Осадочные горные породы

Размещено на http://www.allbest.ru/

Осадочные горные породы

Осадочными горными породами называются породы, существующие в термодинамических условиях, характерных для поверхностной части земной коры и образующиеся в результате переотложения продуктов выветривания и разрушения различных горных пород, химического и механического выпадения осадка из воды, жизнедеятельности организмов или всех трех процессов одновременно.

Более трёх четвертей площади материков покрыто осадочными породами, поэтому с ними наиболее часто приходится иметь дело при геологических работах. Кроме того, с осадочными породами связана подавляющая часть разрабатываемых месторождений полезных ископаемых, в том числе нефти и газа. В них хорошо сохранились остатки вымерших организмов, по которым можно проследить историю развития Земли.

Изучением осадочных горных пород занимается наука литология.

горный порода осадочный

ГЕНЕЗИС ОСАДОЧНЫХ ГОРНЫХ ПОРОД.

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.

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(рис. 104).

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.

КЛАССИФИКАЦИЯ ОСАДОЧНЫХ ГОРНЫХ ПОРОД.

В формировании осадочных горных пород участвуют различные геологические факторы: разрушение и переотложение продуктов разрушения ранее существовавших пород, механическое и химическое выпадение осадка из воды, жизнедеятельность организмов. Случается, что в образовании той или иной породы принимает участие сразу несколько факторов. При этом некоторые породы могут формироваться различным путем. Так, известняки, могут быть химического, биогенного или обломочного происхождения. Это обстоятельство вызывает существенные трудности при систематизации осадочных пород. Единой схемы их классификации пока не существует.

Различные классификации осадочных пород были предложены Ж.Лаппараном (1923 г.), В.П.Батуриным (1932 г.), М.С.Швецовым (1934 г.) Л.В.Пустоваловым (1940 г.), В.И.Лучицким (1948 г.), Г.И.Теодоровичем (1948 г.), В.М.Страховым (1960 г.), и другими исследователями.

Однако для простоты изучения применяется сравнительно простая классификация, в основе которой лежит генезис (условия образования) осадочных пород. Согласно ей породы этого класса подразделяются на обломочные, хемогенные, органогенные и смешанные.

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 (табл.5):

? 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. 1 Структура обломочных пород

Для осадочных пород химического происхождения структуры различают по тем же признакам. В этих породах, возникших путем выпадения из растворов, кристаллизации и перекристаллизации, величина зерен сравнительно легко меняется. Напротив, форма зерен обусловлена здесь свойствами самого минерала, условиями его возникновения и роста и потому является особенно важной.

По величине зерен здесь можно выделить те же структуры, как и в обломочных породах, но для обозначения их не употребляют терминов, принятых в первой группе пород, а ограничиваются примерным определением величины зерна (крупнозернистый, мелкозернистый и т. д.). Определения эти делаются субъективно, обычно не основываются на точных измерениях и не регулируются общепринятыми правилами.

Табл. 2 Структура хемогенных пород (по М.С.Швецову, 1948 г.)

Кроме того, выделяют структуры:

? равномерно- и неравномернозернистую, в зависимости от соотношения зерен по размеру;

? оолитовую, в которой зерна имеют форму мелких шаровых стяжений различного размера;

? листоватую, при которой породы имеют листовато-слоистое сложение;

? игольчатую или волокнистую, зависящую от формы и величины слагающих их минералов;

? брекчиевидную, при которой порода состоит из крепко спаянных между собой остроугольных обломков.

Осадочные горные породы органогенного генезиса имеют органогенную структуру.

В этих породах, как и в породах предыдущей группы, большое значение имеет форма составных частей, которая обусловливается характером организмов. Среди пород этой группы различают структуры: криноидные, коралловые, пелециподовые, мшанковые, фораминиферовые, водорослевые, смешанные и т. д. В зависимости от сохранности обломков в породе выделяют структуры:

? биоморфная - хорошая сохранность органических остатков. По размеру компонентов они могут быть очень различными в зависимости от организмов -- от очень крупных (например, кораллы) до мельчайших (например диатомеи);

? детритусовая (детритовая) - порода сложена обломками скелетов организмов.

В свою очередь среди пород с детритусовой структурой различают:

? крупнодетритусовые породы слагаются не окатанными обломками, часто хорошо заметными простым глазом и легко определимыми под микроскопом. Размеры обломков чаще всего от нескольких миллиметров примерно до 0,05 мм.

? мелкодетритусовые. слагаются мельчайшими обломками организмов (обычно от 0,05 мм и мельче), неразличимыми простым глазом и в большей части не определимыми под микроскопом в шлифе.

? органогенно-обломочная структура отличается тем, что обломки раковин большей частью хорошо окатаны и почти одинаковой величины (0,5 -- 0,1 мм).

Для осадочных пород смешанного генезиса характерна пелитоморфная структура.

ТЕКСТУРА ОСАДОЧНЫХ ГОРНЫХ ПОРОД.

Под текстурой осадочной горной породы понимают черты строения, определяемые способом выполнения пространства, расположением составных частей и ориентировкой их относительно друг друга.

Текстура породы формируется, начиная со стадии накопления осадка. В дальнейшем она может изменяться в зависимости от особенностей диагенеза и катагенеза. Первичные текстуры (возникшие в процессе осадконакопления) отражают состояние среды в момент накопления осадочного материала и результаты ее взаимодействия с осадком. Вторичные текстуры образуются в уже сформировавшейся породе, в процессе катагенеза и метагенеза.

Текстуры в значительной степени определяют многие свойства осадочных пород, в том числе их анизотропность -- неодинаковые в разных направлениях прочность, фильтрационные свойства и др. Изучают их преимущественно в обнажениях и образцах, но иногда и в шлифах под микроскопом. Различают текстуры поверхности слоя и внутрислоевые.

Знаки прибоя - причудливо изгибающиеся и разветвляющиеся маленькие хребты песчаного или другого наносного материала. В ископаемом виде знаки прибоя встречаются крайне редко.

Отпечатки кристаллов - полости и пустоты от растворившихся кристаллов солей, выделившихся при высыхании воды в осадках и особенно на берегах соленых озер. Они представляют существенный интерес, так как дают указания на условия образования содержащего их осадка и ориентировку слоя.

Реже встречаются радиально или неправильно располагающиеся тонкие палочкообразные отпечатки длиной до 2,5 см и более, представляющие собой следы кристалликов льда. Их также можно наблюдать весной или осенью в результате промерзания луж и влажной земли и кристаллизации в них.

Отпечатки капель дождя и следы выходов газа. На поверхности глинистых и иловатых пластов иногда наблюдаются небольшие округлые углубления, часто с приподнятым крутым краем. Наблюдения на современных иловатых поймах, побережьях, лужах показывают, что такие же отпечатки оставляют на влажной илистой поверхности капли дождя (рис. 121) и градины. После высыхания глины, отпечатки, засыпанные новым осадком, сохраняются в виде ямок на поверхности слоя, или в виде выпуклых их отпечатков. Наиболее хорошо они сохраняются в условиях жаркого сухого климата. Такие же ямки, лишь более крупные и глубокие, оставляет град.

Похожие образования получаются в результате поднятия из рыхлого осадка пузырьков газов, возникающих при идущих в осадке химических процессах. Для них характерна гладкая поверхность и отсутствие приподнятого края. При энергичном выделении газов вокруг места выхода образуется приподнятый валик. Может сохраниться и сам путь поднятия пузырька -- узкий канал, вертикально пронизывающего породу, поскольку вновь образующиеся пузырьки следуют по проложенному пути, закрепляя и расширяя его.

Трещины высыхания представляют собой узкие желобки, разделяющие породу на полигональные участки, возникающие на поверхности глинистых, иловатых, реже известковистых пластов (рис. 122). Эти желобки выполнены либо тем же, либо каким-либо иным материалом -- песком, гипсом и т.д.

Подобная картина наблюдается на современных поймах, илистых берегах и в области такыров. Отложенный здесь тонкослоистый илистый материал при высыхании растрескивается и даёт тот же характерный полигональный узор. Глубина трещин обычно незначительная, но при длительном высыхании может достигнуть 1 м. Размеры полигонов зависят от скорости высыхания, толщины трескающегося слоя, его материала и т. д. При быстром высыхании, большой толщине, отсутствии песка и СаСО_з образуются большие участки, ограниченные трещинами. В большинстве случаев полигоны не остаются плоскими, но коробятся, причем их края закручиваются либо кверху, либо книзу.

Отпечатки, оставленные животными. На поверхности слоев сохраняются окаменелые остатки организмов (рис. 123, 124), а также следы их передвижения. Следы позвоночных сохраняются в континентальных, чаще всего в пустынных отложениях. Следы движения низших животных -- пелеципод, гастропод и особенно червей -- чаще всего наблюдаются в некоторых морских или береговых отложениях. Они могут иметь форму вертикально или косо пронизывающих осадок трубчатых ходов («колодезные структуры»), звездообразных или ветвистых желобков на поверхности слоя, которые принимают иногда за отпечатки водорослей или тел животных и др. Помимо перечисленных, известно много других знаков, оставляемых на поверхности слоев животными и растениями, а также знаков, происхождение которых не разгадано.

Организмы, оставляющие следы, могут жить на различных глубинах. По наблюдениям ученых, следы с резко выраженными краями могут сохраняться лишь в приливной полосе, где они до наступления нового прилива затвердевают или перекрываются тонким предохраняющим слоем эолового материала. Под водой резкие контуры сохраняться не могут. Исключение составляют лишь туннелеобразные ходы червей, где обрушивание кровли также может давать резкие контуры.

Конкреции и оолиты. Под конкрецией понимаются различной формы, строения и величины (от долей миллиметра до нескольких метров в диаметре) неорганические включения в осадочных слоях, обычно отличающиеся от окружающей породы своим составом (рис. 125).

Примером очень маленьких конкреций являются оолиты (рис. 126-128)

Встречаются свиты, исключительно богатые сутурами, при полном их отсутствии в соседних толщах. Это делает их, как и стилолиты, ценным стратиграфическим признаком и указывает на тесную связь их со строением или составом породы. Неправильная мелкозубчатые поверхности сутурных плоскостей и покрывающие их глинистые плёночки дают ясные указания на то, что они образовались в результате сдавливания и сопутствовавшего ему растворения породы по менее устойчивым плоскостям. Глинистая пленочка представляет собой нерастворимый остаток породы.

Размещено на Allbest.ru