Короновский Н.В. Общая геология
Подождите немного. Документ загружается.
Таблица 6
Силикатные минералы
Структура
силикатов
Группировка Минерал Примеры
Островная (SiO
4
)
4-
Оливин Форстерит
Mg
2
SiO
4
Цепочечная
(одна цепь)
(SiO
3
)
2-
Пироксен Авгит
(Ca(Mg,Fe,Al)⋅
⋅(Si,Al)
2
O
6
)
Ленточная
(двойная цепь)
(Si
4
O
11
)
6-
Амфибол Роговая обманка
(Ca,Na)
2
(Mg,Fe
2+
)
4
(Al,Fe
3+
)⋅(OH)
2
⋅
⋅[(Al,Si)
4
O
11
]
2
Листовая
(слоевая)
(Si
2
O
5
)
2-
Слюда Мусковит
KAl
2
(OH)
2
⋅
⋅[AlSi
3
O
11
]
Каркасная (SiO) Кварц
Полевой шпат
Кварц (SiO
2
)
Ортоклаз
(KAlSi
3
O
8
)
Рис. 2.6.3. Кристаллические решетки: а - вюрцита (ZnS) и б - перовскита ( СаТiО
3
)
В цепочечных силикатах КТ соединяются в непрерывные цепочки. Наиболее типичными
минералами этой группы являются пироксены, как ромбические – гиперстен (Mg,Fe)
2
[
Si
2
O
6
], так и моноклинные – авгит (Ca,Na)(Mg,Fe
2+
, Al,Fe
3+
)[(Si,Al)
2
O
6
], диопсид Ca, Mg
[Si
2
O
6
].
Если цепочки соединяются друг с другом, то образуются ленточные силикаты,
представителем которых являются широко распространенная роговая обманка (Ca,Na)
2
(Mg,Fe
2+
)
4
(Al,Fe
3+
) (OH)
2
[ (Al,Si)
4
O
11
]
2
.
Слоистые или листовые силикаты характеризуются структурой, в которой КТ
соединены друг с другом в виде сплошного, непрерывного листа. К листовым силикатам
принадлежат слюды: мусковит KАl
2
(OH)
2
[AlSi
3
O
10
], биотит K(Mg,Fe)
3
(OH,F)
2
[AlSi
3
O
10
],
серицит. Слюды очень широко распространены в горных породах всех типов.
К листовым силикатам также относятся тальк Mg
3
(OH)
2
[ Si
4
O
10
], серпентин
Mg6(OH)
8
[Si
4
O
10
] и хлорит. Эти минералы образуются в результате метаморфических
процессов.
Важную группу листовых силикатов
представляют весьма распространенные глинистые
минералы, образующиеся при выветривании различных
горных, но особенно магматических и метаморфических
пород. В эту группу входят: каолинит Al
4
(OH)
8
[Si
4
O
10
] и
монтмориллонит (Mg
3
,Al
2
) [Si
4
O
10
] ⋅(OH)
2
⋅ nH
2
O,
являющиеся одними из главных минералов в корах
выветривания. К листовым силикатам относятся также
гидрослюды, т.е. слюды с присоединенными к ним H
2
O,
ОН и распространенный минерал глауконит, имеющий
сложную формулу и представляющий собой водный
алюмосиликат Fe,K,Al.
Рис. 2.6.4. Структуры кремнекислородных тетраэдров,
образующих различные силикаты
Каркасные силикаты представляют собой одну из важнейших групп
породообразующих минералов – полевых шпатов. Они составляют более 50% в земной
коре. Полевые шпаты подразделяются на две группы: кальциево-натриевые или
плагиоклазы и калиево-натриевые щелочные полевые шпаты. Плагиоклазы представляют
собой непрерывный твердый раствор анортита (CaAl
2
Si
2
O
8
) и альбита (NaAlSi
3
O
8
) с
полным гетеровалентным изоморфизмом. Плагиоклазы подразделяются на кислые,
средние и основные по содержанию в них анортита, при этом количество анортита (в %)
определяет номер плагиоклаза.
Кислые: Альбит 0-10% An; олигоклаз 10-30% An
Средние: Андезин 30-50% An;
Основные: Лабрадор 50-70% An; битовнит 70-90% An; анортит 90-100% An
Плагиоклазы очень широко распространены в магматических и метаморфических
породах.
Среди калиевых полевых шпатов различают 4 типа: существенно калиевые –
санидин, ортоклаз, микроклин; натриево-калиевые –анортоклаз.
К группе каркасных силикатов относятся фельдшпатоиды
– минералы,
образующиеся щелочных магматических горных породах при недостатке SiO
2
. Это
прежде всего нефелин (NaAlSiO
4
), лейцит (KАlSi
2
O
6
).
2.6.2. Горные породы.
Горные породы представляют собой естественные минеральные агрегаты,
формирующиеся в литосфере или на поверхности Земли в ходе различных геологических
процессов. Основную массу горных пород слагают породообразующие минералы, состав
и строение которых отражают условия образования пород. Кроме этих минералов в
породах могут присутствовать и другие, более редкие (акцессорные) минералы, состав и
количество которых в породах непостоянны.
Строение горных пород характеризуется структурой и текстурой. Структура
определяется состоянием минерального вещества, слагающего породу (кристаллическое,
аморфное, обломочное), размером и формой кристаллических зерен или обломков,
входящих в ее состав, их взаимоотношениями.
Под текстурой породы понимают расположение в пространстве слагающих ее
минеральных агрегатов или частиц горной породы (кристаллических зерен, обломков и
др.). Выделяют плотную и пористую текстуры, однородную или массивную и
ориентированную (слоистую, сланцеватую и др.).
В основу классификации горных пород положен генетический признак. По
происхождению выделяют: 1) магматические, или изверженные, горные породы,
связанные с застыванием в различных условиях силикатного расплава - магмы и лавы; 2)
осадочные горные породы, образующиеся на поверхности в результате деятельности
различных экзогенных факторов; 3) метаморфические горные породы, возникающие при
переработке магматических , осадочных, а также ранее образованных метаморфических
пород в глубинных условиях при воздействии высоких температур и давлений, а также
различных жидких и газообразных веществ (флюидов), поднимающихся с глубины.
Магматические горные породы наряду с метаморфическими слагают основную
массу земной коры, однако на современной поверхности материков области их
распространения сравнительно невелики. В земной коре они образуют тела разнообразной
формы и размеров, состав и строение которых зависит от химического состава исходной
магмы и условий ее застывания. В основе классификации магматических горных пород
лежит их химический состав. Учитывается прежде всего содержание оксида кремния, по
которому магматические породы делятся на четыре группы: ультраосновные породы,
содержащие менее 45 % SiO
2
, основные - 45-52%, средние -52-65 % и кислые - более 65
%.
В зависимости от условий, в которых происходило застывание магмы,
магматические породы делятся на ряд групп: породы глубинные, или интрузивные,
образовавшиеся при застывании магмы на глубине, и породы излившиеся, или
эффузивные, связанные с охлаждением магмы, излившейся на поверхность, т.е. лавы.
Ультраосновные породы (гипербазиты, или ультрамафиты) в строении земной
коры играют незначительную роль, причем наиболее редки эффузивные аналоги этой
группы (пикриты и коматииты). Все ультраосновные породы обладают большой
плотностью (3,0-3,4), обусловленной их минеральным составом.
Основные породы широко распространены в земной коре, особенно их эффузивные
разновидности (базальты).
Габбро - глубинные интрузивные породы с полнокристаллической средне-и
крупнозернистой структурой.
Базальты - черные или темно-серые вулканические породы. Базальты залегают в
виде лавовых потоков и покровов, нередко достигающих значительной мощности и
покрывающих большие пространства (десятки тысяч км
2
) как на континентах, так и на
дне океанов.
Средние породы характеризуются большим содержанием светлых минералов, чем
цветных, из которых наиболее типична роговая обманка. Такое соотношение минералов
определяет общую светлую окраску породы, на фоне которой выделяются темно-
окрашенные минералы.
Диориты - глубинные интрузивные породы, обладающие полнокристаллической
структурой. Излившимися аналогами диоритов являются широко распространенные
андезиты, обладающие обычно порфировой структурой.
Для всех кислых пород характерно наличие кварца. Кроме того, в значительных
количествах присутствуют полевые шпаты - калиевые и кислые плагиоклазы.
Граниты - глубинные интрузивные породы, обладающие полнокристаллической,
обычно среднезернистой, реже крупно- и мелкозернистой структурой. Породообразующие
минералы - кварц (около 25-35 % ), калиевые полевые шпаты (35-40 %) и кислые
плагиоклазы (около 20-25 %), из цветных минералов - биотит, в некоторых разностях
частично замещающийся мусковитом. Излившимся аналогом гранитов являются риолиты,
аналогами гранодиоритов - дациты.
Осадочные горные породы. На поверхности Земли в результате действия
различных экзогенных, т.е. внешних, факторов образуются осадки, которые в
дальнейшем уплотняются, претерпевают физико-химические изменения - диагенез, и
превращаются в осадочные горные породы, тонким чехлом покрывают около 75 %
поверхности континентов. Многие из них являются полезными ископаемыми, другие -
содержат таковые.
Среди осадочных пород выделяются три группы:
1) обломочные породы, возникающие в результате механического разрушения
каких-либо пород и накопления образовавшихся обломков; 2) глинистые породы,
являющиеся продуктом преимущественно химического разрушения пород и накопления
возникших при этом глинистых минералов; 3) химические (хемогенные) и органогенные
породы, образовавшиеся в результате химических и биологических процессов.
Обломочные породы по размерам обломков подразделяются на несколько типов.
Грубообломочные породы. В зависимости от формы и размеров обломков среди
пород этого гранулометрического типа выделяются следующие: глыбы и валуны -
соответственно угловатые и окатанные обломки размером свыше 200 мм в поперечнике;
щебень и галька - при размерах обломков от 200 до 10 мм; дресва и гравий - при размерах
обломков от 10 до 2 мм.
Грубообломочные породы, представляющие собой сцементированные неокатанные
обломки, называются брекчиями и дресвяниками, сцементированные окатанные обломки -
конгломератами и гравелитами.
К среднеобломочным породам относятся распространенные в земной коре пески и
песчаники. Первые представляют собой скопление несцементированных окатанных
обломков песчаной размерности, вторые - таких- же, но сцементированных.
Мелкообломочные породы. Рыхлые скопления мелких частиц размерами от
0,05 до 0,005 мм называют алевритами. Одним из широко распространенных
представителей алевритов является лесс - светлая палево-желтая порода, состоящая
преимущественно из остроугольных обломков кварца и меньше - полевых шпатов с
примесью глинистых частиц и извести.
Глинистые породы. Наиболее распространенными осадочными породами являются
глинистые, на долю которых приходится больше 50 % объема всех осадочных пород.
Глинистые породы в основном состоят из мельчайших (меньше 0,02 мм) кристаллических
(реже аморфных ) зерен глинистых минералов.
Химические и органогенные породы образуются преимущественно в водных
бассейнах.
На долю карбонатных пород в осадочной оболочке Земли приходится около 14 %.
Главный породообразующий минерал этих пород - кальцит, в меньшей степени - доломит.
Соответственно, наиболее распространенными среди карбонатных пород являются
известняки - мономинеральные породы, состоящие из кальцита.
Кремнистые породы состоят главным образом, из опала и халцедона. Так же, как
карбонатные, они могут иметь биогенное, химическое и смешанное происхождение.
К биогенным породам относятся диатомиты и радиоляриты, состоящие из мельчайших,
не различимых невооруженным глазом скелетных остатков диатомовых водорослей и
радиолярий, скрепленных опаловым цементом.
Каустобиолиты (греч. "каустос" - горючий, "биос" - жизнь) образуются из
растительных и животных остатков, преобразованных под влиянием различных
геологических факторов. Эти породы обладают горючими свойствами, чем и обусловлено
их важное практическое значение. К ним относятся породы ряда углей (торф, ископаемые
угли), горючие сланцы.
Метаморфические горные породы - результат преобразования пород разного
генезиса, приводящего к изменению первичной структуры, текстуры и минерального
состава в соответствии с новой физико-химической обстановкой. Главными факторами
(агентами) метаморфизма являются эндогенное тепло, всестороннее (литостатическое)
давление, химическое воздействие флюидов. Постепенность нарастания интенсивности
факторов метаморфизма позволяет наблюдать все переходы от первично осадочных или
магматических пород к образующимся по ним метаморфическим породам.
Метаморфические породы обладают полнокристаллической структурой. Размеры
кристаллических зерен, как правило, увеличиваются по мере роста температур
метаморфизма.
Рис. 2.6.5. Круговорот горных пород
Земная кора является основным объектом
изучения в геологии. Поэтому мы приведем
средние химические составы континентальной и
океанической коры, а также земной коры в
целом, согласно расчетам А.А.Ярошевского
(табл.7)
Таблица 7.
Тип коры Континентальная Океаническая В целом
Масса 10
24
г 22.32 6.14 28.46
SiO
2
54.55 49.89 53.54
TiO
2
0.855 1.381 0.97
Al
2
O
3
16.17 14.81 15.87
Fe
2
O
3
0.92 1.79 1.11
FeO 7.32 8.00 7.60
MnO 0.159 0.181 0.164
MgO 4.91 7.38 5.44
CaO 8.72 11.93 9.41
Na
2
O 2.74 2.38 2.66
K
2
O 1.32 0.23 1.09
P
2
O
5
0.201 0.143 0.189
C
орг.
0.07 0.06
CO
2
1.14 0.42 0.99
SO
3
0.063 0.010 0.052
S
2-
0.049 0.001 0.039
Cl 0.068 0.004 0.055
F 0.025 0.002 0.020
H
2
O 0.77 0.85 0.78
Сумма 100.056 100.002 100.039
2.7. Строение земной коры.
В предыдущем разделе было установлено общее внутреннее строение земного
шара, поверхность которого покрывает тоненькая, но чрезвычайно важная «пленка»,
называемая земной корой, имеющей в среднем мощность около 40 км и составляющей
всего лишь 1/160 от радиуса Земли. Земная кора вместе с частью верхней мантии до
астеносферного слоя называется литосферой, а литосфера, вместе с астеносферой
образует тектоносферу, верхнюю оболочку земного шара во многом ответственную за
процессы, происходящие в земной коре. Строение земной коры, мощность которой
изменяется практически от 0 до 70-75 км и повсеместно имеет четкую нижнюю границу –
поверхность Мохоровичича или «М», принципиально отличается на континентах и в
океанах.
Сведения о коре мы получаем от непосредственного наблюдения пород на
поверхности Земли, особенно на щитах древних платформ, из керна глубоких и
сверхглубоких скважин, как на суше, так и в океанах; ксенолитов в вулканических
породах; драгированием океанского дна и сейсмических исследований, дающих наиболее
важную информацию о глубоких горизонтах земной коры.
Океаническая кора обладает 3-х слойным строением (сверху вниз) (рис. 2.7.1):
1-й слой представлен осадочными породами, в глубоководных котловинах не
превышающей в мощности 1 км и до 15 км вблизи континентов.
Рис. 2.7.1. Схемы строения земной коры. I – континентальная кора, слои: 1 – осадочный, 2
– гранитно-метаморфический, 3 – гранулито-базитовый, 4 – перидотиты верхней мантии.
II – океаническая кора, слои: 1 – осадочный, 2 – базальтовых подушечных лав, 3 –
комплекса параллельных даек, 4 – габбро, 5 – перидотиты верхней мантии. М – граница
Мохоровичича
Породы представлены карбонатными, глинистыми и кремнистыми породами.
Важно подчеркнуть, что нигде в океанах возраст осадков не превышает 170-180 млн. лет.
2-й слой сложен, в основном, базальтовыми пиллоу (подушечными) лавами, с
тонкими прослоями осадочных пород. В нижней части этого слоя располагается
своеобразный комплекс параллельных даек базальтового состава, служившим
подводящими каналами для подушечных лав.
3-й слой представлен кристаллическими магматическими породами, главным
образом, основного состава – габбро и реже ультраосновного, располагающимся в нижней
части слоя, глубже которого располагается поверхность М и верхняя мантия.
Очень важно подчеркнуть, что кора океанического типа развита не только в
океанах и глубоководных впадинах внутренних морей, но встречается также и в
складчатых поясах на суше в виде фрагментов пород офиолитовой ассоциации,
парагенезис (сонохождение) которых (кремнистые породы – базальтовые лавы – основные
и ультраосновные породы) был впервые выделен в 20-х годах ХХ в. Г.Штейнманом в
Лигурийских Альпах на СЗ Италии.
Рис. 2.7.2. Строение океанической земной коры
Континентальная земная кора также имеет 3-х членное строение, но структура ее иная
(сверху вниз):
1-й осадочно-вулканогенный слой обладает мощностью от 0 на щитах платформ до
25 км в глубоких впадинах, например, в Прикаспийской. Возраст осадочного слоя
колеблется от раннего протерозоя до четвертичного.
2-й слой образован различными метаморфическими породами: кристаллическими
сланцами и гнейсами, а также гранитными интрузиями. Мощность слоя изменятся от 15
до 30 км в различных структурах.
3-й слой, образующий нижнюю кору, сложен сильно метаморфизованными
породами, в составе которых преобладают основные породы. Поэтому он называется
гранулито-базитовым. Частично он был вскрыт Кольской сверхглубокой скважиной.
Нижняя кора обладает изменчивой мощностью в 10-30 км. Граница раздела между 2-ым и
3-м слоем континентальной коры нечеткая, в связи с чем иногда в консолидированной
части коры (ниже осадочного слоя) выделяют 3, а не 2 слоя.
Поверхность М выражена повсеместно и достаточно четко скачком скоростей
сейсмических волн от 7,5 – 7,7 до 7,9 – 8,2 км/с. Верхняя мантия в составе нижней части
литосферы сложена ультраосновными породами, в основном, перидотитами, как, впрочем,
и астеносфера, характеризующаяся пониженной скоротью сейсмических волн, что
интерпретируется как пониженная вязкость и, возможно, плавление до 2-3%.