Общая характеристика осадочных горных пород

Поверхность земли в основном состоит из осадочных пород, почти на 75%. Толща осадочных пород часто варьируется от нескольких метров до нескольких километров, в областях прогиба или геосинклиналей от 15 до 20 км.

Источником вещества для образования осадочных горных пород являются: продукты выветривания магматического, метаморфического и более древних осадочных пород, слагающих земную кору; растворённые в природных водах компоненты; газы, различные вещества, возникающие при жизнедеятельности организмов; вулканогенный материал (твёрдые частицы, выброшенные вулканами, горячие водные растворы и газы, выносимые вулканическими извержениями на поверхность Земли и в водные бассейны). В современных океанических осадках (красная глубоководная глина, ил и др.) и в древних осадочных породах встречается также космический материал (мелкие шарики никелистого железа, силикатные шарики и т. п.).

Кроме того, в составе осадочных горных пород, как правило, присутствуют органические остатки (растительного и животного происхождения), синхронные времени их образования, реже более древние (переотложенные). Некоторые осадочные горные породы (известняки, угли, диатомиты и др.) целиком сложены органическими остатками. Размер частиц (зёрен), их форма и взаимное сочетание определяют структуру осадочных горных пород.

Облик осадочным породам придают различные условия их образования. Превращение осадка в горную породу называется диагенезом (от греч. «диагенезис» — превращение). Этот процесс заключается в оседании осадка, его накоплении, постепенном уплотнении, обезвоживании и кристаллизации.

Многие осадочные породы представляют собой осадки, отлагавшиеся слоями в течение длительного времени. Отдельные слои отличаются друг от друга составом минеральных зерен, их величиной, окраской, плотностью сложения.

В зависимости от условий накопления пластов, различают слоистость горизонтальную, характерную для морских отложений; косую, характерную для речных отложений; диагональную и перекрестную, характерную для эоловых образований. Однако существуют и такие осадочные породы, в которых слоистость не наблюдается (например, в химических и органогенных отложениях).

Количество пород осадочного происхождения достаточно велико. По условиям образования их разделяют на три группы:

• 1) обломочные (кластические), образовавшиеся благодаря механическому разрушению ранее существовавших пород;
• 2) химические, образовавшиеся в результате выпадения осадков из растворов;
• 3) органогенные, возникшие как следствие жизнедеятельности организмов.

Многие породы двух последних групп имеют общее происхождение и иногда их называют биохимическими.

Структуру осадочных пород различают по размерам, форме и составу слагающих их частиц.

По размерам различают следующие структуры: крупнообломочная, диаметр частиц, слагающих породу, составляет более 2,0 мм; псаммитовая (песчаная), диаметр частиц 2,0−0,05 мм; алевритовая (пылеватая), диаметр частиц от 0,05 до 0,005 мм; пелитовая (глинистая), диаметр частиц менее 0,005 мм. В случае скопления более или менее одинаковых частиц, структура носит название равномерно-зернистой, в противном случае — разнозернистой. По форме частиц породы бывают с окатанной и неокатанной структурой.

Для химических пород характерны оолитовая (зерна имеют форму шариков), игольчатая, волокнистая, листоватая и зернистая структуры. Породы органического происхождения, состоящие из хорошо сохранившихся раковин или растений, имеют биоморфную структуру.

Текстура осадочных пород чаще всего пористая и компактная (непористая).

Если осадочные породы представляют собой скопление отдельных, не соединенных друг с другом частиц, они называются сыпучими. Когда отдельные более крупные частицы скрепляет тонкозернистый материал, называемый цементом, породы получают название сцементированных и характеризуются компактной текстурой. Цементирование пород может происходить одновременно с их образованием, а также и после, в результате выпадения различных солей из циркулирующих по порам растворов. По составу различают глинистый, битумный, известковый, железистый, кремнистый и другие цементы. Характер цемента в значительной мере обусловливает плотность и прочность сцементированных пород. Самыми слабыми считаются породы на глинистом цементе, а породы же с кремнистым цементом отличаются наибольшей прочностью.

Различают так же обломочные породы состоящие из различных пород и минералов. По величине обломков выделяют:

• 1) крупнообломочные породы (псефиты), состоящие в основном из обломков диаметром более 2,0 мм;
• 2) среднеобломочные (псаммиты), состоящие из обломков диаметром от 2,0 до 0,05 мм;
• 3) мелкообломочные (алевриты), состоящие из обломков диаметром от 0,05 до 0,005 мм;
• 4) глинистые породы (пелиты), состоящие в основном из частиц диаметром менее 0,005 мм.

Имеется несколько классификаций обломочных пород, в которых размеры указанных выше обломков, относимых к тому или иному виду пород, несколько колеблются.

Крупнообломочные породы. К ним относят породы, состоящие из обломков размером от 2,0 мм до нескольких метров в поперечнике. В зависимости от структуры и текстуры выделяются следующие разновидности пород.

Глыбы — угловатые обломки размером свыше 200 мм, щебень — угловатые обломки размером от 200 до 40 мм и дресва — от 40 до 2,0 мм. Если же обломки указанных размеров окатанны, то их соответственно называют валунами, галькой и гравием.

Сцементированные щебень и дресва называются брекчией, а сцементированные галька и гравий — конгломератом.

Все крупнообломочные породы широко используются в качестве строительных материалов. Необходимо помнить, что названия «валуны», «щебень», «галька» и т. д. не говорят о свойствах пород, а лишь о размерах их обломков, а поэтому в строительстве их следует называть «галька песчаника», «щебень гранита» и т. п.

Среднеобломочные породы. К ним относят широко распространенные в природе пески и песчаники. Пески представляют собой рыхлые скопления обломков размером от 2,0 до 0,05 мм, а песчаники — сцементированные между собой обломки той же величины. В зависимости от величины обломков выделяют следующие фракции, мм: гру-бая (2,0−1,0), крупная (1,0−0,5), средняя (0,5−0,25), мелкая (0,25−0,10) и тонкая (0,10−0,05). По составу обломков пески и песчаники чаще бывают кварцевыми, иногда с примесями полевых шпатов, слюд, глауконита и других минералов.

Мелкообломочные, или пылеватые породы представлены лессами, лессовидными суглинками, супесями, суглинками.

Лесс — порода, состоящая главным образом из частиц кварца размером 0,05−0,01 мм, с примесью глинистых частиц (диаметром менее 0,005 мм) и кальцита. Лесс обладает большой пористостью (на долю пустот приходится 40 — 50% объема породы), в сухом состоянии порода прочна и выдерживает без изменения значительные нагрузки. При увлажнении лесс очень быстро теряет связь между составляющими его частицами и уплотняется. Явление уменьшения объема породы при увлажнении называют просадочностью. Уменьшение мощности лесса при увлажнении может достигать 10%, что обычно вызывает разрушение возведенных на нем сооружений.

Мощные толщи лесса (100 м и более) имеются в Северном Китае. Лесс широко распространен также и в СССР (на территории Украины, республик Средней Азии и в ряде районов Сибири).

Лессовидные суглинки отличаются от лессов тем, что в них помимо крупнопылеватьгх частиц (диаметром 0,05−0,01 мм) содержится значительное количество частиц более мелких. Состав же их близок к лессу и они обладают просадочностью.

Супеси — породы, содержащие до 10% глинистых (диаметром менее 0,005 мм) частиц, разделяются на легкие (3,0−6,6%) и тяжелые (6,0−10,0%).

Суглинки — породы, содержащие от 10 до 30% глинистых частиц, подразделяются на легкие (10−15%), средние (15−20%) и тяжелые (20−30%) разновидности.

Сцементированные супеси и суглинки называются алевролитами. Эти породы в воде не размокают.

Глинистые породы. К ним относят глины, которые весьма широко распространены на поверхности Земли. Эти породы состоят как из механически образовавшихся при разрушении других пород тончайших обломков, так и из частиц, возникших в результате химического разложения коренных пород. Типичными минералами глин являются каолинит, иллит и монтмориллонит. Содержание глинистых частиц в этих породах превышает 30%. Плотные, сцементированные кремнеземом глины называются аргиллитами. Они раскалываются на слои и не размокают.

Для определения супесей, суглинков и глин в полевых условиях применяют довольно простой способ. Комочек породы размельчают, слегка смачивают водой и скатывают в шарик, который затем сдавливают пальцами. Если при этом шарик рассылается, то породу относят к супеси; если не рассыпается, но по краям лепешки образуются трещины — к суглинку; типичная глина расплющивается в лепешку без образования трещин по краям.

Химические и органогенные породы в подавляющем большинстве своем образуются в водных бассейнах. Первые — путем выпадения осадков из растворов в результате различных реакций; вторые — в результате накапливания отмирающих организмов, поглощавших из растворов некоторые соли для создания своего тела и скелета. Все эти осадки в результате последующего диагенеза становятся горными породами химического и органического происхождения. Многие из этих пород связаны друг с другом рядом переходов, что затрудняет установление принадлежности породы и поэтому ее зачастую называют биохимической.

Классификация химических и органогенных пород обычно производится по их химическому составу. Среди них выделяют карбонатные, кремнистые, железистые, галоидные, — сульфатные и другие породы. Особо выделяются горючие породы или каустобиолиты.

Карбонатные породы являются наиболее распространенными из рассматриваемой группы. Представлены они чаще всего известняками и мергелями.

Известняк — широко распространенная мономинеральная порода, состоящая из кальцита. Цвет известняков обычно белый или светло-желтый, но за счет примесей может быть изменен вплоть до черного. Известняки бывают органогенного и химического происхождения. Если удается определить, из остатков каких организмов состоит известняк, то по ним ему дается более точное название, например фузулиновый, коралловый и др. Если организмы не определены и порода состоит из целых и битых раковин, то она называется ракушечник.

Разновидностью органогенного известняка является мел, состоящий главным образом из мельчайших раковин фораменифер, их обломков, порошковидного кальцита и скелетов простейших морских водорослей. Мел — белая землистая порода, широко используется в народном хозяйстве.

Известняки химического происхождения встречаются в виде:

• а) плотных известняков с тонкокристаллической массой;
• б) оолитовых известняков, состоящих из мелких шариков скорлуповатого или радиально-лучистого строения, соединенных карбонатным цементом;
• в) известковистого туфа, который состоит из мелкокристаллического кальцита. Эта пористая масса образуется из растворенного в подземной воде углекислого кальция, выпадающего в осадок. Известковистый туф называют также травертином;
• г) натечных образований кальцита, образующихся из подземных вод. Наиболее характерными из них являются пещерные образования — сталактиты и сталагмиты.

Доломит состоит из минерала того же названия. Внешне он похож на известняк, но отличается от него слабой реакцией с соляной кислотой, буроватым цветом и большей твердостью. Образуется он путем химического изменения известковых осадков. Доломит применяется в качестве флюса, огнеупора, а также в строительном деле.

Мергель — порода смешанного состава, состоящая на 50−75% из кальцита и на 25−50% из глинистых частиц. Внешне мергель мало отличим от известняка: характерным его признаком является реакция с соляной кислотой, после которой на поверхности мергеля остается серое пятно, образование которого связано с концентрацией глинистых частиц на месте реакции. Порода широко применяется для производства цемента.

Кремнистые породы встречаются как химического, так и органогенного происхождения. Среди них наиболее известны диатомит, трепел и опока.

Диатомит — белая, легкая, пористая порода, пачкает руки, легко растирается в порошок, липнет к языку. Состоит из мельчайших опаловых скорлупок диатомовых водорослей. Применяется как фильтрующий материал, служит сырьем для получения жидкого стекла.

Трепел — внешне трудно отличим от диатомита, хотя состоит он не из органических остатков, а из мельчайших зерен опала, с незначительной примесью скорлупок диатомовых водорослей. Цвет трепела от белого до темно-серого. Характерным его признаком является низкая удельная масса и способность жадно впитывать влагу (прилипает к языку).

Опока — твердая порода белого, серого или черного цвета, часто обладающая характерным раковистым изломом. Наиболее твердые ее разновидности при ударе раскалываются с характерным звенящим звуком. Опока состоит из зернышек опала и остатков кремниевых скелетов, сцементированных кремнистым веществом.

Железистые породы образуются в результате разрушения (выветривания) магматических и метаморфических пород, содержащих иногда 2−3% железа. Железо может накапливаться на месте выветривания или переноситься в растворенном виде в моря и озера, где и осаждается.

Наиболее распространенными железистыми породами являются лимониты, представляющие собой гидроксид железа с песчаным или глинистым материалом. По внешнему виду это чаще всего бобовые или оолитовые образования, иногда натечные формы. Цвет — от желтого до бурого различных оттенков.

Сидериты — образуют сплошные зернистые массы, служат ценной рудой на железо. Состоят из одноименного минерала.

землетрясение сейсмический горный очаг.