Практическое занятие № 1

Определение осадочных горных пород, структура и текстура, вещественный состав

Цель занятия: индентификация осадочных горных пород по их внешним признакам и определение их структур и текстур

Средства обучения: коллекционный набор осадочных горных пород, лупы 4-х и 7-ми кратные, 5 -10 % раствор соляной кислоты ( НCl), пипетки, линейки, графики, схемы, чертежи, таблицы, плакаты, компьютер.

Подготовка студентов к занятию:

Пререквизиты занятия. Для целенаправленного и успешного выполнения лабораторной работы 6 студент должен иметь представление об основах общей геологии, понимать и объяснять следующие понятия и термины: горные породы, их классификация, осадочные горные породы, их генезис, вещественный состав, структуры и текстуры осадочных горных пород

Пояснение к выполнению работ:

Горные породы - это природные минеральные ассоциации (агрегаты), состоящие из преимущественно одного или нескольких минералов, образованные в результате различных физико-химических процессов в земной коре и на ее поверхности (на суше или в водной среде) и слагающие значительные участки земной коры.

Горные породы характеризуются определенной формой залегания. Им свойственно относительное постоянство химического и минералогического состава, а также строения (текстуры и структуры). Под структурой понимают особенность внутреннего строения горной породы, связанной со степенью ее кристалличности, абсолютными и относительными размерами минеральных зерен (кристаллов) или их обломков, слагающих породу, их формой и взаимоотношениями (например, полнокристаллическая, неполнокристаллическая, стекловатая или грубозернистая, крупнозернистая, среднезернистая, игольчатая, волокнистая структура). Текстура горной породы- это особенность внешнего ее строения, определяемая характером размещения минеральных зерен (или обломков кристаллов), их ориентировкой и окраской (например, выделяют плотную, пористую, флюидальную, пятнистую, слоистую, миндалекаменную и др. текстуры).

По условиям и способу образования все горные породы объединяются в соответствующие группы, а именно магматические (изверженные), осадочные и метаморфические.

В данной практической работе предполагается изучение осадочных горных пород, образующихся на поверхности земной коры (в водной среде или на суше) из продуктов разрушения ранее образованных различного типа горных пород, а также из химических и органогенных осадков. Осадочные горные породы покрывают большую часть (70-75%) поверхности земной коры, но общая масса их составляет всего 10-15 %. Хозяйственное значение осадочных горных пород очень велико. Они служат (также как и другие группы пород) исходным материалом для образования почв, с ними связаны важные полезные ископаемые - железные и алюминиевые руды, нефть и природный газ, ископаемые угли, фосфориты, минеральные соли и пр. Практически все осадочные горные породы (пески, суглинки, гравий, глины, известняки и др. широко применяются в строительстве и в других отраслях хозяйства. Наука непосредственно об осадочных горных породах называется литологией.

Осадочные горные породы довольно резко отличаются друг от друга в зависимости от условий их образования. По этому признаку, а также по размеру слагающих их частиц все осадочные породы разделяются на классы (Рухин Л.Б.): обломочные (терригенные или кластические) , химические (хемогенные) и органогенные. По величине обломков терригенные горные породы делятся на грубообломочные (псефиты), песчаные (псаммиты), алевриты и пелиты. Среди них выделяют рыхлые породы и сцементированные породы.

Псефиты: 1) рыхлые, с окатанными обломками- валуны (размер обломков 200 и более мм), галечники (200 – 10 мм), гравий (10-2мм); 2) рыхлые с неокатанными обломками соответственно – глыбы, щебень, дресва; 3) сцементированные : а) обломки окатанные различных размеров – конгломераты, б) обломки неокатанные различных размеров – брекчии (следует отметить, что кроме осадочных выделяют брекчии тектонические, образованные в результате дробления различных пород в зонах тектонических нарушений, а также эруптивные брекчии, возникающие в ходе формирования магматических пород и др.).

Псаммиты объединяют горные породы с размером частиц от 0,1 до 2 мм, рыхлые – пески, сцементированные – песчаники. По величине зерна они подразделяются на грубозернистые (2-1 мм), крупнозернистые (1-0,5 мм), среднезернистые (0,5-0,25 мм), мелкозернистые (0,25-0,1 мм). Псаммиты могут состоять главным образом из обломков одного минерала (кварц или глауконит или полевой шпат и др.) и называются олигомиктовыми , а также полимиктовыми, состоящими из обломков многих минералов (кварц, слюда, глауконит, гранат и пр.).

Карбонатность ( известковистость) псаммитов устанавливается при смачивании породы 5-10 % составом НCl. В случае даже небольшого количества извести на поверхности псаммитов от капли НCl будет наблюдаться «вскипание» (выделяются пузырьки углекислого газа).

При описании песчаников отмечают цвет, структуру и текстуру породы, характер и состав цемента, степень прочности, плотность и пористость, однородность или неоднородность цемента, степень окатанности зерен, минеральный состав (с применением различных луп разного увеличения). Наблюдения проводятся обязательно на свежем сколе.

По относительной величине обломков псаммиты разделяются на равномернозернистые (сортированные) и разнозернистые.

По минеральному составу выделяют: 1) кварцевые пески и песчаники ( главный компонент- кварц, примеси: полевые шпаты, глауконит, слюды и др.); цемент кремнистый, глинистый, известковистый, глинисто-известковистый, железистый, фосфоритовый и др. ( по составу цемента песчаники могут называться известковистыми, железистыми, кремнистыми и пр.); 2) магнетитовые и гранатовые пески и песчаники; 3) железистые пески и песчаники; пески состоят, к примеру из кварца, покрытого корочками бурого минерала гетита или лимонита; 3) аркозовые пески и песчаники ( главные компоненты кварц, полевой шпат и темный минерал- биотит, роговая обманка, пироксен; образуются за счет разрушения пород кислого состава, в основном гранитов); 4) граувакки- темноокрашенные, зелено-бурые, зелено-серые обломочные породы, состоящие из зерен в основном изверженных пород основного состава (устаревший термин).

Пример макроскопического описания псаммита. Образец плотной горной породы зеленовато-серого цвета, которая состоит из зерен кварца размером 0,3-0,5 мм. Кроме кварца наблюдается большое количество зерен глауконита размером около 0,3 мм, придающие породе зеленоватую окраску. Просматриваются также обломки слюды. При действии НCl отмечается слабое « вскипание» породы, очевидно от наличия небольшого количества извести в ее цементе. Все эти диагностические признаки позволяют определить исследуемую породу как песчаник зеленовато-серый, среднезернистый, полимиктовый (кварцево- глауконитовый), слабоизвестковистый.

Алевриты. С глинистыми породами (пелитами) псаммиты связаны породами переходного характера – алевритами (рыхлые) и алевролитами (сцементированные). Они слагаются частицами размером от 0,1 до 0,01 мм. К алевритам относятся лесс, лессовидные суглинки, некоторые супеси и суглинки. У алевролитов состав цемента такой же, как и у песчаников. Среди алевролитов можно выделить: 1) разности с хорошо отсортированным составным материалом, состоящим преимущественно из пылеватых или алевритовых частиц; 2) алевролиты, представляющие собой по механическому составу смесь песчаных, алевритовых и глинистых частиц.

Глинистые породы (пелиты). Измельчение минеральных частиц до размеров менее 0,01 мм, происходящее в процессе физического перетирания и химического разложения, приводит к образованию обширной группы горных пород, называемых пелитами или физическими глинами. Среди них различают остаточные и переотложенные разности. Первые представляют собой материал, получающийся при выветривании различных материнских (первичных) пород и который в некоторых случаях остается на месте разрушения (элювий). Образуется кора выветривания, которая может состоять из различных глин, в т.ч. из каолинов (каолинитов) и содержать латеритные бокситы, хром - никелевые вторичные минералы и др.

Каолины – «белые» хемогенные глины, сложенные частицами минерала каолинита, обладающие большой чистотой и высокой пластичностью, как правило, светлого, белого цвета (если не загрязнены соединениями железа и марганца и др.). Первичные каолины содержат зерна кварца, листочки слюды и др. минералов, входящих в материнскую породу. Наиболее «чистые» каолины - это переотложенные разности, залежи которых образуются при размыве коры выветривания(элювиальных образований).

В коре выветривания могут формироваться специфические породы – бокситы. Это довольно плотные, красновато-серого, буровато-красного, реже серого цвета породы, состоящие преимущественно из гидратов оксида алюминия

(Al₂ O₃ * H₂ O и Al₂ O₃ * 3H₂ O), часто с примесью гидрооксидов железа, с обломочной и оолитовой структурой (важнейшее сырье на алюминий).

В общем плане глина – это землистая горная порода самого разнообразного цвета, дающая с водой пластичную массу, твердеющую при высыхании, а при обжиге приобретающую твердость камня (по М.С. Швецову, 1979 г.). Наиболее типичные физические свойства глин: а) пластичность, т.е. способность под давлением принимать любую форму и сохранять ее после прекращения давления, не подвергаясь разрушению; при сильном высушивании или прокаливании пластичность исчезает; б) способность поглощать большое количество воды при размокании (гигроскопичность), отчего происходит разбухание глин; в) водоупорность (после полного насыщения водой); г) способность поглощать некоторые коллоидальные и красящие вещества, масла, основания из солей и пр. (сорбционность); д) огнеупорность – способность противостоять без плавления действию высоких температур.

Чистые глины называют жирными, а со значительной примесью песка – тощими.

Внешние признаки глины при ее описании: а) цвет (при указании сухого или влажного состояния породы), б) пластичность (глина бывает жирная, пластичная, сухая и песчанистая), в) характер примесей, часто обуславливающий окраску (глина бывает углистая – темная, почти черная; битуминозная – темного цвета и с битуминозным запахом, при интенсивном насыщении оставляющая жирное пятно на бумаге и т.д.); г) текстура (листовая, плойчатая и др.); д) растительные остатки и окаменелости.

Аргиллиты – более твердые, чем глины, сцементированные в основном кремнеземом, массивные, неслоистые и несланцеватые глинистые породы, не обладающие пластичностью и вязкостью. Окраска их обычно темная, излом ровный, матовый или раковистый.

Глинистые сланцы. Сланцеватые, тонкоплитчатые глинистые породы, менее плотные, чем аргиллиты. Они легко раскалываются на пластинки разной толщины по плоскостям слоистости или сланцеватости, иногда с шелковистым блеском. Цвет - от светло-серого до черного, от примесей бывают фиолетово-красными, зеленовато-серыми и др. Глинистые сланцы со значительным количеством обугленных растительных остатков называются углистыми, а с большим содержанием битумов – битуминозными или горючими.

Следует отметить, что между псаммитами и глинистыми породами существуют переходные разности, например, супесь (глинистых частиц 10-30 %), суглинок (30-50% глинистых частиц).

Породы химического и органогенного происхождения. В результате различных химических процессов, а также жизнедеятельности животных и растительных организмов как в водной среде , так и на суше возникают хемогенные и органогенные горные породы, часто связанные между собой множеством взаимных переходов, что затрудняет во многом определение их генезиса. Наиболее удобная их классификация по химическому составу. Выделяют карбонатные, кремнистые, сернокислые и галоидные, железистые, фосфатные, углеродистые (каустобиолиты) породы.

Карбонатные породы. Среди данных пород наиболее широко распространены известняки – образования, состоящие главным образом из кальцита с примесью глины, песка и др. При увеличении количества глинистых частиц (до 30%) известняки переходят в мергели, а при увеличении количества песка – в песчанистые известняки и известковистые песчаники. При определении известняков лучше всего применять реакцию с НCl (бурное «вскипание»). Характерный признак мергеля: после «вскипания» с НCl на поверхности образца остается темное (грязное) пятно. По характеру строения известняки бывают крупно-, средне-, мелко- и неравномернозернистые, афанитовые (плотные), землистые, оолитовые, кристаллическизернистые, обломочные и др. Окраска самая различная. Чистые разности светлые, белые. От примесей бывают серые, кремовые, желтые, зеленоватые и др.

Органогенные известняки. Бывают плотные, кавернозные, пористые и др. разности. Они состоят из хорошо различимых раковин (или их остатков) моллюсков, морских лилий, фузулинид, из скелетных образований и известковистых выделений морских водорослей и др. (коралловые, нуммулитовые, фузулиновые и др.). Известняки, состоящие полностью или почти полностью из створок раковин, называются ракушечниками.

А известняки, которые образовались с участием бактерий и состоящие из выделенных ими мельчайших зерен кальцита, относят к дрюитовым.

Писчий мел. В данной породе на долю мельчайших (в основном планктонных) раковин приходится 60-70 % извести, а остальные 30-40% составляет тонкозернистый, порошкообразный кальцит, вероятно химического происхождения.

Среди карбонатных пород химического происхождения выделяют: а) микрозернистые и оолитовые известняки, первые состоят из мельчайших зерен кальцита, вторые - из скоплений шаровидных известковых зерен – оолитов размером от просяного зерна до горошины; б) известковый туф – это пористая или ячеистая известковая порода, образование которой связано с отложением кальцита водами источников, богатых растворенной двууглекислой известью. Часто содержат отпечатки листьев, веточек и др. Туфы с плотным кристаллическим строением, образованные в местах горячих минеральных источников, называются травертинами; в) доломиты. К ним относят породы, содержащие не менее 95 % Ca Mg (CO₃)₂. Доломиты реагируют с холодной НCl только в порошке. Чистые доломиты встречаются редко: самые различные переходы от известняка к доломиту. Известковистый доломит - известняк с содержанием более 50 % Ca Mg (CO₃)₂, доломитовый известняк с содержанием более 5 % Ca Mg (CO₃)₂ и пр. Устанавливают только с применением химического анализа. Пылеватая разность доломита называется доломитовой мукой.

Кремнистые породы. Из кремнистых пород органического происхождения важное значение имеют диатомиты – скопления микроскопических скелетов диатомовых водорослей, состоящих из опала (Si O₂ *n H₂ O. По внешнему виду диатомит - белая или желтоватая, пористая, легкая и мягкая, рыхлая или слабосцементированная порода (похожа на писчий мел). Растирается пальцами, жадно впитывает влагу и прилипает к влажному пальцу.

Трепелвнешне практически неотличим от диатомита, но имеет коллоидно- химическое происхождение и состоит из мельчайших зернышек опала, видимых только при сильном увеличении.

Опока – довольно твердая, легкая и пористая кремнистая порода серого, голубоватого, иногда черного цвета, вероятно образованная при сильном изменении трепелов. При ударе опока раскалывается со звенящим звуком на мелкие остроугольные кусочки. Удельный вес опок 0,9-1,2.

Яшмы и черные фтаниты. Это плотные и твердые (твердость около 5-7) породы, сложенные криптокристаллическим кварцем, иногда халцедоном. Яшмы зачастую содержат остатки кремнистых раковин радиолярий, а фтаниты – углистое вещество. Яшмы отличаются красивой окраской: красной (сургучной), зеленой, полосчатой и др. (используют как поделочный материал). На генезис данных образований разные взгляды: вулканогенное, вулканогенно-осадочное, химическое, биохимическое и др. происхождение.

Сернокислые и галоидные породы. Сюда относят каменную соль, гипс и ангидрит, которые в больших объемах в земной коре и с различными примесями (глины, пески и др.) переходят в разряд горных пород. Образуются путем отложения из воды в соленосных бассейнах.

Железистые породы. Данные образования имеют исключительное практическое значение и поэтому представляют собой большой интерес.

Наиболее значимые из них оолитовые железные руды, представляющие по внешнему виду скопления оолитов лимонита диаметром 0,2-15 мм. В таких рудах часто наблюдаются участки, обогащенные марганцевыми минералами (пиролюзит, псиломелан и др.). Эти руды образуются в результате выпадения гидрооксидов железа из воды прибрежных частей морей, а также озер и болот. Если существовал недостаток кислорода, то вначале формировались залежи сидерита и шамозита, затем путем окисления данных минералов могли образовываться бурые железняки.

Фосфатные породы. Осадочные горные породы, богатые фосфатами кальция, называются фосфоритами. Они содержат фосфат кальция в аморфном виде с примесью глинистого и песчанистого материала. Некоторые фосфориты имеют облик песчаника, обладают неровным изломом, другие же имеют афанитовую структуру с гладким ровным изломом. Твердость фосфоритов около 5. Цвет их чаще темный (серый, буроватый или черный), очень характерен чесночный запах, издаваемый фосфоритами при ударе двух кусков породы. Фосфориты чаще всего встречаются в виде конкреций разной формы. Иногда образуют сплошные пласты или разрозненные желваки в песке. Местами встречаются слои песка, глины и др., сцементированные фосфатами, фосфоритизированные органические остатки.

Углеродистые породы (каустобиолиты). Сюда входят торф, ископаемые угли (бурый и каменный уголь, антрацит), горючие сланцы, битумы, нефть

Порядок выполнения работы:

1) Изучить классификацию осадочных горных пород и их диагностические признаки

2) Выбрать из коллекционного набора осадочных горных пород три любых образца, сделать их фотографии или рисунки;

3) Выполнить детальное описание отобранных образцов горных пород по соответствующей схеме: окраска, структура, текстура, твердость, излом, удельный вес, вид и состав цемента, запах, органические остатки, конкреции, выцветы, примазки и др.

3) Используя полученное описание и данные справочного материала дать определение искомых горных пород

Контрольные вопросы:

1. Что такое горные породы?

2. Основные группы горных пород?

3. Структура и текстура горных пород?

4. Кора выветривания, элювий?

5. Классификация терригенных горных пород?

6. Что представляют собой известняки?

Отчет: Оформить практическое занятие в печатном виде на стандартных листах (А 4, шрифт 14), с соответствующим заголовком «Определение осадочных горных пород, структур и текстур», с указанием задания, ходом выполнения задания (расчеты, формулы, рисунки и пр. ) и выводами, с ответами на поставленные вопросы, списком использованной литературы. Титульный лист общего образца