А) Происхождение и классификация горных пород

По своему происхождению (генезису) горные породы подразде­ляются на три класса: магматические (изверженные), осадочные и метаморфические.

Магматические горные породыобразуются при застывании при­родных силикатных растворов сложного состава (магм, лав). Они слагают более 60 % объема земной коры.

В зависимости от условий, в которых происходит застывание магмы, магматические горные породы делятся на две группы: инт­рузивные и эффузивные.

Интрузивные, или глубинные, горные породы образуются при застывании магмы, внедрившейся в земную кору. Они подразделя­ются на собственно глубинные (абиссальные), образовавшиеся из магмы на больших глубинах (3-5 км и более), и полуглубинные (гипабиссальные), образовавшиеся при застывании магмы вблизи земной поверхности (на глубинах до 2-3 км).

На больших глубинах господствует высокое давление, препят­ствующее отделению летучих компонентов (газов, паров воды). Застывание магмы происходит очень медленно из-за плохой теп­лопроводности вмещающих магму пород. Такие условия способ­ствуют лучшему росту кристаллов. Поэтому структура глубинных пород полнокристаллическая (породы полностью состоят из зерен, входящих в них минералов, плотно прилегающих друг к другу), равномернозернистая.

В зависимости от величины зерен полнокристаллические поро­ды могут иметь структуру крупнозернистую (зерна более 5 мм в поперечнике), среднезернистую (5-2 мм) и мелкозернистую (менее 2 мм). Если зерна не различимы простым глазом, структуру назы­вают скрытокристаллической.

Для глубинных пород характерна крупно-, реже среднезернистая структура. Текстура их плотная, массивная (однородная). На небольших глубинах магма застывает быстрее, поэтому условия кристаллизации менее благоприятны.

Структура полуглубинных пород может быть средне- или мел­козернистой. Особенно характерна для них порфировидная струк­тура, представляющая собой вкрапления крупных зерен одного минерала в общую мелкозернистую массу. Возникает порфировид­ная структура следующим образом: при движении магмы на боль­ших глубинах в ней успевают выкристаллизоваться отдельные ми­нералы. Оставшаяся масса, достигая небольших глубин, быстро застывает, превращаясь в мелкозернистую массу.

Если магма, поднимаясь по тектоническим трещинам или через жерла вулкана, достигает земной поверхности и изливается в виде лавы, которая быстро остывает, то образуются эффузивные, или излившиеся, горные породы. Быстрое снижение температуры и дав­ления, потеря уходящих в атмосферу газов и паров воды приводят к тому, что расплав не успевает раскристаллизоваться полностью и затвердевает в виде аморфного вулканического стекла или в фор­ме агрегата очень тонких зерен.

Структура эффузивных пород может быть стекловатой (аморф­ной, лишенной зернистости), скрытокристаллической (кристаллы различимы только под микроскопом) и порфировой. Последняя возникает при медленном подъеме магмы с больших глубин к зем­ной поверхности.

В порфировой структуре достаточно крупные зерна отдельных минералов (вкрапленники) выделяются на фоне основной скрыто­кристаллической или стекловатой массы.

Текстура эффузивных пород пористая, обусловленная выделе­нием газов из застывающей лавы. Интрузивные и эффузивные породы отличаются не только тек­стурой, но и формами залегания. Интрузивные породы залегают в виде батолитов, штоков, лакколитов, жил; для эффу­зивных пород характерны купола, покровы, потоки.

Батолиты - наиболее крупные магматические тела неправиль­ных очертаний с круто опускающимися неровными краями. По­степенно расширяясь, батолит уходит своим основанием на большую глубину. Обнажаются бато­литы на поверхности земли лишь после разрушения и сноса покры­вающих их горных пород. Пло­щадь выхода батолитов на поверх­ность очень большая и часто изме­ряется десятками и сотнями тысяч квадратных километров.

Штоки — ответвления от бато­литов, имеющие сравнительно не­большие размеры и неправильную форму, приближающуюся к ци­линдрической (диаметр 10-15 км).

Лакколиты - грибообразные или караваеобразные магматиче­ские тела, образовавшиеся на не­большой глубине при внедрении магмы в толщу осадочных пород. После разрушения и сноса вышележащих пород лакколиты выходят на поверхность в виде невысоких, округлой формы гор. Примерами типичных лак­колитов являются горы Развилка, Верблюд в районе Пятигорска и Аю-Даг в Крыму.

Жилы - пластинообразные геологические тела, образовавшиеся в результате осаждения минерального вещества или остывания магмы в трещинах земной коры. В трещины из глубоких недр мо­гут проникать расплавленные магматические массы, водяные пары и различные газы или горячие водные растворы. В соответствии с этим жилы разделяют на пегматитовые, пневматолитовые и гид­ротермальные. Пегматитовые образуются в результате заполнения трещин минералами, которые выделились при остывании магмы, обога­щенной летучими компонентами (парами воды, газами). Пневматолитовые возникают, когда процесс минералообразования происходит из летучих соединений, выделившихся из магмы и поступающих в трещины земной коры. Гидротермальные образуются при заполнении трещин минера­лами, выпавшими в осадок из горячих водных растворов.

В жилах встречается большое количество минералов. Многие из них имеют практическое значение: их используют в качестве полезных ископаемых.

В пегматитовых жилах содержатся кварц, полевые шпаты, слю­да, горный хрусталь, драгоценные камни (топаз, берилл, изумруд), а также минералы, содержащие радиоактивные и редкоземельные элементы.

В пневматолитовых жилах содержатся, например, топаз, флю­орит, вольфрамит, молибденит.

С гидротермальными жилами связаны месторождения рудных минералов: галенита, сфалерита, халькопирита, а также золота, серебра.

Купола - сводообразные слоистые формы, образованные зас­тывшей лавой.

Покровы образуются при излиянии из трещин земной коры боль­шого количества жидкой лавы (обычно базальтовой). Только в Восточной Сибири площадь лавовых покровов достигает 1 млн. км².

б) Осадочные горные породы

Осадочные породы формируются в поверхностных частях зем­ной коры при разрушении ранее образованных пород и последую­щем механическом и химическом отложениях продуктов этого раз­рушения, а также благодаря жизнедеятельности или отмиранию организмов.

В целом осадочные породы занимают скромное место в земной коре, составляя около 8 % ее объема. Мощность осадочных пород колеблется от нескольких метров до 15-20 км в областях прогибов и геосинклиналей. Для большинства осадочных пород свойствен­на слоистая текстура - результат длительного накопления осадков.

Осадочные горные породы подразделяются на три группы: об­ломочные, хемогенные и органогенные.

Обломочные породыобразуются в результате механического разрушения существовавших ранее горных пород, переноса и на­копления обломков. Важной отличительной особенностью обло­мочных пород является размер обломков. По этому признаку различают: грубообломочные породы, со­стоящие из обломков диаметром более 2 мм (глыбы, щебень, дрес­ва, валуны, галька, гравий); среднеобломочные диаметром 2 - 0,1 мм (пески); мелкообломочные, или пылеватые, диаметром 0,1-0,01 мм (лёсс, супеси, суглинки); тонкообломочные породы, диаметром частиц менее 0,01 мм (глинистые породы).

Все обломочные породы подразделяются в зависимости от на­личия или отсутствия цемента на рыхлые и сцементированные.

Вид природного цемента соответствует его минеральному со­ставу. Он может быть кремнистым (кварц, халцедон, опал), известковистым (кальцит, доломит), глинистым и др. Глинистый цемент непрочен, размокает в воде.

Глыбы - скопления угловатых обломков в поперечнике более 100 мм.

Щебень - остроугольные обломки в поперечнике от 10 до 100 мм.

Дресва - угловатые обломки в поперечнике от 2 до 10 мм.

Валуны - окатанные водой или отполированные ледником об­ломки диаметром более 100 мм (рис. 18). Образуются в результате переноса ледниками, реками и т. д.

Гальки - окатанные и отшлифованные обломки овальной, ша­рообразной или яйцевидной формы диаметром 10-100 мм. Окатанность им придают текучие воды, морские или озерные прибреж­ные волны. Морская галька имеет более плоскую форму, чем реч­ная.

Галечник - скопление галек, промежутки между которыми за­полнены более мелкими обломками, например песком.

Гравий - окатанные водой обломки диаметром 2-10 мм. Ис­пользуется в качестве заполнителя бетона и дорожном строитель­стве.

Сцементированные угловатые обломки размером более 10 мм в поперечнике называют брекчией, а породы, представляющие собой сцементированную гальку или гравий, - конгломератами.

Пески в зависимости от диаметра зерен делятся да грубозернис­тые (1-2 мм), крупнозернистые (1-0,5 мм), среднезернистые (0,5-0,25 мм) и мелкозернистые (0,25-0,1 мм).

Минеральный состав песков может быть различным, но глав­ную роль среди составляющих их компонентов обычно играет кварц, так как он очень устойчив к химическим воздействиям.

Название песку дается по преобладающему в нем минералу. Кроме кварцевых широко распространены глауконитовые, поле­вошпатовые пески, а также смешанные их разновидности - кварц-полевошпатовые, кварц-глауконитовые.

Окраска песков зависит от цвета минералов. Кварцевые пески белые или светло-серые, глауконитовые - зеленые, полевошпато­вые - желтые, розовые и др.

По происхождению различают пески речные, озерные, морские, водно-ледниковые, эоловые.

Пески распространены повсеместно. Используются при произ­водстве бетона, строительных растворов, силикатных изделий, до­рожном строительстве. Кроме того, кварцевые пески и песчаники служат сырьем для стекольной и фарфоро-фаянсовой промышлен­ности.

Супеси - породы, состоящие из песчаного и пылеватого. матери­ала (90-70%) и глинистых частиц (10-30%).

Суглинки - породы, состоящие из глинистых частиц (30-50 %) и песка (70-50%). Суглинки ледникового происхождения также со­держат крупные обломки и даже валуны. В этом случае их называ­ют валунными суглинками.

Глины состоят из частиц диаметром менее 0,01 мм, из них свыше 30% частиц

диаметром меньше 0,001 мм. Они являются самыми распространенными среди осадочных пород.

В состав глин входят минералы: каолинит, монтмориллонит, галлуазит, гидрослюды, а также кварц, халцедон, опал, гидроксиды железа и др. В зависимости от минерального состава выделяют каолинитовые, галлуазитовые, монтмориллонитовые и другие глины. Глины имеют различный цвет в зависимости от слагающих их ми­нералов и примесей.

Каолинитовые и галлуазитовые глины без посторонних приме­сей обладают белым цветом. Монтмориллонитовая глина может быть белой, серой, черной, красноватой, зеленой. Красно-бурый цвет глин обусловлен примесью гидроксидов железа, зеленый - присутствием глауконита, черный, темно-коричневый цвета при­дают глинам органические соединения (углистое вещество).

Важными свойствами глин являются влагоемкость, водоне­проницаемость, огнеупорность. Во влажном состоянии глины пла­стичны. В зависимости от состава глинистые породы имеют различное применение. Каолинитовые глины - ценное сырье для производ­ства фарфора и фаянса. Гидрослюдистые глины используют для производства кирпича, черепицы, а жаростойкие их разновидно­сти - для изготовления высококачественных плиток, труб, огне­упорных строительных материалов. Монтмориллонитовые глины благодаря их способности впитывать жиры и некоторые другие ве­щества используют для отбеливания и обезжиривания сукна, очис­тки нефти.

Хемогенные и органогенные породы.Большинство этих пород образуется в водной среде.

Хемогенные породы образуются при выпадении осадков из ра­створов, органогенные - в результате жизнедеятельности организ­мов или скопления их неразложившихся остатков.

Осадки в процессе последующего сложного преобразования (диагенеза) превращаются в горные породы химического и орга­нического происхождения. Многие породы этой группы имеют сме­шанное (биохимическое) происхождение, поэтому их целесообраз­но рассматривать одновременно.

Классификация хемогенных и органогенных пород основана на их химическом составе, в соответствии с которым они подразделя­ются на группы карбонатных, кремнистых, сульфатных, галоид­ных, железистых, углеродистых (каустобиолитов) и др.

Карбонатные породыочень широко распространены. К ним от­носятся известняки, доломиты, мергели и др.

Известняки состоят из минерала кальцита или кальцитовых ске­летов остатков организмов. Часто включают примеси минерала доломита, глинистых и песчаных частиц.

Известняки легко вскипают с соляной кислотой. Они обычно белого, светло-желтого или светло-серого цвета.

По происхождению известняки бывают хемогенные и органо­генные.

Органогенные известняки состоят их раковин моллюсков, ос­татков морских лилий, кораллов.

В зависимости от преобладания остатков тех или иных орга­низмов известняки называют коралловыми, брахиоподовыми, во­дорослевыми и др. Известняк, сплошь состоящий из сцементированных це­лых раковин моллюсков, называют известняк-ракушечник.

Мергель - известняково-глинистая порода, состоящая из каль­цита и глинистых частиц (30-50%). Окраска обычно светлая, желтоватая, зеленоватая или сероватая. Образуется в морях и озерах. Мергель используют для производства цемента, как стро­ительный материал. Широко распространен, встречается во всех геологических системах, начиная с протерозоя.

Углеродистые породы, или каустобиолиты,включают горючие породы органического состава и органического происхождения. Они бывают твердыми (торф, бурый уголь, каменный уголь, ант­рацит), жидкими (нефть) и газообразными (природные газы).

Торф состоит из не полностью перегнивших растительных ос­татков. Цвет от желтовато-бурого до черно-серого. Это рыхлая, землистая, иногда волокнистая порода. В зависимости от преоб­ладания растительных остатков различают торф сфагновый, осо­ковый и тростниковый. Образуется торф в процессе естественного отмирания и неполного разложения болотных растений в услови­ях избыточного увлажнения и недостаточного доступа кислорода. Торф используют как топливо, удобрение, химическое сырье (для

получения уксусной кислоты, спирта, воска), в строительстве (для изготовления теплоизоляционных плит).

Ископаемые угли образовались из растительных остатков преж­них геологических эпох. Исходным материалом для образования угля служила оторфованная масса, которая длительное время без доступа кислорода и под давлением обугливалась. При этом рас­тительная ткань разрушалась и накапливался углерод. В зависи­мости от степени обугливания среди ископаемых углей различают бурый уголь, каменный уголь и антрацит.

Бурый уголь представляет собой переходную форму от торфа к каменному углю. Содержание углерода в буром угле не превышает 70 %. Цвет бурый или черный. Под действием высокой температу­ры и давления бурый уголь превращается в каменный и антрацит.

Каменные угли представляют из себя породу от темно-серого до черного цвета, плотно сложенную, с жирным или полуметалличе­ским блеском. Содержание углерода до 82-95%.

Самым высококачественным углем является антрацит - про­дукт наиболее глубокой стадии преобразования растительных ос­татков. Антрацит - плотная блестящая порода с полуметаллическим блеском и раковистым изломом. Содержание углерода до 95 %.

Ископаемые угли используют в качестве топлива и как важное сырье для химической промышленности.

Нефть - маслянистая жидкость от темно-бурого до черного цвета, реже бесцветная. В состав нефти входят углерод, водород, а также в небольшом количестве азот, кислород, сера и другие эле­менты. Плотность 0,75-1.

Нефть заполняет мельчайшие трещинки и пустоты в земной коре, легко перемещается по ним. Накапливается в рыхлых и трещино­ватых породах - песках, мергелях, известняках.

Вопрос о происхождении нефти до сих пор окончательно не ре­шен. Большинство ученых считают, что нефть органического про­исхождения. Нефть применяют для производства бензина, кероси­на, масел, мазута, толуола (взрывчатка), вазелина.