Лекция 5. Горные породы

Горными породами называются естественные ассоциации минералов, образовавшиеся на поверхности или под поверхностью Земли в результате различных эндогенных и экзогенных процессов.

По происхождению все горные породы подразделяются на магматические, осадочные и метаморфические.

Каждая горная порода имеет определенный вещественный состав, обладает специфическим строением и образует в земной поверхности определенное объемное тело, т.е. свою форму залегания (пласт, линза, массив).

Каждая горная порода характеризуется химическим и минералогическим составом. Химический состав отображается в процентных соотношениях главных окислов: SiO₂, Al₂O₃, CaO, MgO, FeO, Fe₂O₃, Na₂O, K₂O и др. При одном и том же химическом составе горные породы могут иметь различный минералогический состав. В связи с этим решающую роль при определении горной породы имеет ее минеральный состав.

По минеральному составу горные породы бывают мономинеральные, если они состоят преимущественно из одного минерала (кварцит, известняк, дунит, каменная соль и др.), и полиминеральными, если состоят из нескольких минералов (гранит, гнейс, конгломерат). В обоих случаях различают главные породообразующие минералы, составляющие более 5%объема пород, и второстепенные, или акцессорные минералы, слагающие менее 5% ее объема. Главные породообразующие минералы определяют тип горной породы, наличие/отсутствие акцессорных минералов является в ряде случае важной характеристикой, но не влияет на название горной породы.

Породообразуюшие минералы делятся на салические (светлоокрашенные) и фемические (темноокрашенные), а также на первичные и вторичные. Первичные минералы возникают в процессе образования горной породой, вторичные образуются в процессе последующих ее изменений. Процентное содержание вторичных минералов также играет существенную роль при диагностике горных пород.

Строение горной породы определяется структурой и текстурой.

Под структурой горной породы понимают особенности ее внутреннего строения, связанные со степенью кристалличности, абсолютными и относительными размерами минеральных зерен, формой зерен и их взаимоотношениями.

Текстура – это особенности строения, определяемые характером размещения минеральных зерен в горной породе и их ориентировкой. Все остальные особенности горных пород (вещественный состав, строение, форма залегания) определяются их происхождением.

Магматические горные породы возникают из магматического расплава. В зависимости от места застывания магмы они подразделяются на интрузивные (глубинные), т. е. образующиеся в глуби земной коры, и на эффузивные (поверхностные), т. е. формирующиеся на поверхности при излиянии лавы. Интрузивам характерна полнокристаллическая структура, а эффузивам – неполнокристаллическая или даже стекловатая. В силу неоднородности магматических расплавов, магматические породы также отличаются по химическому, а, следовательно, и по минералогическому составу. Главным критерием разделения является содержание в породе кремнезема SiO₂ , что чисто внешне проявляется в окраске породы: чем выше содержание кремнезема, тем светлее порода.

Кислые породы очень светлые, содержат более 65 % SiO₂, состоят, в основном, из кварца и ортоклаза. Представлены группой гранита – липарита (риолита).

Средние породы несколько темнее, содержат 65 – 52 % SiO2. Состоят из ортоклаза или натриево-кальциевых плагиоклазов и включают до 30 % темноцветных минералов (биотит, роговая обманка, авгит). Представлены группами сиенита – трахита и диорита – андезита.

Основные породы темные, содержат 52 – 45 % SiO₂. Состоят из основных плагиоклазов и пироксенов. Представлены группой габбро – базальта.

Ультраосновные породы черные, темно-зеленые, содержат менее 45 % SiO₂ . Сложены оливином и пироксенами, практически лишены полевых шпатов. Представлены группой дунита – пикрита.

Осадочные горные породы накапливаются на земной поверхности, занимают свыше 75 % площади поверхности суши. Более 95 % их объема накопилось в морских условиях. Большинству осадочных пород характерна слоистая текстура, отражающая периодичность осадконакопления. Характер слоистости зависит от конкретных условий протекания процесса, а первостепенным из них является динамика среды. Так, в стоячей воде возникает горизонтальная слоистость, а в речном потоке – наклонная. Еще одним характерным текстурным признаком является пористость, которую, в зависимости от размера пор, подразделяют на грубую, крупную, мелкую и тонкую. По происхождению осадочные породы можно разделить на пять групп.

Обломочные (кластические) породы формируются в результате механического разрушения любых других горных пород. Они классифицируются по трем признакам. 1. По размеру (диаметру) обломков: грубообломочные (псефиты), среднеобломочные (псаммиты) и мелкообломочные (алевриты). 2. По форме обломков: угловатые (щебень) и окатанные (галька). 3. По наличию цемента: рыхлые (песок) и сцементированные (песчаник).

Глинистые породы (пелиты) состоят из мельчайших частиц, диаметр которых менее 0,01 мм. Большая часть их возникает благодаря процессам химического выветривания. Накопление глин связано с осаждением вещества из коллоидных растворов, в силу чего глинам характерна тонкая горизонтальная слоистость. При дегидратации глин возникают плотные, не размокающие в воде аргиллиты.

Хемогенные породы возникают при кристаллизации вещества из перенасыщенных водных растворов. В большинстве своем хемогенные породы мономинеральны: состоят из минералов классов карбонатов (хемогенные известняки), сульфатов (гипс и ангидрит), галогенидов (соли каменная и калийная) и др. Хемогенным породам свойственна полнокристаллическая (кристаллически-зернистая) структура: от крупно- до тонкокристаллической, и, даже, скрытокристаллической. Текстура их как слоистая, так и однородно-массивная.

Органогенные породы формируются благодаря накоплению продуктов жизнедеятельности организмов: прежде всего морских и, в меньшей степени, пресноводных беспозвоночных. Некоторые органогенные породы возникают в результате скопления растительных останков (торф). По минеральному составу преобладают карбонатные (известняк - ракушечник, мел), реже встречаются кремнистые (диатомит) и другого состава органогенные породы. В числе характерных структур необходимо назвать биоморфную (порода состоит из ненарушенных скелетов), детритусовую (порода состоит из раздробленных скелетов), биоморфно - детритусовую (порода сложена как целыми, так и разрушенными скелетами). Текстура органогенных пород слоистая и пористая.

Осадочные породы смешанного происхождения имеют сложный состав и возникают при совместном воздействии разных процессов. Среди смешанных пород следует назвать мергель, опоку.

Метаморфические горные породы возникают в результате глубокого преобразования ранее образовавшихся магматических, осадочных и метаморфических пород. Минеральный состав метаморфических пород зависит от условий метаморфизма и состава исходных пород. Главными породообразующими минералами выступают магматогенные минералы ряда Боуэна, унаследованные от осадочных пород карбонаты, а также типично метаморфогенные гранаты, тальк, турмалин и др.

Всем метаморфическим породам свойственна полнокристаллическая структура, которая подразделяется на крупно-, средне-, мелко-, тонко- и скрытозернистую. Кроме того, в зависимости от формы слагающих кристаллов, выделяют структуры порфиробластовую (кристаллы угловатые) и гранобластовую (порода состоит из округлых зерен) Текстуры метаморфических пород отличаются большим разнообразием: сланцеватая текстура проявляется в параллельно-слоистом расположении пластинчатых минералов; полосчатая (гнейсовая) текстура выражается в чередовании неоднородных по мощности слоев разного минерального состава; плойчатая текстура возникает при смятии породы в тонкие складки; очковая текстура характеризуется наличием светлоокрашенных полос, расширяющихся в виде овалов.

Более детальный анализ горных пород приводится в разделах, характеризующих геологические процессы.