
Классификация химических и органогенных пород обычно производится по химическому составу слагающих их минералов.
Карбонатные породы
На долю карбонатных пород в осадочной оболочке Земли приходится около 14%. Наиболее распространенными породами этой подгруппы являются известняки — мономинеральные породы, состоящие из кальцита, в связи с чем свойства, присущие этому минералу, могут быть использованы и для определения известняков. Наиболее типичный признак — интенсивная реакция с соляной кислотой, цвет известняков обычно светлый — белый, светло-желтый, светло-серый, но примесями может быть изменен в любой, вплоть до черного. Известняки бывают и органогенного, и химического происхождения.
Органогенные известняки образуются из скопления раковин моллюсков, брахиопод, построек коралловых полипов, обломков скелетов морских ежей и лилий, простейших (фораминифер) и других мелких морских животных и растений, обычно сильно измененных процессами диагенеза и превращенных в плотную, иногда мелкозернистую породу, состоящую главным образом из углекислого кальция (кальцита) с небольшими примесями кремнезема, глинозема и углекислого магния.
В зависимости от преобладания остатков тех или иных организмов различают: раковинный известняк (ракушечник), состоящий преимущественно из раковин моллюсков, брахиоподовый известняк, коралловый известняк, фузулиновый известняк, нуммулитовый известняк и т.д. Известняки, состоящие из сильно битой ракуши, называют детритусовыми.
Известняки органогенного происхождения различаются по цвету, строению, и макроскопически их не всегда легко отличить от хемогенных. Как и последние, они бурно вскипают под действием 10%-ной соляной кислоты.
Писчий мел представляет собой породу, значительную часть которой (60-70%) составляют остатки планктонных животных (фораминиферы) и растительных (кокколитофориды) организмов. Остальная часть породы (30-40%) – тонкозернистый, порошкообразный кальцит – возникла , по-видимому, химическим путем.
Макроскопически мел – землистая, мягкая (легко растирается между пальцами) порода, обычно белая, реже сероватая, желтоватая или зеленоватая. От сходных с ним пород (белой глины, диатомита и трепела) отличается бурным вскипанием при воздействии соляной кислоты. Кроме того, в отличие от белой каолиновой глины, жирной на ощупь, мел сухой; по сравнению с трепелом и диатомитом мел более плотный.
Известняки химического происхождения образуются при выпадении кальцита из вод морей, озер, подземных вод и др. Различают: 1) плотные мелко- и тонкокристаллические массы, в которых кристаллическое строение определяется лишь микроскопически,— плотные (пелитоморфные) известняки; 2) скопление мелких карбонатных шариков — оолитов скорлуповатого или радиально-лучистого строения, соединенных известняковым же цементом,— так называемые оолитовые известняки, образующиеся в прибрежной зоне моря; 3) сильнопористые массы, состоящие из мелкокристаллического кальцита,— известковые туфы, или травертины, возникающие в местах выхода на поверхность подземных, холодных или горячих, вод; 4) различные известняковые натеки, имеющие обычно полнокристаллическую крупнозернистую структуру, например сталактиты и сталагмиты, соответственно спускающиеся с потолков подземных пещер «сосульки» и поднимающиеся с их дна «столбы».
В известняках часто присутствуют различные примеси —
кремнезем, углистое вещество, терригенный материал и др. Одной из
распространенных пород смешанного состава является мергель — порода,
состоящая из кальцита и на 45— 75% из глинистых частиц. Внешне она мало
отличима от известняков. Главным определяющим признаком является реакция с
соляной кислотой, после которой на поверхности породы остается пятно, возникшее в связи с концентрацией
на месте реакции глинистых частиц.
Доломиты представляют агрегаты минерала того же названия. Внешне похожи на известняки и отличаются от них меньшей интенсивностью реакции с соляной кислотой (см. минерал доломит). Образуются главным образом путем химического изменения известняковых пород, с которыми связаны рядом переходных пород, а также путем выпадения из водных растворов.
Сидериты состоят из одноименного минерала. Образуют небольшие залежи и округлые конкреции мелко- и микрозернистого строения (сферосидериты).
Карбонатные породы широко используются в различных отраслях промышленности — металлургии, для изготовления: огнеупоров, в строительном деле и пр.
Кремнистые породы
Так же, как и карбонатные, кремнистые породы могут быть химического, биогенного и смешанного происхождения.
Гейзериты и кремнистые туфы — породы химического происхождения, состоящие из опала. Они имеют светлую окраску, обладают пористой текстурой и скрытокристаллической структурой. Образуются на поверхности Земли из вод гейзеров (гейзериты) и горячих минеральных источников.
Яшмы — породы преимущественно химического происхождения, возникающие в результате осаждения кремнезема в морях, особенно вблизи действующих вулканов. Состоят из халцедона, часть которого имеет органическое происхождение (скорлупки радиолярий) и разнообразных примесей, обусловливающих обычно очень яркую, располагающуюся полосами или пятнами, окраску породы. Текстура плотная.
Используются как поделочные камни. Месторождения наиболее красивых разновидностей яшм известны на Урале, Алтае.
Кремни — породы химического происхождения, состоящие из халцедона и глинистых частиц, а также из других окислов кремния. Встречаются обычно в виде конкреций среди осадочных пород, возникая в процессе диагенеза.
К породам органогенного происхождения относятся диатомиты — очень легкие (плотность 1,9—2,2), белые или светло-желтые породы, пачкающие руки, легко растирающиеся в тонкий порошок. Низкая плотность пород обусловливается их. большой микропористостью, достигающей 92%. С этим связана особенность диатомитов жадно впитывать воду (липнут к языку). Состоят из мельчайших опаловых скорлупок диатомовых водорослей, скрепленных опаловым цементом.
Макроскопически неотличимы от диатомитов трепелы — породы, состоящие из мельчайших зернышек опала, скрепленных опаловым цементом, в небольших количествах присутствуют опаловые скорлупки диатомовых водорослей и остатки кремневых скелетов радиолярий и губок.
Опоки — твердые породы белого, серого до черного цвета, обладающие часто раковистым изломом. Наиболее твердые их разности при ударе раскалываются с характерным звенящим звуком. Они легкие, но обладают несколько большей, чем трепел, плотностью. Микроскопически установлено, что опоки, как и трепелы, состоят из зернышек опала и остатков кремневых скелетов организмов, сцементированных кремнистым веществом.
Предполагают, что трепелы и опоки возникают при последующих изменениях диатомитов или близких им пород.
Глиноземистые породы
К глиноземистым породам относятся латериты и бокситы, состоящие преимущественно из минералов гидроксидов алюминия — гидраргиллита, диаспора и бемита, а также некоторой примеси гидроксидов железа. Образуются эти породы при выветривании богатых алюминием магматических пород, а бокситы также и при последующем переотложении (механическом и химическом) продуктов выветривания. Макроскопически породы сходные — рыхлые землистые или более твердые массы белого, желтого, бурого, буро-красного цвета, часто имеющие оолитовую структуру. Плотность пород около 2,5. Бокситы являются важнейшей алюминиевой рудой.
Железистые породы
Образование железистых осадочных пород, содержащих железистые минералы - оксиды, гидроксиды и карбонаты и являющихся железными рудами, связано обычно с химическим выветриванием богатых железосодержащими минералами пород, преимущественно ультраосновных. В континентальных условиях они слагают их элювий. В последующем продукты выветривания перемещаются поверхностными и подземными водами и осаждаются в различных водоемах. Вероятно, в этом определенную роль играют бактерии. Из этих осадков в процессе диагенеза возникают морские, озерные, болотные и другие железные руды. Им присуща оолитовая, землистая, конкреционная, натечная структуры. Преобладает бурая окраска разных оттенков до черной, плотность сравнительно большая.
Фосфатные породы
Описанные выше в разделе минералов фосфориты — довольно распространенная порода осадочного происхождения, образование которой связано с гибелью, разложением и химической переработкой остатков морских организмов.
Используются фосфориты для производства химических удобрений.
Галоидные и сульфатные породы
Галоидные и сульфатные породы относятся к чисто химическим образованиям, возникающим в результате выпадения солей из растворов. Часто образуют слоистые толщи.
Рассматриваемые ниже породы мономинеральные, для их определения пользуются свойствами, характерными для соответствующих минералов.
Наиболее распространенная порода первой группы — каменная соль, образующая обычно светлоокрашенные кристаллические скопления, состоящие из минерала галита. Часто цвет породы бывает изменен за счет различных примесей, преимущественно механических.
Из сернокислых пород наибольшим распространением пользуется гипс, состоящий из минерала гипса; подобно каменной соли, образует мелкозернистые кристаллические светлоокрашенные агрегаты. Совместно с гипсом встречается порода ангидрит, представляющая собой агрегат минерала ангидрита. Ангидрит — также светлоокрашенная порода, особенно характерна голубовато-серая окраска. Структура кристаллическая.
Каустобиолиты
Каустобиолиты | образуются из растительных и животных (планктон) 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 угольного ряда (торф, ископаемые угли, горючие сланцы) и битумного ряда (нефть и продукты ее изменения (природный асфальт, озокерит), а также природный газ.
Породы ряда углей, представляющие собой различные степени разложения растительных организмов в условиях с затрудненным доступом кислорода или без кислорода, пользуются в природе широким распространением.
Торф представляет собой более или менее рыхлую, землистую, пористую, желтую, бурую или черную гумусовую массу, содержащую в большем или меньшем количестве видимые остатки растительности. В виде примеси присутствует терригенный материал. Образуется в болотах при неполном перегнивании растительности в присутствии воды и при недостаточном притоке кислорода. По содержанию углерода торф стоит в ряду углей на последнем месте (углерода около 55—60%).
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.
Бурые угли — плотная, темно-бурая или черная порода, с землистым, редко раковистым изломом, обычно с матовым блеском. Черта темно-бурая. Неразложившиеся части растений практически отсутствуют. Содержание углерода в них примерно 60—70%.
Каменные угли — результат еще более глубоко зашедшего процесса разложения органического вещества в условиях повышенного давления и температур. Содержание углерода в них увеличивается до 82—92%. Порода черная, более плотная, чем бурый уголь, с землистым изломом, обычно с матовым блеском и черной чертой (пачкает руки).
Антрациты — содержат углерода до 97%. Это еще более плотные породы серовато-черного цвета с сильным полуметаллическим блеском. Излом неровный, раковистый; рук не пачкает.
Плотность углей возрастает от 0,7г/см3 у торфа до 1,6 г/см3 у антрацита, твердость от 1 у бурых углей до 2,5 у антрацита.
Горючие сланцы — породы смешанного обломочного и органогенного происхождения; образуются на дне бассейнов при одновременном осаждении органического вещества (до 20—60%) и глинистых частиц.
Горючие сланцы тонкослоисты, обладают темно-серым или бурым цветом, при горении выделяют запах битума.
Встречаются горючие сланцы, пропитанные нефтяными битумами.
Нефть и газ представляют собой природные углеводороды битумного ряда. Нефть – маслянистая жидкость обычно бурого цвета, хотя бывает нефть светлая, почти бесцветная. Ее плотность 0,75-1,0г/см3. Происхождение нефти еще во многом неясно. Имеющиеся данные позволяют предполагать, что большая часть жидких и газообразных углеводородов образовалась в результате преобразования органических остатков. Первым этапом, по-видимому, было преобразование рассеянного органического вещества под действием анаэробных бактерий. Затем из нефтематеринских пород природные углеводороды мигрировали в трещиноватые плотные породы (например, известняки) или пористые песчаники, где были сформированы газонефтяные залежи. При выходе на поверхность нефти происходило образование твердых битумов (асфальта, озокерита).
Методические рекомендации
1. Изучите теоретический материал по теме. В соответствии со схемой классификации обломочных горных пород на основе учебной коллекции изучите и опишите обломочные горные породы; разделите их по крупности, окатанности и сцементированности.
2. Изучите и опишите имеющиеся в учебной коллекции глинистые горные породы.
3. Изучите и опишите хемобиогенные осадочные горные породы. Разделите их по составу (на карбонатные, кремнистые, сульфатные, фосфатные и др. горные породы) и по происхождению (химического, органического и смешанного происхождения).
Контрольные вопросы
1. На какие три группы по величине обломков делятся обломочные горные породы? Назовите размеры обломков в каждой из групп.
2. Чем конгломерат отличается от брекчии? Аргиллит от глины?
3.Какие пески и песчаники называются аркозовыми? Граувакковыми?
4.Какие разновидности известняков вам известны?
5. Какой состав имеют мергели?
6. Какие существуют кремнистые осадочные породы?
7. Что такое каустобиолиты? Чем различаются торф, бурый уголь, каменный уголь и антрацит?
Рекомендуемая литература
1. Короновский В. Н. Общая геология. - М.: Изд-во «КДУ», 2006.
2. Короновский Н. В. , Ясаманов Н. А. - Геология. М.: ACADEMA, 2003.
3. Добровольский В. В. Геология. – М.: ВЛАДОС, 2001.