- Горные породы

Лекция №5

Горные породы. Происхождение, определение возраста горных пород. Геохронологическая шкала.

План:

1.Горные породы, распространение в Земной коре.

2. Происхождение горных пород.

3. Определение возраста горных пород.

4.Геохронологическая шкала.

Ключевые слова:  Гидрохронологическая шкала, структура, агрегаты, мономинералы, полиминералы, происхождение, процессы, расплавленная магма, аморфный, лополит, лакколит, факолит, силы.

          Земная кора  сложена различными  минеральными агрегатами, называемыми  горными породами. Горные породы могут быть  мономинеральными или полиминеральными.

Рекомендуемые материалы

          Горная порода образуется в определённых геологических условиях, эти условия влияют  на форму залегания, характер и взаимоотношения  составляющих её минералов (структуру). По своему  происхождению все горные породы разделяются  на три большие группы: 1) магматические, - связанные с процессами  магматической деятельности; 2) осадочные – связанные с экзогенными  процессами и 3)метаморфические, - образующиеся  в результате  преобразования  магматических и осадочных пород

          Распространение  этих пород  неодинаково. Подсчитано, что  литосфера  на 95% сложена магматическими  и метаморфическими породами и только 5% составляют  осадочные породы. В тоже время  осадочные породы  покрывают 75% земной поверхности  и только 25% её занято  магматическими  и метаморфическими породами. Всесторонним изучением  горных пород  и занимается  петрография. Она изучает  минеральный и химический  состав  горных пород их строение, происхождение, геологические условия залегания, взаимоотношения  между  различными породам, а также  изменения  горных пород с течением времени. Петрография  является  одной из важных  геологических дисциплин, на которой базируется  учение о полезных ископаемых.

1 Магматические породы состоят из 600 различных видов и разновидностей. Расплавленная магм, прорываясь по трещинам земной коры, в одних случаях  застывает  в её недрах, что приводит к образованию глубинных пород (рис. 1), в других случаях она достигает поверхности земли, разливаясь потоками лавы, и даёт начало  излившимся породам. Условия  остывания  магмы  в глубине и на поверхности земли резко различны.

Глубинные породы образуются в условиях высокого давления,  медленного остывания. В этом  случае происходит полная  раскристаллизация  магмы и образуются  сплошные, полнокристаллические породы типа гранита, габбро, которые залегают  крупными массивами. Излившиеся  магматические породы  формируются в виде  лавовых потоков на поверхности земли. Это происходит при низком давлении т температуре, при быстрой отдаче тепла  и газовых компонентов. При таких условиях кристаллизации  возникают  породы с обилием аморфного стекла, часто с большой  пористостью. Например, базальт, железа. Плакат №9 и №10

Формы залегания магматических пород

          Существует классификация магматических пород (табл.1),  где кроме деления их на глубинные и излившиеся, основана на содержании в них кремнезёма, т.е. двуокиси кремния SiO₂

Разделение магматических пород  по содержания SiO₂ имеет практическое значение: с уменьшением  содержания  SiO₂ в глубинных породах возрастает плотность, понижается  температура плавления породы, лучше поддаются  полировке, окраска изменяется  от светлой до тёмной. Основное место занимают  полевые шпаты, амфиболы, пироксены, кварц и слюда. Это первичные минералы, образовавшиеся в процессе кристаллизации магмы. Кроме тог, в магматических породах, особенно в наиболее древних, могут присутствовать вторичные (акцессорные) минералы (карбонаты, глинистые минералы), которые возникли из первичных минералов в процессе выветривания.

          Свойства пород зависят  от особенностей  их внутреннего строения и сложения  в массиве. Различают  структуры и текстуры пород. Структура – это особенность внутреннего строения породы, обусловленные размерами, формой, количественным соотношением её составных частей – минералов. В магматических породах по степени их кристалличности различают: 1) зернистые (полнокристаллические структуры), типичные для глубинных пород; 2) полукристаллические структуры (совместное нахождение кристаллов  и аморфного стекла); 3) стекловатые, типичные для излившихся пород.

          По величине кристаллов  структуры делят на: 1) крупнозернистые – более 5 мм; 2) среднезернистые – 5-1 мм; 3) мелкозернистые – менее 2 мм. Для излившихся  пород кроме стекловатой характерна так же  порфировая структура. В аморфной массе содержатся крупные вкрапленники кристаллов. Такая структура наблюдается у порфиров и порфиритов.

          Текстура (сложение) характеризует пространственное расположение составных частей породы в её объёме. Для магматических пород характерны: 1) массивная текстура – равномерное плотное расположение зёрен минералов; 2) полосчатая текстура – чередование в породе участков различного  минерального состава или различной структуры; 3) шлаковая текстура – порода содержит видимые  глазом пустоты.

Граниты – полнокристаллические зернистые, глубинные, с окраской  от светло – серой до мясокрасной, реже зеленоватой.

          Между  разными группами магматических пород всегда имеются переходные типы, например, гранодиориты. Отличить  их можно друг от друга только с помощью специального микроскопа.

Кварцевые порфиры и липариты. Липариты  окрашены в светлые тона, желтоватые, светло – серые. Структура порфировая – в стекловатой массе содержатся порфировые вкрапленники из полевого шпата, кварца, биотита. Кварцевые порфиры окрашены  более тёмной окраской – бурые, жёлтые. Вулканическое стекло  - стекловатая разновидность липаритов и кварцевых порфиров. К ним относится  - обсидиан и пемза.

Образцы пород: кварцевые порфиры, липарит, пемза.

Обсидиан – плотное, тёмного цвета однородное аморфное стекло.

Пемза – пористая  стекловатая  масса  (менее 1 г/см ³), белая, серая, желтоватая и т.д.

Сиениты – полнокристаллические мелко- и среднезернистые глубинные породы, окраска розовая светло – серая. Излившимися аналогами сиенита являются  ортоклазовые (бескварцевые) порфириты и трахиты. Обладают  порфировой, мелкопористой структурой. Белые, серые, желтоватые до тёмной окраски.

Диориты – полнокристаллические  зернистые породы  от светло – серой до тёмно – чёрной окраски. Текстура массивная, мелко -  и среднезернистые. Излившимися  аналогами диоритов  являются порфириты и андезиты – структура порфировая, основная  масса стекловатая – приобретает серую или бурую окраску.

Габбро – представляют собой  полнокристаллическую средне- и крупнозернистую породу от тёмно – ерой  до чёрной окраски. Габбро, состоящие из одного лабрадора, называется  лабрадоритом, текстура массивная, реже, полосчатая.

Базальты и диабазы – в минеральном отношении  аналогичны габбро. Базальты  тёмные, почти чёрные, плотные, иногда пористые, бывают и пузырчатые. Структура скрытокристаллическая и мелкокристаллическая. При порфировой  структуре вкрапленниками являются  оливин, авгит, реже полевой  шпат. Прочная  порода .

Диабазы – отличаются от базальтов  наличием  вторичных хлоритовых минералов, что придаёт им зеленоватую окраску. Структура от мелко – до крупнозернистой.

Пироксениты – тёмно – зелёные, почти чёрные породы, полнокристаллические, массивные.

Перидотиты – тёмно – серые, почти чёрные породы,  средне- или крупнозернистые, массивные.

Дуниты -  тёмно – зелёные или оливко-зелёные породы зернистой структуры, массивные – основной минерал оливин. Дунит – ценное сырьё для изготовления  огнеупорных кирпичей.

2. Осадочные горные породы – известно, что любая  порода находящаяся  на земной поверхности подвергается  выветриванию, т.е.  разрушительному воздействию воды, ветра, колебаний температур и т.д. В результате, даже самые массивные, прочные магматические  породы  постепенно разрушаются, образуя обломки разных размеров, распадаясь на мельчайшие частицы. Продукты  разрушения  переносятся ветром, водой и на определённом этапе переноса отлагаются, образуя рыхлые  скопления  или осадки.  Накопление происходит  на дне водных бассейнов (морей, океанов) и на поверхности суши. Из рыхлых скоплений  (осадков) с течением времени формируются  (уплотняются, приобретают структуру и т.д.) разнообразные осадочные породы, обломочного (гравий, песок и т.д.) и химические (гипс, каменная соль и др.) происхождения. Значительная часть осадочных пород образуется в результате  жизнедеятельности организмов и растений (известняк, мел, торф, уголь, нефть).

          Осадочные породы  в зависимости от происхождения  резко отличаются  друг от друга. Поэтому их подразделяют  на 3 группы: 1) обломочного;2) химического; 3)органогенного происхождения.

          В образовании осадочных пород, кроме минералов  первичного происхождения, т.е. тех из которых формировался  рыхлый осадок  (кварц, полевой шпат, слюды, и др.), принимают участие  минералы вторичные, т.е. возникшие  в данной породе  в процессе её существования. (это кальцит , гипс, каолинит и т.д.). Во многих случаях  вторичные минералы играют главную роль, например, в глинистых породах.

Образцы осадочных пород механического происхождения

Основным  отличием является то, что осадочные породы залегают в идее слоёв или пластов  (рис 2). Отдельные слои  отличаются друг от друга окраской, составом и свойствами. Пористость, структуры  разнообразные.

Вопрос:  Чем отличается осадочные породы от магматических?

1) К обломочным относятся пески, дресы, гравий, галечники, щебень, брехчии, конгломераты, песчаники, алевролиты, глины, аргиллиты,лессы, и лессовидные породы – супеси, суглинки.

2)Породами химического происхождения  являются  различные известняки, известковый туф, доломит, ангидрит, гипс, каменная соль. Общей для этих пород особенностью является  растворимость в воде, наличие пустотности вследствие растворения, трещиноватость.

3)Органогенные породы  образуются в результате  накопления и преобразования остатков животного мира (зоогенные) и растений (фитогенные). Зоогенные – известняк – ракушечник, мел, нефть и др, а фитогенные – трепел, опока, торф, уголь. Диатомит – слабосцементированная, очень пористая  порода белого, светло – серого или желтовато – серого цвета, состоящая из скелетов  морских и озёрных диатомовых водорослей, всегда содержит примесь глинистого материала. Общее содержание кремнезёма 80-95%

Трепел – сходен с диатомитом, но отличается малым содержанием низменных органических остатков. Лёгкая, землистого облика порода. Состоит из опала с примесью глинистых частиц, окраска белая, светло – серая, реже бурая, чёрная, плотность 0,25-1 г/см ³.

Опока – твёрдая, реже мягкая пористая  порода с содержанием до 10% кремнистых остатков, водорослей и других организмов, а также  примеси  глинистого материала, цвет жёлтый, тёмно-серый, чёрный. Лёгкая,  хрупкая, внешне похожа  на мергель, залегает пластами.

Торф – порода, образовавшаяся под водой без доступа воздуха  из разложившихся и обуглившихся, но ещё ясно различимых растительных остатков, перемешанных с песком и глиной. Окраска чёрная,  буро – чёрная, плотность 0,6-1,1 г/см ³. Залегает слоями, линзами.

          Метаморфические породы образуются в результате глубоких изменений и преобразований  магматических и осадочных пород  в процессе метаморфизма – под влиянием высокой температуры, давления и химически активных веществ. Вызывают изменения химического минералогического состава и структуры исходных пород.

          Метаморфическим породам присущи кристаллическая структура и своеобразная текстура: сланцевая, когда  пластинчатые минералы типа слюд располагаются параллельно друг другу: зернистая – характерно чередование  сланцевых и зернистых полос.

          В зависимости от ведущего фактора метаморфизма различают:1)контактовый метаморфизм; 2)Дислокационный метаморфизм 3) Региональный метаморфизм.

1.Первый связан с воздействием  внедряющихся магматических на вмещающие породы (температура, растворы). Горячие магматические  тела вызывают прогрев, обжиг, закалку и частичное изменение  минерального состава и структуры – перекристаллизацию вмещающих толщ.

Воздействие высокой температуры, а также газов  и паров воды проникают  вмещающие породы и ведёт к коренному  изменению вмещающих пород. Так возникают породы зернистого вида – мраморы и кварциты.

Образцы метаморфических пород мрамор, кварциты, сланцы.

          2. Дислокационный метаморфизм происходит  при погружении горных пород на значительные глубины и при процессах горообразования (складкообразование). В результате происходит  изменение  структуры и частично минерального состава при дроблении и перетирании. В результате  образуются  тектонические брекчии, катаклазиты, лимониты и др. породы.

          3. Региональный метаморфизм проявляется на больших площадях и в глубине земной коры. Глубинную толщу, где протекает этот процесс, называют поясом метаморфизма. Образуются кварцитовидный песчаник, глинистые сланцы, кристаллические  известняки и сланцы, кварциты, мраморы, гнейсы.

Примеры изменения пород по поясам и зонам земной коры.

Геологическая хронология

Большое научное и практическое значение  имеет установление возраста горных пород. Различают абсолютный и относительный возраст горных работ.

А) Абсолютный возраст выражается в годах, т.е определяется, сколько лет  прошло  с момента образования породы. Для этой цели применяют радиоактивные  методы (ураносвинцовый метод), основанные на использовании процессов  радиоактивных превращений, которые имеют место в некоторых химических элементах (уран, калий, рубидий и др.),  входящих  в состав  пород. С помощью одних элементов устанавливают  возраст  в миллионах лет, другие дают  возможность  определять  более короткие  отрезки времени. Так, например, зная какое количество  свинца образуется из 1 гр. Урана в год, определяя их совместное  содержание  в данном минерале, можно вычислить абсолютный возраст  минерала  и  той  горной породы, в которой  он находится . Этот метод позволяет определять возраст более древних горных пород в миллионах лет. Таблица №2 

          По углероду С 14, период полураспада которого равен 5568 можно устанавливать возраст более молодых образований . Абсолютные значения  возраста горных пород приведены в геохронологической шкале.

Б) Относительный  возраст позволяет определять, какие породы древнее, какие моложе, учитывая их последовательность залегания. Для определения относительного возраста используют  два метода: 1. стратиграфический и 2. палеонтологический.

Плакат11  Горизонтальное и наклонное  залегание слоёв.

1) Первый метод  применяют для толщ с ненарушенным горизонтальным  залеганием слоёв. При этом  считают, что нижележащие слои горных пород являются  более древними, чем вышележащие (рис.3). Самым молодым является слой 3 и самым древним является слой 1. Этот метод не применим при залегании  слоёв в виде складок (рис.4).

2) Палеонтологический метод позволяет определять возраст осадочных пород по отношению друг к другу независимо от характера залегания слоёв и сопоставлять возраст пород, залегающих на различных участках. В основу метода  положена история развития органической жизни на Земле.  Животные и растительные организмы  развивались постепенно, последовательно. Остатки вымерших организмов  захоронялись в тех осадках, которые накапливались в тот отрезок  времени, когда они жили, зная последовательность и период жизни вымерших организмов, по их останкам можно определить возраст слоёв осадочных пород. В результате изучения строения земной коры и истории развития  жизни появилась возможность разделить всю геологическую историю на ряд отрезков времени и составить по данным абсолютного и относительного возраста шкалу геологического времени – геологическую шкалу (табл.2).

Геологическая  история развития Земли началась с архейской эры. В это время появились первые осадочные породы. До этого Земля находилась в планетарной стадии. Общий возраст Земли определяется в 5 млрд. лет. Индексы, отражающие возраст и условия образования пород используют для геологических карт и разрезов.

Контрольные вопросы:

1. В чём отличие  горных пород  от минералов?

2. Литосфера Земли, состав литосферы (из чего состоит)?

3. Классификация магматических пород создана для какой цели?

4. Как образуются  порфириты, порфировые породы?

5. Чем отличается излившиеся породы от глубинных?

6. Дунит, диабаз, базальт.

7. Морские отложения  отличаются ли от обломочных?

8. Почему определяется возраст горных пород?

9. Чем отличаются метаморфические породы  от осадочных?

10. Вопрос: По  какому методу  определяется возраст речных отложений  (суглинок)?

Управление прерываниями - лекция, которая пользуется популярностью у тех, кто читал эту лекцию.

Литературы:

1. Якушева А. Ф. «Общая геология». М. Недра 1988.

2. Мильнучук В. И. «Общая геология». М. Недра 1989.

3. Ершов В. В. «Основы геологии». М. Недра 1986.

4. Иванова М. Ф. «Общая геология». М. Недра 1974.

5. Панюков П. Н. «Основы геологии». М. М. Недра 1978.