Осадочные горные породы

                                      Введение.

Главной целью автора при  написании этого реферата было желание  как можно глубже раскрыть тематику осадочных горных пород. Сам реферат рассказывает о самом определении осадочных пород, об их отличии от остальных видов горных пород. В первую очередь отличие заключается в разном типе генезисов горных пород. Эти отличия проявляются в разности текстур. Текстура является одной из важнейших понятий в петрографии горных пород. Текстура отражает способ заполнения пространства элементами структуры. Естественно, что расположение элементов структуры в пространстве во многом определяется условиями образования пород. Тем не менее, все текстуры имеют общие свойства, которые позволяют рассматривать текстуры независимо от условий образования пород. Поэтому текстуре осадочных пород в данном реферате уделено большое внимание. Осадочные породы имеют огромное значение в геологии, так как более трёх четвертей площади материков покрыто осадочными горными породами, поэтому с ними наиболее часто приходится иметь дело при геологических работах. Кроме того, с осадочными горными породами генетически или пространственно связана подавляющая часть месторождений полезных ископаемых. В осадочных горных породах хорошо сохранились остатки вымерших организмов, по которым можно проследить историю развития различных уголков Земли. Благодаря этому осадочные породы имеют огромное значение и для развитии палеонталогии.

 

Глава 1.

Общие сведения. Происхождение. Классификация.

 

ОСАДОЧНЫЕ ГОРНЫЕ ПОРОДЫ — горные породы, возникшие путём осаждения вещества в водной среде, реже из воздуха и в результате деятельности ледников на поверхности суши, в морских и океанических бассейнах. Осаждение может происходить механическим путём (под влиянием силы тяжести и изменения динамики среды), химическим (из водных растворов при достижении ими концентраций насыщения и в результате обменных реакций), а также биогенным (под влиянием жизнедеятельности организмов). В зависимости от характера осаждения осадочные горные породы разделяются на обломочные, химические и органогенные (биогенные).  
Источником вещества для образования осадочных горных пород являются: продукты выветривания магматического, метаморфического и более древних осадочных пород, слагающих земную кору; растворённые в природных водах компоненты; газы, различные вещества, возникающие при жизнедеятельности организмов; вулканогенный материал (твёрдые частицы, выброшенныевулканами, горячие водные растворы и газы, выносимые вулканическими извержениями на поверхность Земли и в водные бассейны). В современных океанических осадках (красная глубоководная глина, ил и др.) и в древних осадочных породах встречается также космический материал (мелкие шарики никелистого железа, силикатные шарики и т.п.).  
Кроме того, в составе осадочных горных пород, как правило, присутствуют органические остатки (растительного и животного происхождения), синхронные времени их образования, реже более древние (переотложенные). Некоторые осадочные горные породы (известняки, угли, диатомиты и др.) целиком сложены органическими остатками. Размер частиц (зёрен), их форма и взаимное сочетание определяют структуру осадочных горных пород.  
Осадочные горные породы образуют пласты, слои, линзы и другие геологические тела разной формы и размера, залегающие в земной коре нормально-горизонтально, наклонно или в виде сложных складок. Внутреннее строение этих тел, обусловливаемое ориентировкой и взаимным расположением зёрен (или частиц) и способом выполнения пространства, называется текстурой осадочных горных пород. Для большинства этих пород характерна слоистая текстура: типы текстуры зависят от условий их образования (главным образом от динамики среды).  
Образование осадочных горных пород происходит по следующей схеме: возникновение исходных продуктов путём разрушения материнских пород, перенос вещества водой, ветром, ледником и осаждение его на поверхности суши и в водных бассейнах. В результате образуется рыхлый и пористый, насыщенный водой, полностью или частично, осадок, сложенный разнородными компонентами.  
Он представляет собой неуравновешенную сложную физико-химическую и частично биологическую систему, с течением времени постепенно превращающуюся в осадочную породу.  
Классификация осадочных горных пород основана на их составе и генезисе. В связи с тем, что большинство пород полигенно, т.е. одна и та же осадочная порода может образоваться при различных процессах (например, известняки могут быть обломочными, хемогенными или органогенными), при выделении основных групп пород учитывается их состав. Различают свыше 10 групп осадочных горных пород: обломочные, глинистые, глауконитовые, глинозёмистые, марганцевые, железистые, фосфатные, кремнистые, карбонатные, соли, каустобиолиты и др. Кроме основных групп существуют породы смешанного состава — переходные между обломочными и карбонатными, карбонатными и кремнистыми и т.п., а также вулканогенно-осадочные породы, представляющие собой смесь обломочно-осадочного материала и твёрдых продуктов выбросов вулканов (см. также Пирокластические породы). Более детальное подразделение в пределах выделенных групп проводится по структуре (размеру зёрен), минеральному составу и генезису.  
По химическому составу осадочных горных пород отличаются от магматических пород гораздо большей дифференцированностью, широким диапазоном колебаний в содержании породообразующих компонентов, повышенным содержанием воды, углекислоты,органического углерода, кальция, серы, галоидов, а также высокими значениями отношения оксидного железа к закисному.  
Среди осадочных горных пород преобладают глинистые (глины, аргиллиты, глинистые сланцы — 48% на платформах, 49% в геосинклиналях), песчаные (пески и песчаники — 23% на платформах, 23% в геосинклиналях) и карбонатные (известняки, доломитыи др. — 29% на платформах, 28% в геосинклиналях). Соли составляют всего 2,8% на платформах и 0,3% в геосинклиналях.  
Образование и размещение на поверхности Земли осадочных горных пород определяется главным образом климатическими и тектоническими условиями. Так, в областях гумидного климата (влажного и тёплого) образуются глинозёмистые, железистые, марганцевые породы и различные каустобиолиты; для аридных (засушливых) областей характерны отложения доломитов, гипса,галита, калийных солей, красноцветных пород; для нивальных областей (полярных и высокогорных) — продукты физического выветривания, представленные различными обломочными породами. Влияние тектонического режима не менее важно. В геосинклиналях накапливаются мощные толщи осадочных горных пород, которые, как правило, характеризуются изменчивостью в пространстве и пёстрым (многокомпонентным) составом обломочного и другого материала, наличием пластов вулканогенно-осадочных пород и т.п. Наоборот, на платформах залегают небольшие по мощности толщи осадочных горных пород, часто с пластами, выдержанными в пространстве, с более однородным (однокомпонентным) составом обломочного материала и т.п. Условия осадконакопления в прежние геологические эпохи (особенно в течение фанерозоя) были близки или аналогичны современным. Поэтому распределение типов пород на поверхности Земли в древние геологические периоды позволяет восстанавливать палеогеографическую и палеотектоническую обстановку геологического прошлого.  
Осадко- и породообразование — процесс периодический; формирование сходных типов пород и их парагенетических ассоциаций (формаций) многократно повторяется во времени, что связано с периодическими (долговременными) изменениями климата и режима геотектонических движений. Наряду с этим наблюдается также постепенное изменение условий осадконакопления на протяжении всей истории развития земной коры. Эволюция осадконакопления связана с изменением состава вод Мирового океана,атмосферы, эволюцией органического мира, а также с изменением (увеличением) общего количества осадочных горных пород на поверхности Земли.  
Осадочные горные породы составляют около 10% массы земной коры и покрывают 75% поверхности Земли. Основная их масса сосредоточена на материках (752 млн. км³), шельфах и континентальных склонах (158 млн. км³), тогда как на дно океановприходится 190 млн. км³. В пределах материков около 20% объёма всех осадочных горных пород залегает на платформах и 48% в геосинклиналях. Свыше 75% всех полезных ископаемых, извлекаемых из недр Земли      (уголь, нефть, соли, руды железа, марганца,алюминия, россыпи золота и платины, фосфориты, нерудные строительные материалы и др.), заключено в осадочных горных породах. Изучением осадочных горных пород занимается литология.

Глава 2.

Подробное описание генезиса.

 

Образование осадков, из которых  возникают осадочные горные породы, происходит на поверхности земли, в  её приповерхностной части и в  водных бассейнах.

Процесс   формирования   осадочной   горной   породы   называется  литогенезом  и состоит из нескольких стадий:

-         образование осадочного материала;

-         перенос осадочного материала;

-         седиментогенез – накопление осадка;

-         диагенез – преобразование осадка в осадочную горную породу;

-         катагенез – стадия существования осадочной породы в зоне стратисферы;

-         метагенез – стадия глубокого преобразования осадочной породы в глубинных зонах земной коры.

ОБРАЗОВАНИЕ ОСАДОЧНОГО МАТЕРИАЛА.

Образование осадочного материала  происходит за счет действия различных  факторов -  влияния колебаний температуры, воздействия атмосферы, воды и организмов на горные породы и т.д. Все эти процессы  приводят к изменению и разрушению пород и объединяются одним термином  выветривание(рис. 103).

Различают выветривание  механическое, когда раздробление пород происходит вследствие тектонических процессов, деятельности воды, ветра, льда, под влиянием силы тяжести и других причин.   Химическое  выветривание связано с тем, что многие минералы, оказавшись у поверхности Земли, вступают в различные химические реакции. Объём их при этом увеличивается, и горная порода разрушается. Основными факторами этого типа выветривания  являются атмосферная и грунтовая вода, свободные кислород и углекислота, растворенные в воде органические и некоторые минеральные кислоты.

К   процессам   химического   выветривания относятся окисление, гидратация, растворение и гидролиз.  Химическое разложение протекает одновременно с механическим раздроблением. Физическое  (морозное) выветривание  протекает под влиянием  колебаний температуры, вследствие чего минералы, слагающие породы, испытывают попеременно то сжатие, то расширение. Это приводит к образованию трещин и в конечном итоге к разрушению пород. Особенно активно физическое выветривание  в районах с континентальным климатом, где отмечается существенная  разница суточных и сезонных температур. Биологическое выветривание производят живые организмы (бактерии, грибки, вирусы, роющие животные, низшие и высшие растения и т.д.).

ПЕРЕНОС ОСАДОЧНОГО МАТЕРИАЛА.

Осадочный материал обычно не остается на месте, а переносится  под  действием   различных факторов в те участки земной поверхности, где существуют условия, благоприятные для его накопления и захоронения.

Перенос осуществляется главным  образом с помощью воды и ветра; кроме них заметную роль в перемещении  осадков играют движущиеся ледники, айсберги и прибрежные льды, а также  связанные с проявлением силы тяжести оползни, осыпи, обвалы; а также живые  организмы. Чем меньше частицы, тем дальше они могут быть перемещены. В районах вечной мерзлоты (нивальный климат) глетчеры транспортируют обломочные продукты выветривания любых размеров и отлагают их в качестве донных и конечных морен. В областях пустынь (аридный климат) господствует эоловый перенос. Он обусловливает сортировку по крупности зерен на крупные обломки, остающиеся на месте образования, песок, образующий дюнные ландшафты, и тончайшую пыль, лёс, который часто выносится ветром из пустынь и отлагается в соседних районах.

Главной транспортирующей силой  на Земле служит вода, которая в  районах с избыточными осадками (гумидный климат, тропический или умеренный) в форме грунтовых вод, вод источников, речной и озерной воды стремится под уклон к океану, формируя при этом морфологию поверхности. В зависимости от размеров и характера переносимого водой материала, он транспортируется либо путем перекатывания, либо во взвешенном состоянии или в растворенном виде. При понижении скорости течения происходит последовательное отложение обломков согласно закону механической осадочной дифференциации:  глыбы – валуны – галька – гравий – песок – алеврит - пелит. Вещества, находящиеся в коллоидном и истинном растворе, выпадают только вследствие химических процессов. Продукты выветривания распределяются, таким образом, по всей поверхности Земли, подвергаются при этом сортировке и, наконец, отлагаются в виде осадков в самых глубоких местах или на материках, или (преимущественно) в морских бассейнах.

НАКОПЛЕНИЕ  ОСАДКА  (седиментогенез).

Транспортируемый осадочный  материал осаждается в пониженных участках рельефа. Скорость накопления осадка колеблется в очень широких пределах — от долей миллиметра (глубоководные части морей и океанов) до нескольких метров в год (в устьях крупных горных рек).

Длительное и устойчивое погружение области осадконакопления предопределяет образование мощной, однородной осадочной толщи. В случае частой смены тектонического режима происходит переслаивание осадков, различных по составу и строению.

В    процессе   переноса   и   осаждения   осадочного   материала под   влиянием   механических,   химических,   биологических   и физико-химических процессов происходит его сортировка и избирательный переход в твердую фазу растворенных и газообразных веществ. Этот процесс  называется  осадочной  дифференциацией. Образовавшиеся в результате осадочные породы в большинстве своем отличаются от магматических и метаморфических более простым химическим составом, высокой концентрацией отдельных компонентов или более высокой степенью однородности частиц по размеру.

Следует иметь в виду, что наряду с осадочной дифференциацией на поверхности нашей планеты может происходить и смешивание осадочного материала (интеграция), поступающего из разных источников сноса. Этот процесс приводит к образованию полиминеральных пород, слагающихся как разнородными обломочными компонентами, так и биогенными и хемогенными образованиями.

ДИАГЕНЕЗ.

Осадок, накопившийся на дне  водоема или на поверхности суши, обычно представляет собой неравновесную  систему, состоящую из твердой, жидкой и газовой фаз. Между составными частями осадка начинается физико-химическое взаимодействие. Активное участие в преобразовании осадков принимают обитающие в иле организмы.

Во время диагенеза происходит уплотнение осадка под тяжестью образующихся выше него слоев, обезвоживание, перекристаллизация. Взаимодействие составных частей осадка между собой и окружающей средой приводит к растворению и удалению неустойчивых компонентов осадка и формированию устойчивых минеральных новообразований.   Разложение отмерших животных организмов   и   растений  вызывает   изменение окислительно-восстановительных и щелочно-кислотных свойств осадка. К концу диагенеза жизнедеятельность бактерий и других организмов почти полностью прекращается, а система осадок — среда приходит в равновесие.

Продолжительность стадии диагенеза  изменяется в широких пределах, достигая десятков и даже сотен тысяч лет. Мощность зоны осадка, в которой протекают диагенетические преобразования, также колеблется в значительном диапазоне и, по оценке большинства исследователей, составляет 10— 50 м, а в ряде случаев, по-видимому, может быть и больше. 

КАТАГЕНЕЗ.

В стадию катагенеза осадочные породы претерпевают существенные преобразования, сопровождаемые изменением химико-минералогического состава, строения и физических свойств. Основными факторами преобразования пород являются температура, давление, вода, растворенные в ней соли и газообразные компоненты, рН, Еh и радиоактивное излучение. Направленность и интенсивность преобразований в значительной степени определяются составом и физическими свойствами пород.

В процессе катагенеза происходит уплотнение пород, их обезвоживание, растворение неустойчивых соединений, а также  перекристаллизация  и образование новых минералов. 

МЕТАГЕНЕЗ.

На стадии метагенеза  происходит максимальное уплотнение осадочных пород, меняется их минеральный состав, структура. Преобразование пород происходит под влиянием  тех же факторов, что и при катагенезе, но температура более высокая (200—300°С), выше минерализация и газонасыщенность вод, иные значения Еh и рН.

Изменение структуры пород  проявляется в укрупнении размера  зерен, в упорядочении их ориентировки, перекристаллизации с исчезновением  фаунистических остатков. Завершается  стадия метагенеза переходом осадочных пород в метаморфические.

 

Глава 3.

Структура осадочных  горных пород.

При изучении осадочных пород  также различают структуру, понимают особенности ее строения, определяемые размерами, формой, степенью однородности обломочных и хемогенных компонентов, а также количеством, размером и степенью сохранности органических остатков.

Элементы структуры пород формируются на протяжении всех этапов, начиная со стадии образования осадочного материала и кончая теми изменениями, которые связаны с процессами метагенеза. От структуры зависят многие физические свойства осадочных пород. В частности, она в значительной степени определяет сопротивляемость породы воздействию бурового инструмента, устойчивость ствола скважины в процессе бурения, способность породы аккумулировать нефть и газ, отдавать их в процессе разработки месторождений и т. д.

Для пород обломочного происхождения выделяют структуры :

·       псефитовую (грубообломочную) с частицами размером более 2 мм в диаметре,

·       псаммитовую (песчаную) с размерами частиц от 2 до 0,1 мм,

·       алевритовую (пылеватую)  с частицами размером от 0,1 до 0,01 мм

·       пелитовую. с размерами частиц менее 0,01 мм.

 

 

Табл. 5 Структура обломочных пород. 

 

Структура	Величина  обломков, мм		Название  породы
			Рыхлые		Сцементированные
			угловатые	окатанные	угловатые	окатанные
Псефитовая (грубообломочная)	>2	>100	Глыба	Валун	Глыбовая брекчия	Валунный конгломерат
		100-10	Щебень	Галька, галечник	Брекчия	Галечный конгломерат
		10-2	Дресва	Гравий		Гравийный конгломерат
Псаммитовая (песчаная)	0,1-2	2-0,5	Крупнозернистый песок		Крупнозернистый песчаник
		0,5-0,25	Среднезернистый песок		Среднезернистый песчаник
		0,25-0,1	Мелкозернистый  песок		Мелкозернистый  песчаник
Алевритовая (пылеватая)	0,01-0,1	0,1-0,05	Крупнозернистый алеврит		Крупнозернистый алевролит
		0,05-0,025	Среднезернистый алеврит		Среднезернистый алевролит
		0,025-0,01	Мелкозернистый  алеврит		Мелкозернистый  алевролит
Пелитовая	<0,01			Глина		Аргиллит