Мосин К.Ю. Инженерная геология. Учебное пособие

Подождите немного. Документ загружается.

Рис.2.5. Формы залегания горных пород:

1 – батолит; 2 – этмолит; 3 – гарполит; 4 – шток; 5 – лополит; 6 –

факолит; 7 – жила; 8 – купол; 9 – лавовые потоки; 10 – некк;11 – лавовый

обелиск;13 – пластовые тела магматических пород; 14 – дайка; 15 –

лакколит; а – пластовые тела осадочных пород.

§ 2. Магматические горные породы

Магматические породы образуются в результате остывания и

кристаллизации магмы; также они называются изверженными

породами.

Возникновение горных пород в результате застывания и

кристаллизации магмы подтверждается прямыми наблюдениями за

извержениями вулканов, анализом форм залегания пород, а также

вещественным составом, аналогичным вулканическим породам. Об

этом же свидетельствует структура магматических пород, указывающая

на кристаллизацию при охлаждении расплава (см. табл. 2.2).

В зависимости от места остывания и кристаллизации магмы (на

глубине или на поверхности), образуются горные породы двух типов:

1. Интрузивные (глубинные, абиссальные) породы.

2. Эффузивные (излившиеся) породы.

Формирование интрузивных пород происходит в условиях

больших температур и давлений и медленного остывания магмы. При

этом слагающие магму атомные и молекулярные частицы успевают

образовать минералы в виде хорошо ограненных кристаллов и

кристаллических зерен с образованием полнокристаллических

зернистых структур. Структуры могут быть

равномернозернистыми и неравномернозернистыми –

порфировидными. Порфировидные структуры образуются при

возникновении крупных кристаллов на фоне средне- или

мелкозернистой основной массы минералов в результате резкого

изменения температурного режима. Такие условия характерны для

участков земной коры, расположенных в относительной близости от

поверхности (почти эффузивные, полуглубинные (гипабиссальные)

породы).

Для жильных пород наиболее характерна пегматитовая

структура, когда два минерала кристаллизуются одновременно, и их

кристаллы упорядоченно прорастают друг в друга. Например, полевой

шпат пронизывается кварцем; такая порода называется письменный

гранит или еврейский камень (из-за формы кристаллов, напоминающих

буквы еврейского алфавита).

Текстуры интрузивных и жильных пород массивные (плотные),

однородные. Типичные интрузивные породы: гранит, пегматит, диорит,

габбро.

Излияние магмы на поверхность или на морское дно приводит к

тому, что она быстро попадает в область низких температур и давлений

и быстро остывает. Образующиеся эффузивные горные породы не

успевают полностью кристаллизоваться, поэтому содержат какое-то

количество вулканического стекла. В застывших лавах часты округлые

пустоты, возникшие после выделения газообразных продуктов в

атмосферу.

Структуры излившихся эффузивных пород могут быть

стекловатые, полустекловатые (полукристаллические),

скрытокристаллические (кристаллы видны только под микроскопом),

порфировые и афировые.

Порфировая структура – кристаллы начальной стадии

кристаллизации (начавшейся еще на глубине) расположены среди

стекловатой или скрытокристаллической массы. Характерный

представитель – кварцевый порфир.

Афировая структура – в микрокристаллической массе

вкрапленники отсутствуют.

Текстуры для эффузивных пород характерны однородные

плотные, а также пористые, флюидально-полосчатые и

миндалекаменные.

Поскольку среди магматических пород можно выделить

переходные типы: глубинные  полуглубинные (гипабиссальные) 

эффузивные, то и структуры будут переходного типа:

равномернозернистые  порфировидные  порфировые.

Главными минералами магматических пород являются: кварц,

полевые шпаты, цветные силикаты (роговая обманка, пироксен, биотит,

оливин). Кварц и полевые шпаты – светлые минералы, цветные

силикаты – темные. Содержание кварца в магматических породах

колеблется от 0% до 40% и более.

Существующая классификация магматических горных пород

подразделяет их по степени кислотности (содержанию кремнезема

SiO

в виде кварца и в составе других минералов) и основности

(содержанию темноцветных минералов).

Отдельно для эффузивных пород имеется еще подразделение по

степени измененности: при попадании на поверхность, многие

минералы подвергаются изменениям с образованием новых минералов.

Например, полевые шпаты превращаются в каолинит (глинистый

минерал), либо в серицит (мелкочешуйчатая слюда), либо в эпидот.

Если учесть, что многие магматические породы на 50-60%

состоят из полевых шпатов, то это очень существенно. Поэтому, в

зависимости от проявления этих вторичных процессов, среди

эффузивных пород различают:

- измененные (палеотипные) породы;

- неизмененные (кайнотипные) породы.

Количественное соотношение светлых и цветных минералов

определяет внешний облик горной породы, ее окраску. Бедные

цветными минералами породы окрашены в светлые тона; породы с

большим цветным индексом имеют темно-зеленую или черную

окраску.

Таблица 2.2.

Классификация магматических горных пород

Кислые

SiO

>65%

Средние

SiO

=52-65%

Основные

SiO

=45-52%

Ультраосновные

SiO

<45%

Цветные

минералы

(биотит,

роговая

обманка,

пироксены) –

5-15%

Цветные

минералы

(биотит,

роговая

обманка,

пироксены) -

15-25%

Цветные

минералы

(пироксены

роговая

обманка,

оливин) –

50%

Цветные

минералы

(оливин,

пироксены) –

100%

Условия

образования

Форма

залегания

Текстура Структура

Степень

изменения

Кварц

30-50%

Кварц

до 10%

Кварц отсутствует

Полевые

шпаты

50-60%

Полевые

шпаты

66%

Полевые

шпаты

(только

плагиоклаз) -

50%

Полевые шпаты

отсутствуют

Эффузивные

Покровы,

потоки,

купола,

вулкани-

ческие

дайки

Флюи –

дальная,

миндале-

каменная,

массивная

пористая

Афанитовая,

порфировая,

стекловатая,

полу-

стекловатая

Кайнотип-

ные

Липарит,

дацит

Трахит,

андезит

Базальт

Палеотип-

ные

Липарито –

вый порфир

дацитовый

порфирит

Трахитовый

порфир,

андезитовый

порфирит

Базальтовый

порфирит,

диабаз

Интрузивны

Массивы,

жилы,

дайки

Массивная

Полнокрис -

таллическая,

порфировид-

ная

Гранит,

гранодиорит

Сиенит,

диорит

Габбро

Дунит,

перидотит,

пироксенит

§ 3. Осадочные горные породы

Осадочные горные породы покрывают почти всю поверхность

Земли прерывистым чехлом. Осадочные породы образуются в

результате разрушения и последующего отложения разнообразных

продуктов выветривания магматических, метаморфических и

осадочных (же) пород.

Образование осадочных пород связано с экзогенными

процессами, протекающими на поверхности Земли, в гидросфере и

атмосфере.

Образование и изменение осадочных пород представляет собой

ряд стадий:

I стадия – возникновение исходных продуктов за счет

разрушения первичных пород (процессы выветривания) – стадия

гипергенеза.

II стадия – перенос и осаждение вещества – стадия

седиментации (накопления).

III стадия – превращение осадков в осадочные горные породы –

стадия диагенеза.

Последняя стадия состоит из нескольких этапов. Сначала

происходит уплотнение осадков под весом вышележащих отложений,

затем дегидратация (обезвоживание), в последнюю очередь

происходит кристаллизация и отвердевание или цементация

(окаменение) осадков. В последнем случае, цементирующее вещество

или выделяется из того же осадка, или приносится извне.

В соответствии с условиями образования осадочные породы

делятся на четыре генетические группы: обломочные породы,

клинистые породы, химические породы, органогенные породы.

Обломочные и глинистые породы образуются из механических

осадков. К обломочным породам относятся: песок, гравий, глина,

супесь, суглинок, песчаник, конгломерат.

Химические осадочные породы образуются из химических

осадков коллоидных или истинных растворов. Выпадение осадков из

растворов зависит от концентрации растворенного вещества и

температуры раствора. К химическим породам относятся: галит,

известняк, доломит, бокситы.

Органогенные породы образуются благодаря жизнедеятельности

растительных и животных организмов. Это: мел, известняк, уголь,

нефть, янтарь.

Обломочные и глинистые породы характеризуются структурами,

различающимися по величине и форме зерен и взаимоотношениям

между ними. Виды пород представлены в таблице 2.3. Кроме того, эти

породы могут встречаться в несцементированном и сцементированном

состоянии. Поэтому дополнительно различают структуры цемента и

типы цементации.

Таблица 2.3.

Классификация обломочных и глинистых пород

Структура

Размер зерен,мм

Несцементированные

Сцементиров

анные

Несвязные

Связные

Неокатан

ные

Окатанные

Грубообломочная

(псефитовая)

100-

1000

глыбы валуны -

брекчия

или

конгломе-

рат

100-

щебень галька -

40-2 дресва гравий -

Среднеобломочная

(псаммитовая)

2-0,05

песок различной

крупности

- песчаник

Мелкообломочная

(алевритовая)

0,05-

0,005

супесь

лесс

алеврит

алевролит

Тонкая

(пелитовая)

0,00

суглинок

глина

аргиллит

По взаимоотношению зерен и цемента различают следующие

типы цементации (см. рис. 2.6):

1. Базальный (основной) цемент – составные части осадка

рассеяны в ²растворе², цементация механически очень прочная.

2. Контактовый цемент (цемент соприкосновения) – развит

только в местах соприкосновения зерен, цементация непрочная.

3. Цемент пор – выполнение цементом пространства между

соприкасающимися зернами, прочность различная.

По структуре самого цемента различают:

- беспорядочный полимиктовый цемент, состоящий из

алевритовых и пелитовых частиц, прочность различная;

- аморфный мономинеральный однородный цемент (опаловый,

фосфатный, железистый), очень прочный;

- беспорядочно-зернистый цемент, состоящий из беспорядочно

расположенных зерен одного минерала (кальцит, глинистые минералы),

прочность различная;

- цемент обрастания (корковый), когда минеральные зернышки

цемента (кальцит, халцедон, фосфаты) обрастают зерна породы или

стенки пор, прочность различная.

Рис. 2.6. Виды цемента: а – базальный; б – контактовый; в – цемент пор;

1 – цементирующее вещество; 2 – частицы породы;3 – незаполненные поры.

Химические и органогенные породы подразделяются, в

основном, по химическому составу, так как они, большей частью,

мономинеральные, однородные. Эти породы являются наиболее

растворимыми продуктами изменения первичных минералов.

К группе собственно химических осадков относятся

минеральные соли (галит, гипс, мирабилит), а также карбонатные,

фосфатные и кремнистые породы. В образовании последних иногда

участвуют микроорганизмы, поэтому их трудно отделить от

органогенных пород (смешанный генезис). Процесс осадки солей

наиболее интенсивно идет в условиях сухого и жаркого климата, когда

количество испаряемой воды значительно превышает количество

атмосферных осадков. Например, в заливе Кара-Богаз-Гол, который

отшнуровывается летом от Каспийского моря, за лето выпадает около

4,5 миллиардов тонн мирабилита.

Группу органогенных пород составляют скопления твердых

скелетных остатков организмов. По химическому составу они

подразделяются на:

- карбонатные породы (известняк, мел, ракушечник), которые

образуются из остатков кораллов, моллюсков, водорослей;

- кремнистые породы (диатомит, трепел, опока),

образовавшиеся из радиолярий, губок, водорослей;

- фосфатные породы (фосфаты), образовавшиеся из раковин и

останков позвоночных животных.

Особая подгруппа органических пород – горючие породы,

образованные углеводородами в различном состоянии. Здесь

выделяются:

- угольный ряд – каменный уголь, торф, горючие сланцы, бурый

уголь;

- битумный ряд – нефть, асфальт, природный газ.

§4. Метаморфические горные породы

Метаморфизм (преобразование) – это вся совокупность

эндогенных физико-химических процессов, которые ведут к

изменению горных пород уже после их образования (см. рис. 2.7).

Породы при этом остаются в твердом состоянии, и только иногда

переплавляются (крайняя степень метаморфизма – анатексис).

Преобразование происходит под влиянием высоких температур

и давлений при участии воды, водяных паров, иногда – других

растворов и газов, отделяющихся от магмы. При этом химический и

минералогический состав пород, их свойства и внешний облик

меняются: аморфный опал превращается в кристаллический кварц,

лимонит – в гематит или магнетит. Одновременно происходит

перекристаллизация породы: пористый известняк превращается в

плотный кристаллический мрамор, рыхлый песок – в монолитный

кристаллический кварцит, глина – в сланец.

Степень метаморфизма, как и его виды, различна. Существуют

постепенные переходные разности преобразования исходных пород в

метаморфические. Преобразование горных пород может происходить:

- на контакте интрузии с боковыми породами – контактовый

метаморфизм;

- при воздействии горячих гидротермальных растворов на

стенки трещин, по которым движутся эти растворы –

гидротермальный метаморфизм;

- в результате очень высоких давлений, возникающих на глубине

– динамометаморфизм;

- при участии всех этих факторов на больших пространствах –

региональный метаморфизм.

Типичные метаморфические породы: кварциты, различные

сланцы, филлиты, скарны, роговики, гнейсы.

Метаморфические породы имеют особые полнокристаллические

структуры, возникающие при перекристаллизации вещества в твердом

состоянии. В горных породах всегда имеется какое-то количество воды

в кристаллических решетках минералов и в свободном виде. При

повышении температуры вода высвобождается и действует как

растворитель, последовательно растворяя зерна минералов и отлагая

другие минералы в другом месте.

Структуры метаморфических пород подразделяются на

кристаллобластические, катакластические, реликтовые.

Кристаллобластические структуры образуются в результате

перекристаллизации и роста кристаллов в твердом состоянии. В

зависимости от действующего давления, в структурах наблюдается

ориентировка зерен минералов (сланцеватая, чешуйчатая структуры).

Катакластические структуры возникают вследствие сильного

одностороннего давления, вызывающего деформацию и дробление

минеральных зерен.

Реликтовые структуры сохраняют следы структуры первичных

пород.

Текстуры метаморфических пород:

- сланцеватая (тонкоплитчатая);

- полосчатая (ленточная, гнейсовая);

- массивная;

- очковая (агрегаты светлых крупных минеральных зерен в

мелкозернистой основной массе;

- волокнистая (волокнистые минералы переплетаются между

собой);

- плойчатая (мелкие складки, похожие на гофрировку).

Рис.2.7. Схема образования изверженных, осадочных и метаморфических

горных пород.

ЧАСТЬ III. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О ТЕКТОНИКЕ

Тектоника - с греческого «строение»; таким образом,

геотектоника или тектоника Земли – геологическая наука, изучающая

особенности строения и развития земной коры.

Глава 1. Роль тектоники в процессе осадконакопления

и формирования рельефа земной поверхности

Многообразие горных пород чрезвычайно велико. Крайне

разнообразны и условия их залегания. Иногда мощность толщи

осадочных пород достигает нескольких километров, а иногда

прослойки какой-либо разности горной породы в общей толще

осадочных пород измеряется сантиметрами.