Понятие осадочных горных пород

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.

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.

Типы литогенеза:

В зависимости от физико-географических условий протекание процессов литогенеза значительно изменяется. Выделены 4 типа континентального литогенеза: ледовый, гумидный, аридный и вулканогенно-осадочный. Первые три типа обусловлены климатическими факторами — сочетанием температуры и влажности.

Ледовый тип литогенеза протекает в условиях, где среднегодовая температура значительно ниже нуля, а количество осадков преобладает над испарением). В этих условиях вода замерзает и осуществляет геологическую деятельность лишь в форме льда, химические и биогенных процессы подавлены, что определяет обломочный характер формирующихся пород. Важнейшими факторами литогенеза в этих условиях служат температурное и морозное выветривание. Их деятельность сводится к механическому разрушению пород под действием замерзающей в трещинах воды и колебаний температуры. Напряжения, связанные с колебанием температуры, приводят к образованию трещин. В эти трещины попадает вода и, замерзая, оказывает расклинивающее действие на стенки трещин. Давление льда на стенки трещин может достигать 2000 кг/см3 и более. В результате возникает элювий размеров от десятков сантиметров до метров в диаметре. Отсутствие более мелкого материала обусловлено тем, что свободная и плёночная вода не проникает в микротрещины.

В нивальном климате длительное время могут существовать ледники, которые становятся одним из главных факторов образования и переноса обломочного материала. Перенос материала ледниками осуществляется в виде морен; во время движения ледники так же осуществляют механическую работу по разрушению ложа, что также приводит к формированию обломочных пород, размером от глыб до тонких алевритовых и пелитовых частиц («каменная мука»). На непокрытых льдом территориях транспортировка протекает под действием силы тяжести (обвалы, осыпи) и частично также за счёт водных потоков и ветра. В областях активного вулканизма во время извержений происходит расплавление огромных масс льда, вследствие чего образуются мощные грязекаменные потоки — лахары, сходные с селями, переносящие и отлагающие большие количества вулканогенного и моренного материала.

Современные области ледового литогенеза охватывают зоны высоких широт (Арктика, Антарктида) и горные вершины, расположенные выше снеговой линии.

Гумидный тип литогенеза характерен для влажных климатов, характеризующихся суммой осадков, превышающей испарение и среднегодовой температурой выше нуля, что позволяет существовать воде в жидкой фазе. Такие климаты характерны для умеренной, экваториальной и влажной тропической зон. Важным фактором, определяющим особенность гумидного литогенеза, служит большое количество органического вещества — ежегодный прирост биомассы составляет 42−325 центнеров на гектар. При разложении органики образуется большое количество органических кислот, углекислого газа и других химически активных веществ, резко активизирующих процессы химического выветривания. Ещё один важнейший фактор — наличие воды. Важно, что химическое разложение сопровождается непрерывным или периодическим «промыванием» кор выветривания водой, выносящей растворимые продукты выветривания. Удаление продуктов выветривания — необходимое условие протекания процесса химического выветривания. Таким образом, интенсивное физическое, химическое и органическое выветривание на стадии гипергенеза приводит к активному разрушению и химическому разложению пород.

Не менее активно протекают процессы седиментогенеза. Поскольку количество осадков выше испарения, непрерывно происходит снос твёрдого и растворённого материала реками. Текучие воды являются главным агентом переноса в гумидных областях. Образующийся при гипергенезе материал может частично оставаться на месте, так формируются коры выветривания, частично осаждается на путях миграции (так образуется аллювий, делювий, коллювий и др. генетические типы отложений) и достигать конечных бассейнов стока — озёр, морей и океанов. При гумидном литогенезе формируются и терригенные, и хемогенные, и биогенные отложения; характерными являются развитые коры выветривания с каолиновым, частично (в тропическом и субтропическом климате) глинозёмистым горизонтом.

Аридный литогенез протекает там, где среднегодовая температура выше нуля и преобладает испарение над суммой осадков — в жарких засушливых зонах. Современные зоны аридного литогенеза охватывают сухие степи, саванны, полупустыни и пустыни. Специфика аридного литогенеза в первую очередь определяется дефицитом воды. По мере увеличения дефицита воды уменьшается интенсивность миграции растворённых веществ и химического выветривания. В областях аридного литогенеза интенсивность механического выветривания значительно выше, чем химического, отсутствуют развитые коры выветривания. Главную роль в разрушении пород имеет температурное выветривание. В результате суточных колебаний в массиве пород одновременно проявляются два типа напряжений: 1) в пределах массива, связанные с разницей температур на его поверхности и в более глубоких частях и 2) в пределах объёма породы и минерала, связанные с различием коэффициентов теплового расширения-сжатия минералов. Напряжения первого типа, называемые объёмно-градиентными, вызывают десквамацию и дробление пород до размера щебня. Напряжения второго типа приводят к раскалыванию до уровня минеральных зёрен и далее, по трещинам спайности, до образования частиц размером до сотых долей мм. Так в процессе температурного физического выветривания формируется элювий, состоящий из щебня, песчаного и алевритового материала. Суточные колебания температуры проявляются до глубины 1 м, что определяет максимальную мощность коры выветривания.

Транспортировка материала осуществляется в аридных зонах осуществляется поверхностными водами и ветром. Несмотря на дефицит влаги, периодически интенсивно проявляется деятельность поверхностных вод — типично формирование пролювиальных конусов выноса. Это обусловлено ливневым характером выпадения осадков, что приводит к кратковременному массовому выносу осадков к подножию склонов. Важным фактором осадконакопления является и ветер: формирование и движение дюн и барханов, эоловая транспортировка, в том числе и в виде пыльных бурь и пр. Причём, если песчаный материал сосредоточен в пределах пустынь, то глинисто-алевритовые частицы могут выноситься ветрами далеко за их пределы.

Для водоёмов аридных зон — как озёрных, так и морских — типична повышенная солёность, приводящая к осаждению карбонатов и солей.

Вулканогенно-осадочный литогенез. Вулканогенно-осадочный литогенез протекает на участках наземного и подводного вулканизма, где образование пород происходит под влиянием вулканических извержений. Специфичность данного типа литогенеза в первую очередь связана с участием глубинного вещества и эндогенной энергии. Это определяет его важную особенность — независимость от климата.