Классификация горных пород

УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС

по дисциплине

Основы геологии и геоморфологии

для специальности

120701 Землеустройство

г. Салават

2013 год

РАССМОТРЕНО

На заседании научно-методического совета

Протокол № 01

От 30 августа 2012 г.

Учебно-методический комплекс по дисциплине Основы геологии и геоморфологии

составлен в соответствии с требованиями ФГОС СПО по специальности 120701 Землеустройство

Автор Сарбаева З.У.

СОДЕРЖАНИЕ

Выдержки из ФГОС……………………………………………………………………………..3

Примерное тематическое планирование и содержание учебной дисциплины ……………………………………………………………………………………………

Учебно-методические материалы МДК……………………………………………………….

Тезисы лекций МДК…………………………………………………………………………….

Методические рекомендации по выполнению самостоятельной работы МДК………………

Виды самостоятельной работы МДК…………………………………………………………

Рекомендуемая литература………………………………………………………………………

(по каждому модулю, МДК)

Примерное тематическое планирование и содержание учебной дисциплины «Основы геологии и геоморфологии»

Учебно-методические материалы МДК

Тезисы лекций МДК

Тема 1.1.Минералы и горные породы

Геологические процессы - процессы, приводящие к образованию и разрушению минералов и горных пород, изменению условий их залегания, образованию и изменению рельефа земной поверхности, изменению структуры земной коры и внутренней структуры Земли в целом. Принято делить геологические процессы на внешние (экзогенные) и внутренние (эндогенные) в зависимости от того, за счет какой энергии они происходят. Первые в основном вызываются энергией, получаемой Землей от Солнца и вообще из мирового пространства, вторые - энергией, возникающей в недрах Земли. Геологические процессы находятся в непрерывном взаимодействии. Геологические образования могут возникать в результате совместного действия внешних и внутренних процессов (рельеф), или при преобладании одного вида процессов (внутренних или внешних), или почти исключительно обусловлены одним видом процессов, когда другой вид оказывает косвенное влияние.

Классификация горных пород

Природные каменные материалы получают из горных пород, залегаемых в верхних слоях земной коры в виде сплошных массивов и скоплений обломков разной крупности. Каменные строительные материалы получают механической обработкой горных пород путем раскалывания, распиловки, дробления, обтески, шлифовки и полировки, поэтому их свойства в основном зависят от качества исходной горной породы, ее химических, физических и механических свойств. Качество горных пород, из которых изготовляют дорожно-строительные материалы, в свою очередь, зависит от минералогического состава, структуры, текстуры и состояния свежести породы.

По геологическому происхождению (генезису) горные породы разделяются на три основные группы с подгруппами:

I. Изверженные (магматические) —первичные:

А. Глубинные (интрузивные) —граниты, сиениты, диориты, габбро и др.

Б. Излившиеся (эффузивные)—диабазы, порфиры, базальты, туфовые лавы и др.

II. Осадочные — вторичные:

А. Механические, обломочные отложения: 1)рыхлые — валуны, щебень, гравий, песок; 2) сцементированные — песчаники, конгломераты, брекчии.

Б. Органогенные и химические образования —различные известняки, доломиты, магнезиты, гипс, ангидрит.

III. Метаморфические (видоизмененные)—гнейс, мраморы, кварциты.

По химическим исследованиям состава горных пород верхних слоев земной коры выявлено преобладание в них кремнезема SiO2— 59,12% и глинозема Аl2О3— 15,34%, дальше следует окись кальция СаО — 5,08%, окись натрия N2O — 3,84, окись железа FeO —3,80; окись магния Mg —3,49; К2О — 3,13; Fe2O3 —3,08% и немного других окислов и химических элементов. Как видно, породообразующие минералы изверженных пород по своему химическому составу разнообразны. Примерно из 2500 различных минералов породообразующими являются около 50.

Главные породообразующие минералы распределены в горных породах, применяемых в строительстве, примерно в следующих пропорциях: полевые шпаты (ортоклазы и плагиоклазы) — 57,9—59,5%; роговая обманка, авгит; оливин, змеевик— 16,8%; кварц— 12— 12,6; слюда 3,6—3,8; кальцит (известковый шпат) — 1,5; каолинит и другие аналогичные минералы— 1,1 % и т. д.

Горные породы представляют собой более или менее однородные минеральные агрегаты, слагающие земную кору, состоящие из одного или нескольких минералов, Горные породы, состоящие из одного минерала, называют простыми или мономинеральными (кварцит, гипс), а из нескольких минералов (гранит, базальт, гнейс) — сложными или полиминеральными.

А) Изверженные горные породы.

Изверженные горные породы образовались из расплавленной магмы, которая застыла, поднявшись к поверхности земли. Поднимаясь по трещинам в земной коре, магма претерпевала разнообразные воздействия (давление, понижение температуры), что приводило к образованию пород различного минералогического состава и строения, а следовательно, и технических свойств.

Химический состав изверженных горных пород также разнообразен и состоит в основном из кремния, алюминия, железа, кальция, магния, калия и натрия. По содержанию кремнезема эти породы разделяют на кислые (85—65%), нейтральные (65—52%), и основные (52—35%). Кислые горные породы богаты соединениями кремния, калия, натрия и отличаются светлой окраской; основные породы содержат много кальция, магния, железа и окрашены чаще в темный цвет.

Из магмы, не вышедшей на поверхность земли и застывшей на глубине, под ее верхними слоями образовались глубинные горные породы. Излившиеся горные породы образовались из магмы, застывшей ближе к поверхности или на самой поверхности земли. Вследствие медленного охлаждения и отвердевания в глубинных породах процессы кристаллизации проходили более полно, образуя крупно- и среднезернистые структуры. В условиях быстрого охлаждения излившихся пород образовались мелкокристаллические, мелкозернистые, аморфные, стекловатые структуры. Однообразная мелкокристаллическая и мелкозернистая структура является признаком более высокой прочности и стойкости против выветривания, хорошей колкости по сравнению с крупнозернистыми разновидностями горных пород. Стекловатая структура определяет хрупкость породы.

Глубинные горные породы.

Граниты — распространенная горная порода Они представляют собой равномерно кристаллические породы состоящие в основном из кварца (20—40%), полевого шпата — ортоклаза (40—70%), слюды, иногда роговой обманки (5—20%). Цвет гранитов зависит в основном от ортоклаза и чаще бывает серым и красным.

Чем больше в гранитах зерен кварца, непосредственно связанных между собой, тем прочнее гранит. При изломе гранита разрушение происходит по зернам, а не по плоскостям соединения зерен минералов. Граниты могут быть мелко-, крупно- и среднезернистыми. Чем мельче зернистость, тем граниты прочнее и более морозостойки, а следовательно, и устойчивее против выветривания.

Граниты характеризуются средней плотностью 2,7—2,8 г/см3; объемной массой 2,60—2,65 г/см3, малой водонасыщаемостью, значительной устойчивостью против выветривания и высокой прочностью при сжатии 1400—2500 кгс/см2.

Обладая высокими техническими качествами, граниты широко применяются для дорожно-мостовых сооружений в качестве щебня, брусчатки, бортового камня, плит, бутового камня. Месторождения гранитов в СССР занимают обширные территории в Карелии, на Кольском полуострове, Украине, Кавказе, Урале, Алтае, Тянь-Шане.

Сиениты отличаются от гранитов тем, что не имеют в своем составе кварца. Цвет сиенитов серый, серо-красный, темно-зеленый; По плотности и прочности сиениты близки к гранитам, но менее, стойки против выветривания. Плотность сиенитов 2,7—2,9 г/см3, объемная масса 2,6—2,8 г/см3. Предел прочности при сжатии в среднем 1200—1800 кг/см2. Применяются сиениты наравне с гранитами и являются ценной породой для получения щебня, брусчатки и бортового камня. Сиениты встречаются реже гранитов. Месторождения сиенитов имеются на Урале, Украине, Кольском полуострове, в Сибири, на Кавказе.

Диориты состоят в основном из плагиоклаза (около 75%) и рогозой обманки, иногда авгита и биотита. Цвет диоритов серый или темно-зелепый, структура равномерно кристаллическая. Диориты обладают более высокой вязкостью и стойки против выветривания. Плотность диоритов 2,85—3,2 г/см3, объемная масса 2,8—3,0 г/см3, предел прочности при сжатии 1500—2800 кг/см2. Обладая большой вязкостью, диориты характеризуются хорошим сопротивлением ударной нагрузке. Применяются они в дорожном строительстве для получения брусчатки и щебня, а также плиток для облицовочных работ. Месторождения диоритов имеются в Крыму, на Урале, Украине, Кавказе, в Средней Азии и др.

Габбро состоит до 50% из плагиоклаза (основного), авгита и оливина. По цвету бывает серым, темно-зеленым и черным. Структура габбpo преимущественно крупнозернистая, плотность 2,9— 3,3 г/см3, объемная масса близка к плотности. Предел прочности при сжатии 2000-3500 кгс/см2. обладает большой плотностью и вязкостью. Применяется он при приготовлении щебня, штучных камней и плит при облицовочных работах. Месторождения габбро имеются на Урале, Украине, Кавказе и др.

Излившиеся горные породы.

Кварцевые порфиры по минералогическому составу соответствуют граниту, цвет чаще кирпично-красный, бурый, зеленоватый. Структура порфировая с вкраплением в основную массу крупных кристаллов кварца, плотность 2,4— 2,6 г/см3, предел-прочностн при сжатия 1300—1800 кг/см2. Кварцевые порфиры так же, как и граниты, широко применяются в дорожном строительстве для получения каменных материалов в виде щебня, бута, колотой и тесаной шашки. Месторождения кварцевых порфиров имеются в Крыму, на Урале, Алтае, Сахалине.

Ортоклазовые порфиры и трахиты по минералогическому составу соответствуют сиенитам, отличаясь содержанием вулканического стекла. Трахиты имеют пористую текстуру и шероховатую поверхность. По прочности они уступают сиенитам и большинство из них имеют светлую окраску. Месторождения ортоклазовых порфиров имеются на Кавказе, Урале, в Крыму.

Диабазы по минералогическому составу соответствуют габбро, преимущественно мелкозернисты, состоят из основного полевого шпата и пироксена, реже входят оливин и роговая обманка. Диабазы бывают серо-зелеными и темно-зелеными. Их плотность в среднем 2,7—3,0 г/см3, прочность при сжатии около 2000 кгс/см2 и доходит до 4000 кгс/см2. Обладая большой вязкостью, диабазы хорошо сопротивляются истиранию. Применяются они для получения штучного камня—брусчатки, шашки, разнообразных плит и высококачественного щебня. Месторождения диабазов имеются в Карелии, на Кавказе, Украине, Урале.

Базальты — породы темного цвета, плотные, скрытокристаллической структуры, состоящие из плагиоклаза и авгита. Вследствие неполной кристаллизации минералов породы содержат значительное количество стекловатой массы.

Технические свойства базальтов крайне различны и мало отличаются от свойств диабаза, хотя прочность базальтов при сжатии часто бывает выше и доходит иногда до 5000 кгс/см3. Относительная хрупкость базальтов несколько снижает его свойства. В дорожных работах базальты используются для изготовления шашки, брусчатки, щебня. Месторождения базальтов имеются в Армении, Забайкалье, на Украине, Сахалине.

Вулканические туфы — пористые породы, образовавшиеся при уплотнении вулканического пепла или из застывшей вулканической лавы с попавшими туда пеплом и песком.

Технические свойства туфов крайне разнообразны и зависят от их состава и степени цементации. Объемная масса туфов в среднем равна 0,75—1,4 г/см3, предел прочности при сжатии 70—700 кгс/см2. Они воздухопроницаемы, плохо проводят тепло и достаточно устойчивы против выветривания, легко поддаются обработке. Лучшие разновидности туфов (артикский туф) применяются для изготовления стеновых блоков, плит для облицовки, щебня для легких бетонов и как местный материал для устройства дорожных покрытий.

Б) Осадочные, скальные горные породы.

Осадочные горные породы образовались в результате осаждения и цементации минеральных продуктов выветривания изверженных пород или осаждения продуктов жизнедеятельности и отмирания живых организмов, населяющих моря и океаны. Эти продукты осаждались и уплотнялись послойно, покрывая изверженные горные породы прерывистыми многослойными пластами. По физическим и механическим свойствам осадочные породы представляют большое разнообразие. Это объясняется разнообразием условии их образования.

По условиям образования осадочные горные породы разделяются на породы механического отложения, химических осадков и органогенного образования.

Из большого разнообразия сцементированных осадочных горных пород здесь рассмотрены только песчаники, известняки и доломиты. Валуны, гравий и песок изложены в разделе рыхлых строительных материалов.

Песчаники состоят из мелких зерен минералов (кварц), сцементированных кремнистыми, известковыми, глинистыми, железистыми, гипсовыми, битумными и другими природными веществами. В зависимости от цементирующего вещества и примесей различают кремнистые, известковые, доломитовые и глинистые песчаники.

Наибольшую прочность 600—2600 кгс/см², твердость и устойчивость против выветривания имеют плотные мелкозернистые кремнистые песчаники. Эти песчаники трудно поддаются обработке, а щебень, полученный из них, плохо укатывается в щебеночном слое дорожных покрытий.

Известковые и доломитовые песчаники, обладая достаточной прочностью, легче поддаются обработке. Глинистые песчаники мало устойчивы против выветривания, а при увлажнении резко снижают прочность.

Песчаники применяются в дорожном строительстве в виде бута, колотой шашки, щебня и штучного камня.

Песчаники широко распространены на территории СНГ. Крупнейшие месторождения расположены в районах Тульской, Курской, Сумской областях, в Донбассе, на Урале и в Ростовской обл.

Известняки состоят главным образом из углекислого кальция (CaCO3) с незначительной примесью углекислого магния иногда кварца, железистых, глинистых, углистых и других включений, Под действием соляной кислоты известняки легко «вскипают» с выделением CO2. В зависимости от структуры и текстуры различают следующие виды известняков: плотные, мраморовидные и ракушечниковые. Технические свойства известняков очень разнообразны и зависят от их состава, структуры и текстуры. Однородные плотные скрытокристаллические известняки, зерна которых сцементированы кальцитом, имеют высокую прочность - 1500 кгс/см², хорошую обратываемость и небольшую истираемость.

Плотные известняки при достаточной прочности и плотности применяются в качестве бутового камня, шашки и щебня для дорожной одежды. Мраморовидные или кристаллические известняки содержат зерна кальцита, плотно сцементированные между собой. Предел прочности при сжатии бывает 900—1300 кгс/см2.

Известняк-ракушечник более позднего образования из сцементированных обломков раковин обладает сильно пористой текстурой с видимыми отдельностями ракушек. Он легко поддается распиловке на штучный камень. Объемная масса известняка-ракушечника составляет 0,6—1,5 г/см3, предел прочности при сжатии 10— 200 кг/см2.

Землистый известняк — мел состоит из мельчайших частиц раковин простейших животных, уплотненных под давлением. Химический состав мела одинаков с известняками (СаСО3), имеет большую пористость и очень малую прочность. Применяется мел для получения минеральных вяжущих, для красок и пр.

Известняки, содержащие в своем природном составе большое количество глин, называют: известковым мергелем при содержании глины до 25%; мергелем при содержании глины от 25 до 60%; глинистым мергелем при содержании глины свыше 60%. Мергели применяют главным образом в цементной промышленности, а прочные известняковые мергели применяют при строительстве дорог в качестве щебня. Месторождения, известняков широко распространены на территории СНГ. Крупные месторождения имеются в Ленинградской и Московской областях, на Украине, в Молдавии, па Урале, Северном Кавказе, в Крыму и Средней Азии.

Доломит состоит из минерала доломита (карбонат Са и Mg). По свойствам доломиты приближаются к плотным известнякам и наравне с ними применяются в строительстве для получения каменных материалов.

В) Метаморфические (видоизмененные) горные породы.

Метаморфические горные породы образовались в результате последующих видоизменении изверженных и осадочных пород. Они существенно могут отличаться от первоначальных пород по текстуре и минералогическому составу, К метаморфическим горным породам, применяемым в строительстве, относятся гнейс, мрамор, кварцит и сланцы.

Гнейсы по минералогическому составу подобны гранитам, из которых они образовались, и отличаются от них сланцеватым сложением. Гнейсы, обладая большой прочностью, в направлении, перпендикулярном сланцеватости, относительно легко раскалываются по плоскостям сланцеватости. Гнейсы так же, как и граниты, применяются для приготовления шебня, брусчатки, бортовых и облицовочных плит. В отдельных случаях сланцеватость гнейса снижает качество получаемых из пего щебня и брусчатки.

Мрамор состоит из сросшихся кристаллов кальцита с примесью магнезита и других минералов. Мрамор образовался в основном из известняков. По.цвету он бывает белым, розовым, красным, коричневьм и черным. Прочность мрамора при сжатии в среднем составляет 1000 кгс/см2, он легко пилится на плитки и хорошо полируется- применяется чаще всего в качестве облицовочных плиток для декоративных и облицовочных работ, но может быть применен для получения щебня или крошки. Месторождения мрамора имеются в Карельской области, на Урале, в Крыму, на Кавказе и в других районах СНГ.

Кварциты образовались из кремнистых песчаников, в которых зерна кварца непосредственно срослись между собой. Кварциты по цвету бывают белыми, красными, темно-вишневыми, обладают высокой плотностью, твердостью, большой прочностью при сжатии — до 4000 кгс/см2, но отличаются хрупкостью. Применяют их для облицовки особо ответственных сооружений (мавзолей В. И. Ленина—шокшинский кварцит), а также для изготовления щебня, шашки, бортовых камней и др. Лучший кварцит добывают в Карелии у Онежского озера.

Сланцы характеризуются параллельным расположением составляющих частиц, сланцеватостью. Сланцы состоят из кварца и слюды (слюдяные сланцы), графита (графитовые сланцы), глинистых веществ (глинистые сланцы). Глинистые сланцы являются наиболее распространенными.

Некоторые разновидности глинистых сланцев, имея довольно высокую прочность, легко раскалываются на тонкие плитки, которые используются как кровельный материал. Сланцы в воде не размокают и пластического теста не образуют. Примеси углистых веществ или битумов в сланце позволяют использовать их как местное топливо и для получения органических вяжущих материалов. Месторождения сланцев имеются на Кавказе, Урале, Украине, в Эстонии.

Типы горных пород

Горные породы подразделяются на следующие типы:

· осадочные — характерны для поверхности 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.

Осадочные горные породы, горные породы, возникшие путём осаждения вещества в водной среде, реже из воздуха и в результате деятельности ледников на поверхности суши, в морских и океанических бассейнах. Осаждение может происходить механическим путём (под влиянием силы тяжести и изменения динамики среды), химическим (из водных растворов при достижении ими концентраций насыщения и в результате обменных реакций), а также биогенным (под влиянием жизнедеятельности организмов). В зависимости от характера осаждения О. г. п. разделяются на обломочные, химические и биогенные.

Источником вещества для образования О. г. п. являются: продукты выветривания магматических, метаморфических и более древних осадочных пород, слагающих земную кору; растворённые в природных водах компоненты; газы атмосферы; продукты, возникающие при жизнедеятельности организмов; вулканогенный материал (твёрдые частицы, выброшенные вулканами, горячие водные растворы и газы, выносимые вулканическими извержениями наповерхность 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, кристаллы магнетита и т.п.). Кроме того, в составе О. г. п., как правило, присутствуют органические остатки (растит.и животного происхождения), синхронные времени их образования, реже более древние (переотложенные). Некоторые О. г. п. (известняки, угли, диатомиты и др.) целиком сложены органические остатками. Размер частиц (зёрен), их форма и взаимное сочетание определяют структуру О. г. п.

О. г. п. образуют пласты, слои, линзы и др. геологические тела разной формы и размера, залегающие в земной коре нормально-горизонтально, наклонно или в виде сложных складок. Внутреннее строение этих тел, обусловливаемое ориентировкой и взаимным расположением зёрен (или частиц) и способом выполнения пространства, называется текстурой О. г. п. Для большинства этих пород характерна слоистая текстура; типы текстуры зависят от условий их образования (главным образом от динамики среды).

Образование О. г. п. происходит по следующей схеме: возникновение исходных продуктов путём разрушения материнских пород, перенос вещества водой, ветром, ледниками и осаждение его на поверхности суши и в водных бассейнах. В результате образуется рыхлый и пористый насыщенный водой осадок, сложенный разнородными компонентами. Он представляет собой неуравновешенную сложную физико-химическую (и частично биологическую) систему, с течением времени постепенно превращающуюся в осадочную породу.

Классификация О. г. п. основана на их составе и генезисе. В связи с тем, что большинство пород полигенно, т. е. одна и та же осадочная порода может образоваться при различных процессах (например, известняки могут быть обломочными, хемогенными или органогенными), при выделении основных групп пород учитывается их состав. Различают свыше десяти групп О. г. п.: обломочные, глинистые, глауконитовые, глинозёмистые, железистые, марганцевые, фосфатные, кремнистые, карбонатные, соли, каустобиолиты и др. Кроме основных групп, существуют породы смешанного состава — переходные между обломочными и карбонатными, карбонатными и кремнисгыми и т.п., а также вулканогенно-осадочные породы, представляющие собой смесь обломочно-осадочного материала и твёрдых продуктов выбросов вулканов (см. также Пирокластические породы). Более детальное подразделение в пределах выделенных трупп проводится по структуре (размеру зёрен), минеральному составу и генезису.

По химическому составу О. г. п. отличаются от магматических пород гораздо большей дифференцированностью, широким диапазоном колебаний в содержании породообразующих компонентов, повышенным содержанием воды, углекислоты, органического углерода, кальция, серы, галоидов, а также высокими значениями отношения окисного железа к закисному.

Среди О. г. п. преобладают глинистые (глины, аргиллиты, глинистые сланцы — около 50%), песчаные (пески и песчаники) и карбонатные (известняки, доломиты и др.) — примерно поровну, в сумме около 45%; на остальные типы приходится менее 5%.

Образование и размещение на поверхности Земли О. г. п. определяется главным образом климатическими и тектоническими условиями. Так, в областях гумидного климата (влажного и тёплого) образуются глинозёмистые, железистые, марганцевые породы и различные каустобиолиты; для аридных (засушливых) областей характерны отложения доломитов, гипса, галита, калийных солей, красноцветных пород; для нивальных областей (полярных и высокогорных) — продукты физического выветривания, представленные различными обломочными породами.

Влияние тектонического режима не менее важно. В геосинклиналях накапливаются мощные толщи О. г. п., которые, как правило, характеризуются изменчивостью в пространстве и пёстрым (многокомпонентным) составом обломочного и др. материала, наличием пластов вулканогенно-осадочных пород и т.п. Наоборот, на платформах залегают небольшие по мощности толщи О. г. п., часто с пластами, выдержанными в пространстве, с однородным (однокомпонентным) составом обломочного материала и т.п. Поскольку условия осадконакопления в прежние геологические эпохи (особенно в фанерозое) были близки или аналогичны современным, картина современного размещения типов пород на поверхности Земли позволяет восстанавливать палеогеографическую и палеотектоническую обстановку геологического прошлого.

Осадко- и породообразование — процесс периодический: формирование сходных типов пород и их парагенетических ассоциаций (формаций) многократно повторяется во времени, что связано с периодическими (долговременными) изменениями климата и геотектонических движений. Наряду с этим наблюдается также постепенное изменение условий осадконакопления на протяжении всей истории развития земной коры. Эволюция осадконакопления связана с изменением состава вод Мирового океана, атмосферы,. эволюцией органического мира, преобразованиями структуры земной коры, а также с изменением (увеличением) общего количества О. г. п. на поверхности Земли.

О. г. п. составляют около 10% массы земной коры и покрывают 75% поверхности Земли. Основная их масса сосредоточена на материках (500 млн. км3) и континентальных склонах (190 млн. км3), тогда как на дно океанов приходится 250 млн. км3. В пределах материков около 75% объёма всех О. г. п. приурочено к геосинклинальным областям и около 25% — к платформам. Свыше 75% всех полезных ископаемых, извлекаемых из недр Земли (уголь, нефть, соли, руды железа, марганца, алюминия, россыпи золота и платины, фосфориты, строительные материалы и пр.), заключено в О. г. п.

· магматические — это породы, образовавшиеся непосредственно из магмы (расплавленной массы преимущественно силикатного состава), в результате её охлаждения и застывания.

Магматические горные породы, изверженные горные породы, горные породы, образовавшиеся из расплавленной магмы при её застывании и кристаллизации. По условиям застывания среди М. г. п. различают два основных типа: эффузивные (вулканические, излившиеся), застывшие на дневной поверхности в результате излияния магмы в виде лавы при вулканических извержениях, и интрузивные (глубинные), застывшие в толще земной коры среди других горных пород. Эффузивные горные породы вследствие быстрого застывания обычно мелкозернисты и частично, а иногда полностью состоят из стекла. Часто в них встречаются более крупные кристаллы вкрапленники (см. Порфировая структура). Интрузивные горные породы, застывающие медленно в глубинах земной коры, обладают полнокристаллической, более крупнозернистой структурой (см. Структура горных пород).

· метаморфические — породы, образованные в толще земной коры в результате изменения (метаморфизма) осадочных или магматических горных пород вследствие изменения физико-химических условий.

Метаморфические горные породы — горные породы, образованные в толще земной коры в результате изменения (метаморфизма) осадочных и магматических горных пород вследствие изменения физико-химических условий. Благодаря движениям земной коры, осадочные горные породы и магматические горные породы подвергаются воздействию высокой температуры, большого давления и различных газовых и водных растворов, при этом они начинают изменяться.

Метаморфизм — преобразование горных пород под действием эндогенных процессов, вызывающих изменение физико-химических условий в земной коре. Преобразованию могут подвергаться любые горные породы — осадочные, магматические и ранее образовавшиеся метаморфические. В физико-химических условиях, отличных от тех, в которых образовались горные породы, происходит изменение их минерального состава, структуры и текстуры. Изменение минерального состава при метаморфизме может протекать изохимически, т.е. без изменения химического состава метаморфизуемой породы, и метасоматически, т. е. со значительным изменением химического состава метаморфизуемой породы за счет привноса и выноса вещества. Изменение структуры и текстуры пород обычно происходит в процессе перекристаллизации вещества. Особенность метаморфических процессов заключается в том, что они протекают с сохранением твердого состояния системы, без существенного расплавления пород. Лишь при определенных физико-химических условиях метаморфизм сопровождается частичной или полной кристаллизацией исходных пород. Процессы подобного характера объединяются под названием ультраметаморфизма.

В зависимости от интенсивности метаморфических процессов наблюдается постепенный переход от слабо измененных пород, сохраняющих состав и структуру исходных разностей, до глубоко преобразованных пород, первичная природа которых практически утрачена.

Метаморфизм представляет собой сложное физико-химическое явление, обусловленное комплексным воздействием температуры, давления и химически активных веществ. Он протекает без существенного изменения химического состава первичных пород. Различают следующие виды метаморфизма.

Термальный метаморфизм

Температура — важнейший фактор термального метаморфизма, влияющий на процессы минералообразования и определяющий формирование тех или иных минеральных ассоциаций. При повышении температуры резко увеличивается скорость химических реакций и возрастает интенсивность процессов перекристаллизации. Повышение температуры способствует экзотермическим метаморфическим реакциям, идущим с поглощением тепла, вызывает дегидратацию гидроксилсодержащих минералов, декарбонатизацию карбонатов и приводит к образованию высокотемпературных минералов, лишенных конституционной воды. Перекристаллизация в условиях роста температур приводит к появлению более крупнозернистых структур.

Температурный интервал, в пределах которого происходят типичные метаморфические преобразования, согласно данным В. С. Соболева (1970 г.), находится в пределах 300—1000 °С. Ниже 300 °С вследствие резкого падения скорости химических реакций метаморфические превращения почти не происходят или совершаются крайне медленно; верхний предел ограничен температурой начала плавления наиболее распространенных горных пород и отвечает условиям образования магмы.

В общем случае интенсивность преобразований, связанных с воздействием температуры, увеличивается с глубиной залегания пород и ростом продолжительности теплового воздействия. Однако прямой зависимости здесь не существует, поскольку в разных зонах коры значения теплового потока и геотермического градиента различны. Этим объясняется неодинаковая степень температурных преобразований пород, залегающих на сопоставимых глубинах, но в различных областях земного шара.

Динамометаморфизм

Давление — фактор динамометаморфизма. Различают воздействие геостатического (петростатического) давления, которое создается массой вышележащих толщ пород, и направленного давления (стресса), вызываемого тектоническими движениями.

Геостатическое давление способствует реакциям, идущим с сокращением объема твердой фазы, и приводит к образованию минералов с более плотной упаковкой (и большой плотностью). Кроме того, геостатическое давление вызывает повышение температуры плавления минералов, расширяя тем самым интервал температурных преобразований в твердой фазе. В условиях всестороннего давления формируются породы с однородной массивной текстурой.

Направленное давление (стресс) проявляется в деформации пород и приводит к изменению их структурно-текстурных особенностей. Под влиянием стресса минералы в породе приобретают закономерную ориентировку, располагаясь длинными осями и плоскостями спайности перпендикулярно к направлению давления. При этом формируются так называемые сланцевые текстуры, характерные для обширной группы метаморфических пород — сланцев. Кроме того, стресс оказывает каталитическое воздействие на процессы минералообразования, ускоряя или замедляя их, и, вызывая дробление пород, повышает их фильтрационные свойства, что способствует циркуляции метаморфизующих растворов.

Изменения геостатического и направленного давления с глубиной неодинаковы: если первое в общем увеличивается, то второе, наоборот, ослабевает. На глубинах свыше 10 км направленные давления практически не проявляются, поскольку сокращение объема пустотного пространства в условиях высокого геостатического давления приводит к пересыщению породы растворами и преобразованию направленного давления в геостатическое. Однако и геостатическое давление контролируется не только глубиной. Согласно расчетным данным его величина в подошве земной коры не превышает 1300 МПа. Между тем изучение минералов, полученных экспериментальным путем, и сопоставление их с естественными ассоциациями минералов метаморфических пород показывают, что давления при метаморфизме в земной коре могут достигать 2500 МПа. Отсюда следует, что при определенных условиях величина давления зависит не только от массы вышележащих толщ пород, но в значительной степени и от процессов направленного сжатия (в том числе и в горизонтальном направлении), которые вызывают аномальное увеличение давления на относительно небольших глубинах.

Метасоматоз

Химически активные вещества — третий и, вероятно, самый главный фактор метаморфизма, который приводит к изменению химического состава пород. К ним, прежде всего, относятся вода и углекислота; в последнее время не меньшее значение придается водороду — газу, обладающему высокими теплопроводностью и диффузионной способностью. Существенную роль играют также соединения N, Cl, F, B, S и других элементов. В виде растворов сложного состава эти вещества мигрируют через горные породы, оказывая на них метаморфизующее воздействие. Согласно господствующей точке зрения, обоснованной Д. С. Коржинским, А. А. Маракушевым и др., метаморфизующие растворы имеют глубинное (подкоровое) происхождение. Вода, содержащаяся в осадочных породах и освобождающаяся в процессе их высокотемпературного преобразования, не имеет большого значения и обычно не сказывается на общем характере метаморфизма. Основным фактором, по-видимому, являются восходящие горячие растворы, которые диффундируют из недр сквозь мельчайшие пустоты пород и через магматические расплавы, и, обогащаясь минерализаторами, становятся активными агентами метаморфизма. Об огромной роли этих растворов можно судить по тому факту, что в так называемых сухих системах, т. е. в породах, лишенных растворов вследствие малого объема их пустотного пространства, даже при наличии высоких давлений и температур метаморфические преобразования практически не происходят или идут крайне медленно.

Типы и условия проявления метаморфизма

В природных условиях в различных участках земной коры совместно проявляются несколько факторов метаморфизма, однако масштаб их проявления в целом и относительная роль каждого фактора в метаморфическом процессе определяются конкретной геологической обстановкой. По особенностям пространственного размещения и размаху процесса различаются два основных типа метаморфизма: локальный и региональный. Метасоматический метаморфизм может сопровождать метаморфизм любого типа и поэтому развивается как в локальных, так и в региональных условиях.

Локальный метаморфизм контролируется конкретными структурными элементами — разломами, контактами с интрузивными породами, пликативными дислокациями. Образующиеся при этом метаморфические породы связаны постепенными переходами с неметаморфизованными толщами. К локальным формам проявления метаморфизма относятся контактовый и катакластический метаморфизм.

Контактовый метаморфизм проявляется в пределах ореолов химического и термального воздействия интрузий на вмещающие породы. Основными факторами этого метаморфизма являются температура и химически активные вещества. По данным В. С. Соболева, температурный интервал, в котором происходит типичный контактовый метаморфизм, заключается в пределах 550—900 °С. Процесс идет при относительно низких давлениях и широком развитии метасоматоза. Летучие компоненты магмы, проникая в виде растворов и газов в окружающие породы, вступают с ними в реакцию и приводят к резкому изменению их химического состава. Особенно значительны воздействие химических агентов и проявление метасоматоза на контакте вмещающих пород с интрузиями кислого состава; интрузий основных и ультраосновных магм оказывают в основном термальное воздействие на окружающие отложения. В целом величина контактового ореола, степень метаморфизма вмещающих пород в ореоле и характер преобразований зависят от температуры, объема и состава внедрившегося расплава. Типичными породами контактово-термального метаморфизма являются роговики; к породам, образовавшимся в результате контактово-метасоматических процессов (метасоматитам), относятся скарны, грейзены, вторичные кварциты. С метасоматитами связано большое количество месторождений полезных ископаемых (олово, вольфрам, молибден, золото, полиметаллы).

Катакластический метаморфизм, или динамометаморфизм, происходит под действием направленных давлений и заключается в механическом разрушении (дроблении и перетирании) пород — катаклазе. Катакластический метаморфизм проявляется в тех случаях, когда величина направленного давления превышает предел прочности пород. В результате катакластического метаморфизма в чистом виде, без участия температурного фактора и термальных растворов, образуются катакластические породы с различной степенью раздробленности: тектонические брекчии, катаклазиты,-милониты. Однако в чистом виде катакластический метаморфизм происходит редко, поскольку областями его максимального проявления служат зоны глубинных разломов, являющиеся в то же время и основными путями подъема тепла и термальных растворов из недр.

Региональный метаморфизм проявляется на обширных участках и охватывает огромные объемы пород, в пределах которых отсутствуют переходы к неметаморфизованным отложениям. Факторами регионального метаморфизма являются температура, давление и химически активные вещества, действующие совместно. При региональном метаморфизме осуществляются и изохимические и метасоматические процессы. Формирующиеся при этом породы отличаются большим разнообразием — сланцы, гнейсы, кварциты, мраморы, амфиболиты, гранулиты, эклогиты.

Региональный метаморфизм обычно связан с активными геосинклинальными областями, однако в отношении условий его проявления существуют две принципиально различные точки зрения. В соответствии с первой точкой зрения причиной его является длительное, устойчивое прогибание участков земной коры, при котором осадочные и вулканогенные толщи, погружаясь, попадают в условия все более высоких температур и давлений. Однако исследования последних лет показали, что прогибание коры само по себе не является причиной метаморфизма. В прогибах, где нет складкообразовательных движений и других деформаций, обычно отсутствуют и проявления регионального метаморфизма. В Прикаспийской впадине, например, мощность практически неметаморфизованных осадочных отложений достигает 25 км.

В обстановке регионального метаморфизма процессы преобразования пород могут достигать максимальной интенсивности, приобретая характер ультраметаморфизма. Он обычно протекает на большой глубине в пределах складчатых областей, где термодинамические условия допускают частичное или полное переплавление пород. Главнейшие процессы ультраметаморфизма — анатексис, палингенез и гранитизация.

Анатексис — частичное, избирательное выплавление минералов кварц-полевошпатового состава из исходных пород. В различных количествах расплав такого состава может получаться из любых осадочных и пирокластических пород (за исключением карбонатов, эвапоритов и некоторых других).

Палингенез — полноепереплавление исходных пород определенного состава с образованием гранитной магмы. Это явление обычно связано с переплавлениемгранито-гнейсов и осадочных пород, химический состав которых отвечает гранитам.

Гранитизация — процесс химического и минерального изменения пород любого состава с превращением их в граниты. Согласно Д. С. Коржинскому (1952 г.) и А. А. Маракушеву (1973 г.) в процессе гранитизации исходная порода обязательно проходит стадию магматического расплава. Агентами гранитизации являются растворы, которые вызывают расплавление исходной породы, а затем, диффундируя через расплав, изменяют его состав до состава гранитной магмы. Компоненты гранитов при этом растворяются в образовавшейся магме, а компоненты, «избыточные» по отношению к составу гранитной магмы, выносятся растворами за пределы магматического очага.

Таким образом, в обстановке глубоких метаморфических преобразований пород стирается граница между метаморфическими и магматическими процессами и завершается тот круговорот в природе, идея которого еще в начале века была высказана русским петрографом И. Д. Лукашевичем: магма => магматические породы =>осадочные породы => метаморфические породы => магма.