Размещено на http://www.allbest.ru/

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«БАШКИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

ГЕОГРАФИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

КАФЕДРА ГЕОЛОГИИ И ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ

Курсовая работа

Методы исследования осадочных пород

Выполнил:

Ямалиев Р.И.

УФА - 2020



Оглавление

Введение

1. Происхождение осадочных горных пород

1.1 Формы залегания осадочных горных пород

2. Классификация осадочных горных пород

2.1 Обломочные породы

2.2 Органогенные породы

2.3 Хемогенные породы

2.4 Породы смешанного происхождения

3. Изучение осадочных пород в полевых условиях

4. Общая схема лабораторных исследований осадочных горных пород

4.1 Гранулометрический анализ

4.2 Ситовой и гидравлический - методы гранулометрического анализа

4.3 Минералогический анализ обломочных зерен

4.4 Химический анализ

4.5 Электронная микроскопия

4.6 Рентгеноструктурный анализ

4.7 Термические методы анализа

4.8 Спектральный и изотопный анализы

5. Изучение осадочных пород в шлифах под микроскопом

5.1 Общая примерная схема изучения и описания шлифа

5.2 Особенности петрографического изучения песчано-алевритовых отложений

Заключение

Список литературы



Введение

Актуальность темы. Литология, главным образом имеет дело с осадочными горными породами, а их детализированное исследование - это основная цель главного раздела литологии. Изучение пород началось с их описания по внешним признакам с последующим увеличением числа показателей, детальностей и подробностей описаний, которые могут выявить. Основным качественным изменением подхода к изучению пород, стало использование в микроскопе поляризации, притом впервые, этот метод, был применен известным ученым Г.К. Сорби в 1851г. При исследовании именно осадочных пород, а именно кремнёвых известняков. Основные приемы и методы кристаллооптических исследований шлифов, были разработаны н примере метаморфических и магматических пород, что после этого, через многие годы вернулось в литология, которая стала уже самостоятельной научной дисциплиной, которая сформировалась значительно позже петрографии и петрографических исследований. Задачей исследования пород, является получение наиболее полной её характеристики с целью правильного названия породы, выяснения и описания её свойств, на основе чего и появляется возможность воссоздать условия образования горной породы.

Поскольку горная порода характеризуется в основном всего несколькими главными показателями, а именно: состав, текстура и структура; то её полное исследование включает описание и детальное изучение этих трех показателей. Из-за чего некоторые метод позволяют одновременно изучить два или три показателя, то есть являются главным, в какой-то степени даже универсальными, другие же более избирательные, специфические, так как могут установить или описать лишь один их этих показателей.

Цель работы. Исследование методов изучение осадочной горной породы. В соответствии с целью исследования, обозначим (капсом) задачи:

Рассмотреть осадочные породы по виду и происхождению



1. Происхождение осадочных горных пород

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

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

1. 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.

2. перенос осадочного материала - осуществляется главным образом с помощью воды и ветра; кроме них заметную роль в перемещении осадков играют движущиеся ледники, айсберги и прибрежные льды оползни, осыпи, обвалы; а также живые организмы. Чем меньше частицы, тем дальше они могут быть перемещены.

3. седиментогенез - накопление осадка. 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).

4. диагенез - преобразование осадка в осадочную горную породу. 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.

5. катагенез - стадия существования осадочной породы в зоне стратисферы. 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.

6. метагенез - стадия глубокого преобразования осадочной породы в глубинных зонах земной коры - происходит максимальное уплотнение осадочных пород, меняется их минеральный состав, структура. 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.



1.1 Формы залегания осадочных горных пород

Первичной формой залегания осадочных горных пород является слой, или пласт. Пластом (слоем) называется геологическое тело, сложенное однородной осадочной породой, ограниченное двумя параллельными поверхностями напластования, имеющее примерно постоянную мощность и занимающее значительную площадь. Ряд слоев или пластов, перекрывающих (налегающих) и подстилающих друг друга и объединяющихся по какому-либо признаку (геологическому возрасту, происхождению, петрографическому признаку и т.д.), называют свитой. Слои горных пород можно наблюдать в обнажениях. Обнажением слоев (пластов) горных пород называется выход их на поверхность Земли. Поверхность, ограничивающая пласт снизу, называется подошвой, сверху - кровлей. В серии или пачке пластов кровля нижележащего пласта является одновременно подошвой покрывающего пласта. Толщина пласта называется его мощностью. Обычно различают истинную, вертикальную и горизонтальную мощность. Истинная мощность - кратчайшее расстояние между кровлей и подошвой пласта. Вертикальная мощность - расстояние по вертикали от любой точки кровли до подошвы пласта. Горизонтальная мощность - расстояние по горизонтали от любой точки кровли до подошвы пласта. Мощность пластов может быть относительно постоянной (выдержанной) и непостоянной (изменчивой). При изменении мощности пласта может происходить как его увеличение, так и сокращение вплоть до полного исчезновения - выклинивание.

Пространственное положение пласта характеризуется его простиранием и падением. Простирание - линия пересечения кровли пласта с горизонтальной плоскостью; положение этой линии относительно стран света определяется азимутом простирания. Кровля и подошва слоя, а также любая плоскость внутри слоя, параллельная его кровле и подошве, имеет простирание. Эти простирания будут параллельными между собой. Простирания кровли, подошвы или другой им параллельной плоскости в пределах слоя условно считаются в то же время простиранием слоя.

Падением называется наклон пласта по отношению к горизонтальной плоскости. Падение слоя (кровли, подошвы и любой им параллельной плоскости в пределах слоя) характеризуется направлением падения и углом падения. Направление падения определяется азимутом этого направления. Оно всегда перпендикулярно простиранию слоя. Простирание имеет два азимута, в то время как азимут падения - один. Он отличается от азимутов простирания на 90°.

Под углом падения слоя (его кровли, подошвы или любой плоскости, параллельной им внутри слоя) понимают телесный угол между горизонтальной плоскостью и плоскостью слоя. Телесный угол измеряется линейным углом, образованным перпендикулярами, восстановленными к линии простирания слоя, - один перпендикуляр в горизонтальной плоскости, другой в плоскости слоя.

Азимуты простирания, падения и угол падения называются элементами залегания пласта и определяют его положение в пространстве. Направление, или азимут падения и угол наклона (падения) измеряются в градусах и определяются горным компасом. [1]

Рисунок 1 - Элементы залегания слоя



2. Классификация осадочных горных пород

Осадочные породы по способу образования можно разделить на четыре группы:

1 обломочные (терригенные);

2 органического происхождения (органогенные);

3 химического происхождения (хемогенные);

4 смешанного происхождения

2.1 Обломочные породы

Обломочными называются породы, которые произошли из осадков, представляющих собой механические продукты разрушения ранее существовавших пород. Обломочные породы можно подразделить на грубообломочные (псефиты)‚ песчаные (псаммиты), мелкоземлистые (алевриты) и глинистые (пелиты).

Грубообломочные породы (псефиты) состоят из отчетливо видимых невооруженным глазом рыхлых или сцементированных обломков горных пород и минералов (главным образом кварца или его разновидностей) размером более 2 мм в поперечнике. Среди грубообломочных выделяют рыхлые и сцементированные породы, которые различаются по характеру обломков (угловатые или окатанные) и по их размерам. Рыхлые угловатые породы делятся на глыбы (обломки больше 10 см в поперечнике), щебни (10-1 см), дресву (1 см-2 мм). Рыхлые окатанные - на валуны (более 10 см в поперечнике), галечники (10-1 см), гравий (1 см-2 мм).

Сцементированные скопления угловатых обломков называются брекчией, сцементированные скопления окатанных обломков - конгломератом. По составу цемента брекчии и конгломераты бывают кремнистыми (цемент из SiO2 или SiO2*nH2O), известковыми (цемент из СаСО3), железистыми (цемент из Fe2O3*nH2O или FeCO3), глинистыми (цемент из глинистого вещества).

Песчаные породы (псаммиты) состоят из обломков минералов или горных пород размером от 2 до 0,1 мм в попречнике. Среди песчаных пород различают рыхлые и сцементированные. К рыхлым относятся пески. Пески в зависимости от состава минеральных зерен бывают кварцевыми и полимиктовыми. Первые состоят из зерен кварца, вторые из зерен разных минералов. Пески различают также по размеру зерен: грубозернистые (размер зерен 2-1 мм), крупнозрнистые (1-0,5 мм), среднезернистые (0,5-0,25 мм), мелкозернистые (0,25-0,1 мм), однородные (размер зерен постоянен) и резнозернистые (размер зерен разный). Сцементированные песчаные породы называются песчаниками. Песчаники, как и пески, бывают кварцевыми и полимиктовыми. В зависимости от размера зерен песчаники подразделяются на грубозернистые (размер зерен 2-1 мм), крупнозернистые (1-0,5 мм), среднезернистые (0,5-0,25 мм), мелкозернистые (0,25-0,1 мм), равномернозернистые (или однородные) и разнозернистые. В зависимости от состава цемента песчаники бывают кремнистыми, известковыми, железистыми, глинистыми.

Рисунок 2



Глинистые породы (пелиты) подразделяются на глины, аргиллиты и глинистые сланцы. Глины состоят из очень мелких частиц (меньше 0,01 мм). Аргиллиты - твердые глины, имеющие вид глинистых пород. Поддаются царапанию ножом, не размокают от воды и не вскипают от кислоты. При обогащении CaCO3 аргиллиты переходят в мергели. Глинистые сланцы - плотные нерастирающиеся, поддающиеся царапанию ножом и не размокающие от воды породы, разделяющиеся на плиты по плоскостям слоистости или сланцеватости.

2.2 Органогенные породы

К органогенным породам относятся осадочные породы, являющиеся продуктами жизнедеятельности организмов. Органогенные породы классифицируются по химическому составу входящих в их состав минералов:

? карбонатные - наибольшим распространением пользуются известняки и доломиты. По содержанию глинистых примесей различают глинистые известняки (глины<20%), известковистые мергели (>20%), мергели (30-50%) и известковистые глины (глины >50%). При увеличении количества песка в известняках их называют песчанистыми известняками или известковистыми песчаниками. При определении известняков следует прежде всего использовать реакцию с разбавленной соляной кислотой, при воздействии которой они бурно вскипают.

? кремнистые - породы, состоящие преимущественно из кремнезема (диатомиты, яшмы, опоки);

? галоидные и сульфатные - наиболее распространены мономинеральные разности: каменная соль, гипс и ангидрит, которые образуются в соленосных водных бассейнах.

? железистые - наиболее распространены следующие: 1) оксиды и гидроксиды железа; 2) карбонаты железа и 3) сульфиды железа;

? фосфатные - богатыет фосфатами кальция породы, называют фосфоритами;

? углеродистые породы (каустобиолиты) Из них широко распространены торфы, ископаемые угли, горючие сланцы, битуминозные породы и нефть. Все эти образования относятся к полезным ископаемым; большинство из них формируется в результате углефикации органических остатков.

2.3 Хемогенные породы

К этой категории относятся породы, которые образовались в результате выпадения солей из водных растворов или в результате химических реакций, происходящих в земной коре. Далеко не всегда бывает просто установить является ли осадочная порода хемогенной (химического происхождения) или биогенной (органического происхождения). К хемогенным породам относятся: карбонатные, кремнистые, железистые алюминистые, галоидные и сульфатные породы. Карбонатные породы - соли угольной кислоты Н2СО3. Наиболее распространенными породами этой группы являются известняки хемогенного происхождения. Сложены они минералом - кальцит (СаСО3). Кремнистые породы более чем на 50% состоят из кремнезема (SiO2), представлены опоками, трепелами, кремнистыми туфами и кремневыми конкрециями. Железистые породы - к ним относятся породы, образованные окислами и гидроокислами железа, которые осаждаются из водных растворов. На поверхности суши они образуются при выветривании каких-либо богатых железом пород. К железистым породам относятся бурый железняк и сидерит. Алюминистые породы /или глиноземистые/ породы, в которых содержится 50% и более таких минералов алюминия как: каолинит, гиббсит, бемит, диаспор, высокоглиноземистый шамозит, давсонит и другие. В качестве сопровождающих минералов могут быть гематит, гетит, алюмогетит, корунд, шпинель, титанистые минералы, сульфидные, карбонатные, кремнистые и фосфатные минералы, а также органическое вещество. Представлены латеритами и бокситами. Галоидные /соли галоидных кислот - HCL, HF, HBr/ и сульфатные породы /соли серной кислоты H2SO4/ - чисто химические образования, возникшие в результате выпадения соответствующих солей из растворов.

2.4 Породы смешанного происхождения

Породами смешанного происхождения называются осадочные горные породы, сложенные породами каких-либо двух типов из первых трех. К этим породам относятся мергели, песчаные известняки, опоки. [2, 3]



3. Изучение осадочных пород в полевых условиях

Описание породы в полевых условиях обычно начинается с определения ее названия, затем последовательно характеризуются цвет и оттенки (желательно в сухом и влажном виде), плотность и крепость, излом, вещественный(минеральный) состав, структура (форма, размер и однородность размеров слагающих ее фрагментов -- кристаллов, скелетных остатков организмов и т.д.), текстура (характер взаимоотношения этих фрагментов), включения и видимые вторичные изменения. В полевых условиях обязательно указывается форма залегания -- пластовая, линзовидная и т.д., мощности пластов и их однородность, взаимоотношения с другими пластами и т.д. В керне скважин не все эти показатели удается установить. залегание осадочный горный шлиф

Строго говоря, такие показатели, как характер залегания и мощности, не являются характеристиками собственно породы, а отражают более высокий уровень организации вещества -- геологические тела, но они крайне важны для дальнейших выводов об условиях образования отложений, для оценки некоторых важных свойств. К примеру, одно дело, когда имеется мощный однородный пласт песчаников, другое, если песчаники образуют серию маломощных прослоев. Первый случай с точки зрения нефтяной геологии неизмеримо более благоприятен, так как этот пласт может быть хорошим резервуаром нефти и газа.

Полевое изучение в основном основывается на визуальном осмотре и описании внешних признаков породы с весьма ограниченным привлечением технических средств, причем очень примитивных. К ним относится использование лупы, воды для определения смачиваемости, кислоты для оценки степени карбонатности, ножа и молотка для определения твердости, и прочности и т.д.

Особое внимание в полевых условиях должно уделяться изучению и описанию текстур и включений, ибо эти наиболее «крупноразмерные» свойства часто можно установить именно в обнажении, в то время как в относительно небольшие образцы они просто не попадают или в них не проявляются.

Рисунок 3

Так же и мы, проходили практику, где работа проходила на Кагинском учебном полигоне. В полевой работе сначала мы получали маршруты и оправлялись всей бригадой искать обнажения. Мы искали выходы горных пород, следовали по данному нам маршруту, вели полевой дневник, отбирали образцы, замеряли азимут падения и угол залегания пород, делали зарисовку обнажения, расставляли пикеты, определяли какими породами сложено обнажение, определяли возраст пород свиты, искали границу между Бельской и Зилаирской свитой, порой на пути нам встречались обнажения, которые приходилось откапывать и очищать Горную породу.

В камеральных работах мы записывали в полевой дневник все данные, полученные за маршрут, определяли и изучали образцы отобранные нами, оформляли дневник по ГОСТу, соревновались между бригадами по определению пород на время, обрабатывали все данные, полученные по ходу маршрута, чертили на миллиметровке стратиграфическую колонку, также на миллиметровке чертили профиль обнажения длинною 1 километр, на кальке изображали абрис нашего маршрута, отрисовывали карту с обозначением обнажений, найденных нами за все время наших маршрутов.

Всё это позволило нам понять, как происходят полевые исследования на деле, со всеми вытекающими проблемами.



4. Общая схема лабораторных исследований осадочных горных пород

Таблица 1. Схема лабораторных исследований

Исследуемый показатель	Метод исследования	Породы, для которых применим данный метод
Минеральный состав	Оптическая микроскопия	Практически все типы пород с существенными ограничениями для глинистых пород
	Исследование зерен легкой и тяжелой фракции	Обломочные породы, реже нерастворимый остаток карбонатных и солевых пород
	Растровая электронная микроскопия (косвенное определение минералов по морфологии кристаллов)	Глинистые, кремнистые, частично карбонатные
	Химический -- валовый и рациональный	Практически все типы пород с последующим пересчетом на минералы с проверкой независимыми методами
	Термический	Глинистые, карбонатные
	Рентгеноструктурный
	Окрашивания
	Спектральный	Все типы пород для определения малых и редких элементов. Количество породообразующих элементов с содержанием > 1 % не определяется
Структура	Оптическая микроскопия	Практически все типы пород с ограничением для очень тонкодисперсных (глины, пелитоморфные карбонаты)
	Гранулометрический, ситовой и гидравлический	Обломочные
	Пипеточный и седиментационных трубок	Глинистые
	Электронная микроскопия, в том числе растровая	Карбонатные, кремнистые, глинистые, частично мелкообломочные
Текстура	Макроскопическое изучение	Все типы пород
	Оптическая микроскопия	Некоторые виды мелкоразмерных текстур (микрослоистость, микростилолиты)
	Растровая электронная микроскопия

Исследование пород в камеральный период в лабораториях начинается также с макроскопического описания образца породы и во многом следует схеме полевого изучения, после чего порода поступает на те или иные анализы

или серию анализов. Это предварительное изучение позволяет выработать программу дальнейших исследований, выбрать рациональный набор анализов.

Все лабораторные методы исследования с определенной степенью условности можно подразделить на универсальные, которые позволяют определять или описывать два, или три основных показателя, характеризующих породу, т.е. состав, структуру и текстуру, и специальные, которые изучают лишь один из них. Примерная схема возможностей тех или иных методов и областей их применения показана в таблице.

4.1 Гранулометрический анализ

Гранулометрический, или механический, анализ применяется для изучения обломочных горных пород -- псефитов, псаммитов, алевритов, глин, а также терригенной части хемогенных и органогенных пород. Он заключается в разделении обломочной части породы или ее нерастворимого осадка на отдельные фракции по размеру зерен и определении количественного содержания этих фракций в породе (осадке). Этот анализ является одним из важнейших при изучении обломочных компонентов горных пород, а поскольку именно эти компоненты составляют основу обломочных пород, то анализ является также одним из ведущих при исследованиях именно обломочных пород.



Рисунок 4

4.2 Ситовой и гидравлический - методы гранулометрического анализа

Для разных пород применяются различные методы гранулометрического анализа. Разделение на фракции грубообломочных пород -- галечников, конгломератов, брекчий и т.д., если они достаточно рыхлые -- производят с помощью разнообразных грохотов. При анализе гравийных и песчаных пород, а иногда и крупнозернистых алевритов, используется разделение на ситах; алевриты делятся обычно гидравлическими методами; специальные гидравлические методы используются при анализе глин. Все эти методы применимы только к осадкам и рыхлым породам или породам, которые тем или иным образом можно дезинтегрировать, т.е. разделить на отдельные слагающие породу обломки, причем без разрушения формы и размера самих обломков.

Выполнение гранулометрического анализа лабораторными методами анализа требует определенного лабораторного оборудования, реактивов и в самом общем виде состоит из двухпоследовательных операций -- дезинтегрирования сцементированной породы (для рыхлых пород отсутствует) и разделения нерастворимого обломочного материала на фракции.

Последняя операция осуществляется двумя способами -- рассеиванием на ситах зерен более 0,1 мм, т.е. песчаной и гравийной (ситовой анализ), и гидравлическим методом для более мелких частиц.

Рисунок 5

4.3 Минералогический анализ обломочных зерен

Минеральный состав зерен, слагающих обломочные породы и являющихся примесями в других породах, кроме изучения в стандартных шлифах, исследуют и непосредственно в зернах. Для этого используют фракции, полученные в результате гранулометрического анализа или в виде нерастворимого остатка других пород -- карбонатных, реже солевых и т.д.

Перед минералогическим анализом зерна исследуемой фракции обычно делят на две части, условно называемые легкой и тяжелой фракциями.

Разделенные таким образом фракции промывают, высушивают и исследуют под микроскопом в постоянных или временных препаратах.



4.4 Химический анализ

Задачей химического анализа пород является определение состава основных слагающих ее элементов, чаще выражаемых в виде оксидов. Полный, или силикатный, анализ, когда определяется практически весь набор породообразующих элементов, из-за своей сложности и относительно высокой стоимости используется достаточно редко. Значительно более широко проводится карбонатный шестикомпонентный анализ с определением нерастворимого остатка (Н.О.), полуторных оксидов (R2O3 -- сумма Fe2O3, Al2O3 и др.), CaO, MgO, SO4 и CO2.

Знание химического состава необходимо при использовании осадочных пород как полезных ископаемых. При петрографических исследованиях совершенно необходимо пересчет результатов химического анализа на минералы проверить независимыми методами. Дело в том, что одинаковый набор элементов (оксидов) может дать разные минералы.

4.5 Электронная микроскопия

Для изучения тонкодисперсных пород, и прежде всего глинистых, а также некоторых других используются электронные микроскопы, увеличение которых достигает миллиона раз, а разрешающая способность составляет 10-9 - 10-10 м.

В электронных микроскопах просвечивающего типа на экране видны контуры изучаемых частиц, что позволяет определять их размер и форму, а по ним иногда и минеральный состав.

Большим достоинством этого метода является возможность широко менять масштаб изображения за счет изменения увеличения от нескольких десятков до полутора сотен тысяч раз.

Благодаря этому можно изучать не только очень тонкодисперсные глинистые минералы, но и морфологию более крупных кристаллов, остатков раковин, характер поверхности аморфных выделений, структуру порового пространства, характер его заполнения и т.п.

4.6 Рентгеноструктурный анализ

Методы рентгеноструктурного анализа основаны на явлении дифракции рентгеновских лучей от плоскостей кристаллической решетки. Поскольку кристаллическая решетка разных минералов различна, по характеру дифрактограмм возможно определить ее структуру, а, следовательно, и сам минерал. Наибольшее распространение эти методы получили при изучении тонкодисперсных глинистых пород и частично карбонатных. Именно эти методы позволили установить и описать две разновидности кальцита -- обычный стабильный низкомагнезиальный и метастабильный высокомагнезиальный.

Важным достоинством метода является то, что возможно определение минералов как в мономинеральной породе, так и в полиминеральной, в частности, в смеси глин разного минерального состава.

Рисунок 6



4.7 Термические методы анализа

При последовательном нагревании минералов с ними происходят различные изменения: как их физического состояния (плавление, испарение), так и, что более важно, химического состава. Последние, по сути дела, ведут к фазовым превращениям -- потере воды, вначале кристаллизационной, затем конституционной, разложению на определенные компоненты и т.д. Все эти превращения сопровождаются либо выделением тепла (экзотермические реакции), либо его поглощением (эндотермические реакции), причем эти фазовые переходы и связанные с ними скачки температуры специфичны для каждого минерала. Такие термические эффекты фиксируют на термограммах в координатах «температура -- время» либо в виде дифференциальной кривой в координатах «разность температур изучаемого вещества и эталона -- температура среды (или время)». При этом в качестве эталона подбирается вещество, которое нагревается постепенно без изменения, т.е. без появления каких-либо термических эффектов.

Различные модификации термических анализов с успехом применяются при изучении глинистых и карбонатных пород.

Рисунок 7

4.8 Спектральный и изотопный анализы

При очень высокой температуре вещество испаряется, слагающие его отдельные атомы за счет этой энергии возбуждаются и излучают специфические для каждого элемента спектры. Изучение этих спектров и сравнение их с эталонами позволяет определять набор элементов и их концентрации.

Спектральный анализ относительно дешев, обладает высокой производительностью, что позволяет устанавливать наличие и содержание нескольких десятков элементов, используя очень небольшое количество вещества.

Наличие же тех или иных элементов, их соотношения часто дают очень

ценную информацию о геохимических условиях образования и преобразования пород.

Рисунок 8



5. Изучение осадочных пород в шлифах под микроскопом

У меня есть опыт изучения осадочных горных пород как в полевых, так и в лабораторных условиях. Но более точный анализ осадочной породы можно провести, применяя лабораторный метод исследования - изучение пород в шлифах под микроскопом.

Микроскопическое исследование пород в шлифах является наиболее распространенным и универсальным методом изучения осадочных горных пород. Изучение шлифов осадочной породы позволяет определять и описывать два важнейших показателя -- минеральный состав породы (эта задача существенно осложняется лишь для очень тонкодисперсных глинистых пород, о чем будет сказано в соответствующих разделах) и ее структуру, а иногда и текстуру.

Каждая порода требует и своего своеобразного изучения, и описания, которые будут рассмотрены при характеристике конкретных пород.

Рисунок 9. Содержание обломочного материала в породе

В общем виде, структурно, т.е. по своему строению, каждая осадочная порода состоит из двух составных частей -- форменных элементов и связующей их массы.

Каждая из структурных частей имеет свое происхождение. Так, форменные элементы могут быть обломочными (зерна кварца, полевых шпатов, вулканогенный материал), органогенными (скелетные остатки организмов и их обломки) или биохемогенными (оолиты и т.д.). Связующая масса часто имеет хемогенное происхождение, однако может быть и аллотигенной, таковы, например, в массе своей глинистые цементы обломочных пород.

Задача описания осадочной горной породы и состоит в характеристике ее основных составных -- структурных и генетических -- частей и их взаимоотношений друг с другом.

5.1 Общая примерная схема изучения и описания шлифа

1. Общее название породы.

Дается по основному минеральному составу или, для обломочных пород, -- по структуре. То есть сначала надо в самом общем виде назвать породу -- известняк, ангидрит (по минеральному составу); алевролит, гравелит (по структуре) и т.д.

2. Описание форменных элементов.

2.1 Описание обломочной части.

2.1.1 Наличие или отсутствие обломочной части.

2.1.2 Содержание обломочной части в процентах от площади шлифа.

2.1.3 Характер распределения обломков в породе.

2.1.4 Структура обломочной части (размер, форма обломков, степень отсортированности).

2.1.5 Минеральный состав обломков.

2.2 Описание органических остатков.

2.2.1 Наличие или отсутствие органических остатков.

2.2.2 Количество их в процентах.

2.2.3 Характер распространения в породе.

2.2.4 Групповой состав организмов.

2.2.5 Степень сохранности органических остатков.

2.3 Описание форменных элементов необломочной природы (оолитов, углистых включения и т.д.).

2.3.1 Наличие или отсутствие таких форменных элементов.

2.3.2 Количество элементов в породе.

2.3.3 Тип форменных элементов.

2.3.4 Количество их в процентах.

2.3.5 Характер распределения в породе.

3. Описание хемогенной, в том числе цементирующей части.

3.1 Наличие или отсутствие хемогенной части.

3.2 Количество хемогенной части в породе.

3.3 Характер распределения в породе.

3.4 Минеральный состав.

3.5 Структура, в случае цемента -- его тип.

4. Описание микротекстуры породы.

4.1 Наличие и отсутствие микротекстуры.

4.2 Виды микротекстуры и их характеристика.

5. Описание вторичных изменений.

5.1 Наличие или отсутствие вторичных изменений.

5.2 Форма и масштабы проявления.

6. Описание пустотного пространства.

6.1 Наличие или отсутствие пустот.

6.2 Формы проявления -- поры, каверны, трещины и т.д.

6.3 Характеристика пустот -- размеры, форма, связанность, количество, распределение по площади шлифа и т.д.

7. Развернутое название породы и выводы об условиях ее образования.



5.2 Особенности петрографического изучения песчано-алевритовых отложений

При изучении песчаных и алевритовых пород применяют уже иные методы, чем при исследовании грубообломочных отложений. Значительно меньший размер зерен, слагающих песчано-алевритовые породы, резко увеличивает значение камеральных приемов. Чтобы полно охарактеризовать особенности и свойства этих пород, необходимо провести следующий комплекс исследований: а) определить структуру породы; б) установить вещественный (минералогический) состав ее; в) изучить форму и характер зерен обломочного материала; г) изучить цемент (его состав, количество, тип и другие признаки) и дать характеристику минеральным. новообразованиям; д) определить пористость породы; е) отметить цвет породы и по возможности установить причины, его обусловливающие; ж) описать текстурные признаки породы; з) определить включения органических остатков.

Остановимся более подробно на каждом из перечисленных пунктов. При полевых наблюдениях размер зерен песков и слабо сцементированных песчаников можно довольно точно определить, пользуясь обычной бумагой-миллиметровкой. Но таким образом можно установить лишь наличие зерен той или иной величины, количественные же соотношения фракций определяются на глаз. Для прочно сцементированных пород макроскопически установить структуру можно или в крупнозернистых разностях, или в образцах, где терригенный материал более или менее резко отличается от цемента (по твердости, цвету). В тонких разностях выяснить структуру значительно сложнее и в ряде случаев приходится прибегать к сопоставлениям с ранее изученными образцами однотипных пород.

В камеральных условиях структура породы обычно определяется гранулометрическим анализом. Однако этот метод дает хорошие результаты лишь для рыхлых пород и для песчаников и алевролитов с хорошо растворимым цементом. У песчаников и алевролитов с нерастворимым цементом гранулометрический состав изучается в шлифах под микроскопом с окулярмикрометром. Степень отсортированности песков и песчаников при детальном исследовании гранулометрического состава выражается в количественном содержании каждой фракции. Хорошо отсортированный песок, песчаник или алевролит содержит одну из образующих его фракций в количестве более 50%; в плохо сортированных породах -- несколько фракций и ни одна из них не достигает 50%.

При описании минералогического состава песчаных пород нужно строго разграничивать состав обломочной части и цемента. Обычно основное название породы дается по составу обломочного материала.

При макроскопическом изучении пород трудно точно выяснить полный минералогический состав слагающих их зерен. В редких случаях состав песков или песчаников можно установить по цвету (гранатовые пески).

Легко определить преобладание в породе кварца, однако и здесь могут быть ошибки, так как нередко полевые шпаты путают с кварцем.

Рисунок 10

Наличие не железистых рубашек или пленок и иных темных налетов на обломочном материале значительно затрудняет полевое описание. Наиболее полное минералогическое изучение производится в иммерсионных препаратах. Петрографический состав обломков пород определяется в шлифах. При микроскопических исследованиях составные части песчаных пород по своему количеству могут быть разбиты на три группы: главную составную часть, определяющую основной характер породы; примесь, в процентном отношении незначительную (1--10%), но легко заметную (иногда даже макроскопически), и редко встречающиеся минералы, содержащиеся в ничтожном количестве (десятые и сотые доли процента каждый или 0,5--2% вместе взятые). Редко встречающиеся минералы обычно в шлифах не обнаруживаются.

При описании шлифов или иммерсионных препаратов под микроскопом необходимо отмечать степень выветрелости зерен различных минералов, а также следы их вторичных изменений и механического воздействия на них. Важно производить по возможности детальные видовые определения минералов, в частности полевых шпатов, роговых обманок, пироксенов и т. д., а также обломков пород.

При описании особенностей зерен того или иного минерала и особенно кварца следует учитывать и наличие в них трещиноватости. включений пузырьков газа, воздуха и мельчайших кристаллов акцессорных минералов; отмечают и характер угасания. Одновременно в шлифах или иммерсионных препаратах обычно производят подсчет процентного содержания терригенных минералов и обломков пород.

При полевом описании наблюдения над формой зерен могут быть сделаны лишь в редких случаях -- в более грубозернистых и не сцементированных разностях. Макроскопически хорошо заметна резко угловатая форма зерен в туфогенных и туффитовых песчаниках.

В шлифах форма зерен определяется точнее. Здесь имеется возможность точно фиксировать, какие терригенные обломки в зависимости от размера и их состава обладают той или иной формой. Но и в шлифах. поскольку каждое зерно в нем наблюдается только в одном разрезе, не дающем представления о его форме в целом, не всегда можно правильно охарактеризовать степень окатанности обломочного материала.

Более точные результаты получаются при определении формы зерен под бинокулярной лупой; последнюю особо удобно применять для изучения песков или легко дезинтегрируемых песчаников. Однако использование бинокулярной лупы, в силу оптических свойств прибора, ограничивается определенной размерностью фракций, а именно фракцией с размером больше 0,25 мм; форму зерен более мелких фракций определяют под микроскопом. При изучении материала под бинокулярной лупой на стекло равномерно насыпают в один слой исследуемую фракцию и подсчитывают количество зерен по указанным выше группам. При изучении формы мелких зерен пользуются имерсионными препаратами. Макроскопически в полевых условиях можно довольно точно определить состав цемента по реакции пород с HCl, по размоканию породы в воде, по цвету, по характерному излому и т. д. (М. С. Швецов, 1948, стр. 222). Однако все эти определения необходимо проверять при камеральной обработке материала, изучая цемент в шлифах. Отдельные, трудно определимые составные компоненты можно исследовать также в иммерсии. [5]

При изучении характера цементации очень важным является выделение первичного и вторичного цемента, выяснение последовательности выделения разнообразных новообразований во время цементации песчаников, а также нахождение реликтов прежних типов цемента.

В непосредственной связи с цементацией песчаников находится крепость и пористость этих пород. Крепость или прочность породы часто смешивают с ее твердостью. Твердость определяется минеральным составом зерен и цемента. Крепость же породы, на которую, безусловно, влияют и свойства слагающих ее минералов, прежде всего обусловливается типом ее цементации и сохранностью цемента. Ориентировочно и условно ее следует определять в поле (крошится порода, не крошится, как она раскалывается). Точное определение крепости путем лабораторных исследований производится лишь при специальных исследованиях.

Рисунок 11

Изучение песчаников в шлифах обычно позволяет довольно точно говорить и о причине той или иной степени крепости породы.

Пористость пород обычно определяется методом пропитывания керосином (И. А. Преображенский, 1931, 1932). Структура порового пространства изучается под микроскопом в шлифах образцов, пропитанных бакелитом (П. П. Авдусин и М. А. Цветкова, 1938).

В тесной связи с минералогическим составом терригенной части породы и с составом цемента обычно находится цвет песчаников. Цвет определяется макроскопически в основном при полевых исследованиях. При описании цвета необходимо отмечать степень его постоянства, характер возможных изменений его от кровли к подошве слоя. В случае пятнистой окраски, которая нередко наблюдается среди пестроцветных осадков, необходимо отметить основной тон породы и цвет пятен. Иногда применяют лабораторные методы определения цвета (см. ч. II). Изучение породы в шлифах позволяет более точно установить причину той или иной окраски.

Существенным разделом изучения песчаников и алевролитов является изучение их текстуры, т. е. прежде всего их слоистости. Эта работа целиком производится в полевых условиях.

Органические остатки в породах являются чрезвычайно важным компонентом для разнообразных выводов об условиях образования пород.

Рисунок 12

Поэтому при полевых наблюдениях необходимо тщательно фиксировать в песчаниках и алевролитах присутствие растительных остатков и остатков фауны. Важно отмечать характер сохранности остатков фауны и флоры, их размеры, распределение и расположение в породе и для хорошо сохранившихся форм положение раковин по отношению к плоскости наслоения. Если имеется возможность, то в полевых и особенно детально в камеральных условиях ведется определение органических остатков до родов и видов и производится относительный подсчет различных видов. В шлифах эти наблюдения дополняются выявлением степени изменения (углефикации) растительных остатков, разрушения и перекристаллизации обломков раковин и пр.

Помимо перечисленного, в полевых и камеральных условиях ведутся наблюдения над всевозможными включениями в породах -- конкрециями, секрециями, жилками, рассекающими породу, различными кристаллическими сростками. Описываются их структурные и текстурные признаки, размеры, расположение в породе, взаимоотношения с ней. Детально состав включений и их структура изучается уже в шлифах. Мелкие минеральные новообразования, присутствующие в песчаниках и алевролитах в виде зерен, тонкорассеянных выделений (иногда как продукт разложения терригенных зерен) и в виде цемента, исследуются в основном в шлифах.

Наряду с минералого-петрографическим изучением песчаников и алевритов, их необходимо исследовать также химически.

Заключение

Поставленная цель была достигнута, и задачи были решены. В этой работе я рассмотрел основные виды осадочных пород и их изучение в лабораторных и полевых условиях.

Были исследованы основные типы лабораторных исследований. Так же были подробно описаны каждый из этих способов.



Список литературы

1. Мильничук В.С. Общая геология/ Мильничук В.С., Арабаджи М.С. - М.: Недра, 1979, стр. 408

2. Чарыгин М.М. Общая и историческая геология/ Чарыгин М.М., Васильев Ю.М. - М.: Недра, 1968, стр. 448

3. Якушова А. Ф. Общая геология/ Якушова А. Ф., Горшков Г.П. - М.: МГУ, 1973, стр. 589

4. Кузнецов В.Г. К89 Литология. Осадочные горные породы и их изучение: Учеб. пособие для вузов. -- M.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 2007. -- 511 е.: ил.ISBN 978-5-8365-0278-2

Размещено на Allbest.ru