Курс лекций: Основы геологии

Ракушечники - красивый отделочный материал в строительстве. Мел применяется в цементной, стекольной, резиновой, бумажной промышленности. Опоки используют для очистки сахара, растительных и минеральных масел, в абразивной, химической и других отраслях промышленности. Диатомит применяется для фильтрования кислот, термоизоляции, полировки металлических изделий, в цементной промышленности. Каустобиолиты (ископаемые угли, торф, горючие сланцы), нефть и газ - топливо и основные источники энергии для человечества. Из нефти получают бензин, керосин, различные смазочные масла; нефть - незаменимое сырье для химической промышленности. Янтарь употребляется в качестве разнообразных поделок в ювелирном деле, а также идет на изготовление янтарной кислоты, лака, некоторых медицинских препаратов и реактивов; в электроприборах употребляется как изолятор.

5.5 Значение осадочных пород

Земная кора состоит из трех слоев: осадочного, гранитного и базальтового. Поверхность Земли почти сплошь, исключая районы распространения кристаллических щитов и молодых складчатых горных сооружений, покрыта осадочным чехлом.

Наука палеогеография изучает древние климаты. Только осадочные породы могут дать информацию о климатических условиях и обстановках осадконакопления, существовавших в древние времена. Тип косой слоистости (прибрежно-морская, речная, бурных потоков, эоловая) указывает на фациальные обстановки формирования пород. Размер и окатанность обломочного материала могут свидетельствовать о близости источников сноса. Состав хемогенных осадков указывает на температуру вод, из которых происходило выпадение вещества, и степень связи бассейна с открытым морем. Наличие мощных угольных пластов дает основание заключить, что данный участок земной поверхности испытывал умеренное опускание в течение длительного времени и находился на границе с достаточно мощным водным бассейном. Бокситы образуются в условиях жаркого засушливого климата.

Слои ракушечников свидетельствуют о мелководных условиях осадконакопления, рифогенные постройки - об устойчивом прогибании морского дна. С использованием метода актуализма, видовой и количественный состав морской ископаемой фауны может дать информацию о химическом составе и чистоте вод, глубине и температуре бассейна и т.д.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ

1. Назовите источники осадочного материала.

2. Как классифицируются осадочные породы?

3. На чем построена классификация обломочных пород?

4. В чем разница между осадком и обломочной горной породой?

5. Назовите области применения осадочных пород в народном хозяйстве.

6. Как образуются хемогенные породы?

7. В каких условиях образуются известняки?

8. Что такое эвапориты?

9. Назовите органогенные осадочные породы.

10. Значение осадочных пород для палеогеографических реконструкций.

6. МЕТАМОРФИЗМ И МЕТАМОРФИЧЕСКИЕ ПОРОДЫ

Метаморфизм - это физическая и химическая переработка горных пород в глубинах Земли в условиях высоких температур, давлений и циркуляции флюидов (вода, углекислый газ, горячие растворы с Na, Ca, F, B, S). Особенность метаморфических процессов состоит в том, что они происходят без расплавления пород. Если порода переплавляется, то образуется магма, из которой образуются уже магматические породы. Там, где метаморфизм осуществляется до конца, минеральные ассоциации обычно становятся очень простыми, и химические элементы в породах реорганизуются в небольшое количество минералов (чаще всего от двух до шести). Метаморфическими горными породами называют породы, подвергшиеся изменению под действием высоких давлений, температуры, а также химических веществ, входящих в состав магмы, раскаленных газов и горячих водных растворов.

6.1 Типы метаморфизма

Существует множество типов метаморфизма, но основные типы - это термальный, региональный, контактовый и гидротермальный. Породы могут подвергнуться одновременно или последовательно нескольким типам преобразований. В некоторых случаях переработка бывает настолько глубокой, что невозможно с уверенностью установить характер первичных пород.

Термальный и региональный типы метаморфизма приводят к образованию сланцеватых пород.

Термальный метаморфизм. Общее нагревание пород, погруженных на большие глубины, вызывает перекристаллизацию. При геотермическом градиенте, равном 3 оС на 100 м по вертикали, температура на глубине 10 км достигает примерно 300 оС, т.е. она достаточна, чтобы начались изменения. На глубине 20 км температура, вероятно, достигает уже 600 оС, что вполне достаточно для протекания метаморфических реакций.

При увеличении температуры за счет прежних минералов образуются новые, например, из глинистых минералов образуется хлорит. Уголь теряет воду и летучие газы, образуется антрацит. В ряде пород некоторые кристаллы увеличиваются в размерах за счет более мелких кристаллов такого же состава, как это происходит при формировании крупнокристаллического мрамора из тонкозернистого известняка. При умеренном нагревании перекристаллизация особенно легко происходит в глинах, углях, вулканическом стекле, известняках и солях.

Региональный метаморфизм (или динамометаморфизм). Это понятие включает в себя изменения, вызванные очень высокими давлениями и температурами на обширных площадях земной коры, а также тектоническими движениями, причиной которых является сильное ориентированное давление. Во времени и пространстве оно связано с интенсивной складчатостью мощных толщ осадочных пород. Формируются новые листоватые и чешуйчатые минералы, плоскости которых располагаются перпендикулярно давлению; возникают различные сланцы и гнейсы. В других случаях возникают игольчатые и удлиненные кристаллы с ориентировкой параллельно существующему давлению.

Контактовый и гидротермальный типы метаморфизма приводят к образованию несланцеватых пород.

Контактовый метаморфизм происходит вблизи магматических интрузий, и главными его факторами являются высокая температура и давление выделяющихся горячих флюидов. Этот вид метаморфизма отчетливо зональный, вблизи контакта изменения наиболее полные, а по мере удаления от контакта - очаговые. Образуются различные роговики. Ширина ореолов измененных зон зависит от объема внедрившейся магмы и может быть от нескольких метров до сотен метров.

Если процесс происходит с участием газов, то возникают различные скарны, и этот тип метаморфизма называют контактово-метасоматическим. Гидротермальные изменения. Причиной метаморфизма этого типа являются горячие магматические воды или подземные воды, нагретые и ставшие активными благодаря интрузии магмы. Полевой шпат переходит в мягкую мелоподобную массу слюдистого минерала серицита или каолиновой глины; роговая обманка преобразуется в хлорит, оливин - в серпентин. Гидротермальный метаморфизм обычно сопровождается привносом и выносом вещества. Образуются грейзены. Обычным является замещение, которому сопутствует накопление руд металлов (рис. 6.1).

Рис. 6.1. Зональность оруденения относительно магматического очага

В непосредственной близости к магматическому массиву образуются высокотемпературные руды вольфрама, урана, тантала, ниобия и редкоземельных элементов. По мере удаления от магматического очага температура растворов уменьшается, и на удалении от него образуются самые легкоплавкие соединения ртути, сурьмы, мышьяка. Контактово-метасоматические и гидротермальные изменения часто проходят совместно и дополняют друг друга.

6.2 Классификация метаморфических пород

геологический минерал порода осадочный

Метаморфические породы делятся на сланцеватые и несланцеватые (табл. 6.1), т.е. в основу классификации положен генетический принцип - тип метаморфизма. Сланцеватые имеют слоистую, полосчатую, сланцеватую, плойчатую, очковую текстуру, несланцеватые - массивную и иногда пятнистую текстуру. Структура у метаморфических пород полнокристаллическая.

В составе метаморфических пород присутствуют многие минералы, обычные для магматических и осадочных пород (кварц, слюды, роговая обманка, микроклин, альбит и др.). Одновременно с этим в них большую роль играют минералы, которые присущи только этим породам. Типичными минералами метаморфических пород являются силикаты алюминия - андалузит, дистен и силлиманит. Все эти минералы имеют одинаковый химический состав Al2SiO2, но различную упаковку ионов в кристаллической решетке. Появление одного из них в породах указывает на термодинамические условия метаморфизма. Характерны для метаморфических пород также богатые железом водные силикаты - хлоритоид и ставролит, минералы из группы гранатов, слюдоподобные минералы - тальк, хлориты, а также такие минералы, как хризотил-асбест, волластонит, везувиан и др.

Таблица 6.1

Метаморфические породы

Ниже кратко описываются наиболее распространенные метаморфические горные породы.

Глинистые сланцы образуются в начальной стадии метаморфизма глинистых пород. Степень метаморфизма глинистых сланцев настолько незначительна, что иногда их относят к осадочным породам. По внешнему виду глинистые сланцы часто похожи на обычные аргиллиты.

Филлиты являются переходными породами от глинистых сланцев к кристаллическим. Образуются за счет дальнейшего метаморфизма глинистых сланцев и кварц-полевошпатовых пород.

Кристаллические сланцы -- породы со сланцеватой текстурой. Среди них различают слюдяные, тальковые, роговообманковые и др. Название кристаллических сланцев указывает на то, какой минерал играет преобладающую роль в их составе.

Гнейсы по составу близки к гранитам и имеют полосчатую, сланцеватую или очковую текстуру. Между гранитами и гнейсами нередко наблюдается постепенный переход. Образуются гнейсы за счет метаморфизма осадочных (парагнейсы) и магматических (ортогнейсы) пород.

Мраморы образуются за счет термального метаморфизма известняков.

Кварциты образуются за счет метаморфизма кварцевых песков и песчаников. Они очень крепкие, относятся к самой высшей категории пород по буримости (12-я категория). За одни сутки проходка скважины по кварцитам может составить всего десятки сантиметров, в то время как в обычных неметаморфизованных породах можно пробурить за сутки многие сотни метров.

Скарны, грейзены, роговики, серпентиниты возникают при участии интрузий в присутствии водных и газовых флюидов.

Изучение метаморфических пород и процессов их образования имеет большой практический интерес, так как с ними связаны месторождения различных полезных ископаемых. Наибольшее значение среди них имеют месторождения железных руд, олова, слюд, графита, золота, флюорита, вольфрама, молибдена, меди, цинка, мышьяка, сурьмы, ртути, радиоактивных элементов, асбеста, талька, редких и рассеянных элементов.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ

1. Что такое метаморфизм и как он происходит?

2. Назовите типы метаморфизма.

3. Какие минеральные ассоциации возникают при метаморфизме?

4. На чем основана классификация метаморфических пород?

5. Назовите сланцеватые породы.

6. Как возникают несланцеватые метаморфические породы?

7. Существуют ли специфические метаморфические минералы?

7. ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ КАРТЫ И ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ РАЗРЕЗЫ

7.1 Геологическая съемка

Месторождение каждого полезного ископаемого образуется в определенной геологической обстановке. Чтобы сделать заключение о возможном нахождении на данной территории каких-либо полезных ископаемых, нужно выяснить, какие здесь в различные периоды геологической истории существовали физико-географические условия, какие геологические явления происходили, какими геохимическими процессами они сопровождались и образованию каких полезных ископаемых они могли благоприятствовать.

Таким образом, предпосылкой для научного обоснования поисковых работ в пределах той или иной территории является знание геологического строения и геологической истории этой территории. Только тогда работа будет целенаправленной, в противном же случае она будет вестись вслепую. Общее представление о геологическом строении и геологической истории данной территории получают в результате проведения геологической съемки, конечным результатом которой является геологическая карта. Геологическую карту мы получим, если мысленно удалим с поверхности коренных пород наносы и в определенном масштабе спроектируем на бумагу границы распространения пород различного возраста.