Сесёлкин И.В. Основы геологии и гидрогеологии

Подождите немного. Документ загружается.

Диориты – тёмно-серые породы сложенные средним плагиокла-

зом и роговой обманкой, в незначительных количествах может при-

сутствовать биотит, авгит, реже – кварц.

Андезиты сложены средними плагиоклазами и авгитом, реже –

роговой обманкой. Окраска серая и тёмно-зелёная.

Основные породы характеризуются отсутствием кварца и калие-

вого полевого шпата.

Цвет темный почти чёрный из-за

большого количества входящих

в них темноцветных минералов. Представлены габбро, диабазами

(глубинные породы) и базальтами (эффузивные породы).

Габбро – полнокристаллические крупно-среднезернистые гор-

ные породы, почти чёрного цвета, состоящие из основного плагиокла-

за, пироксена и небольшого количества рудных минералов.

Диабазы – тёмные плотные породы с равномерной мелко- и

среднезернистой структурой, по составу

однотипные с габбро.

Базальты – тёмная эффузивная горная порода, состоящая глав-

ным образом из плагиоклаза, пироксенов и частично оливина. Базаль-

ты составляют основную массу изверженных горных пород, ими сло-

жено дно современных океанов, они занимают обширные площади на

суше (например, мощным слоем базальтовых лав покрыты большие

пространства Центральной Сибири).

Ультраосновные породы – интрузивные

по происхождению; к

ним относятся: дуниты, перидотиты и кимберлиты. Цвет этих пород

тёмный до чёрного или тёмно-зелёный.

Дуниты сложены в основном оливином, перидотиты – оливи-

ном и пироксеном.

Кимберлиты – породы, состоящие из скреплённых цементом

обломков оливина, перидотитов, пиропа и некоторых других минера-

лов. Кимберлиты представляют собой воронкообразные тела – диат-

ремы

или трубки взрыва, возникшие при взрыве магматических газов.

В кимберлитах встречаются коренные месторождения алмазов.

С магматическими породами связаны месторождения многих

важнейших полезных ископаемых: самородных элементов, чёрных,

цветных металлов, редких и радиоактивных элементов. Многие маг-

матические породы используются как строительные материалы и тех-

ническое сырьё.

2.3.2 Осадочные горные породы

Процесс образования осадочных пород включает: 1) разрушение

ранее существовавших (материнских) пород, 2) перенос продуктов

разрушения 3) отложение продуктов, 4) преобразование осадка в поро-

ду, называемое диагенезом.

Под действием кислорода воздуха, углекислоты, воды, резкой

смены температур, а также в результате жизнедеятельности растений,

животных, микроорганизмов идёт разрушение пород, слагающих

верхнюю часть земной коры. Монолитные горные породы постепенно

раскалываются на всё более мелкие обломки, многие минералы разру-

шаются, а их составные части растворяются в воде или образуют дру-

гие минералы, устойчивые на поверхности Земли. Продукты разруше-

ния в виде твёрдых частиц или растворённых в воде веществ перено-

сятся с места на место водными потоками, ветром, ледниками и откла-

дываются на дне океанов, морей, озёр, в долинах рек, на равнинах и

склонах гор. Осадки морских водоёмов имеют характер рыхлых илов.

Превращение их в плотные горные породы является результатом дли-

тельного и сложного процесса, называемого диагенезом. При этом

происходит образование новых минералов, уплотнение, уменьшение

влажности осадка, его перекристаллизация и цементация.

2.3.3 Классификация осадочных пород

В зависимости от условий образования осадочные породы делят

на четыре основные группы: обломочные (кластические), глинистые,

породы химического происхождения и породы органического проис-

хождения. Породы всех этих четырёх типов могут образовываться и

накапливаться как на дне морей и океанов, так и на суше (в реках, озё-

рах, болотах и т. д.). В

первом случае осадочные породы называют

морскими, во втором континентальными. Структуру осадочных пород

устанавливают в зависимости от величины зёрен (крупнозернистая,

среднезернистая, мелкозернистая, алевритовая) и от формы зёрен

(оолитовая - зерна имеют форму шаровидных стяжений, игольчатая,

волокнистая).

Характерными текстурами осадочных пород являются слоистая

(порода состоит из горизонтальных или волнистых слоёв, образован-

ных зёрнами различного состава, цвета или размера) и беспорядочная

(слагающие породу зёрна расположены беспорядочно).

Осадочные горные породы залегают в виде слоёв или пластов.

Формы залегания связаны с условиями образования осадков – накоп-

лением их в стоячей воде или медленно передвигающейся воде, накоп-

лением на месте разрушения первичной породы и др.

По

величине обломков различают (размер указан в мм):

- грубообломочные (более 200 - крупные, средние: 200 - 10, мел-

кие: 10 – 2);

- песчаные (2 - 0,05);

- алевритовые (0,05 - 0,005)

- глинистые (менее 0,005).

В минеральном составе обломочных пород преобладает кварц, в

убывающем порядке содержатся полевые шпаты, слюды и цветные

минералы.

Обломочные породы образуются в результате механического

разрушения первичных горных пород (магматических, метаморфиче-

ских и

осадочных). Продукты разрушения могут откладываться на

месте или переносится текучей водой, ледниками и откладываться в

другом месте. Остаточные обломочные породы состоят из неокатан-

ных обломков первичных пород или составляющих их минералов, пе-

ренесённые – из окатанных в различной степени обломков.

Степень окатанности обломков зависит от дальности переноса их

от места разрушения первичных

пород. Хорошо окатанные обломки –

валуны, галька, гравий переносятся реками и ледниками. Неокатанные

обломки – глыбы, щебень – угловатые, с острыми краями, накаплива-

ются вблизи мест разрушения первичных пород.

Различают рыхлые и сцементированные обломочные породы.

Обломки скрепляются в единую монолитную массу, чаще всего при

помощи кремнистого, сульфатного и глинистого цемента. Сцементи-

рованные галечники

называют конгломератом, щебень – брекчией,

сцементированный гравий – гравелитом, песок – песчаником. Сцемен-

тированные пылеватые частицы называют алевролитами, а глины –

аргиллитами. От характера цемента зависит прочность породы. Рых-

лые и сцементированные обломочные породы классифицируют по ве-

личине и форме обломков.

Алевритовые породы занимают промежуточное положение ме-

жду обломочными и глинистыми породами. К алевритам

относят су-

песи, суглинки, лёсс, лёссовидные суглинки. Суглинки содержат от 10

до 30 % частиц мельче 1 мкм, а супеси – от 2 до 10 %.

Лёссовые породы состоят в основном из пылеватых частиц (70 –

75 %), глинистых частиц (обычно 1 – 2, реже 10 – 16 %), очень мало

содержится фракций крупнее 0,25 мм. Основная масса породы сложе-

на кварцем, полевым шпатом и слюдами. В небольшом количестве

имеются глинистые минералы:

каолинит, реже монтмориллонит. На

ощупь это мучнистые, слабо сцементированные карбонатные породы

палево-жёлтой или желто-бурой окраски.

Глинистые породы составляют около 60 % общего объёма оса-

дочных пород. Типичными глинистыми породами являются глины,

состоящие в основном из коллоидно-дисперсных глинистых минера-

лов и содержащие не менее 30 % частиц крупность менее 1 мкм. Ос-

новные глинистые

минералы – каолинит, гидрослюда, монтморилло-

нит.

Глины обладают специфическими физическими свойствами:

пластичностью, способностью при смачивании поглощать воду и раз-

бухать, слабой водопроницаемостью и др.

Образовываться глины могут как на месте разрушения различ-

ных пород (так называемые остаточные глины), так и путём осажде-

ния глинистых частиц в воде.

Встречаются глины, состоящие преимущественно

из одного ми-

нерала – каолинита (каолины – глины белого цвета, образуются при

выветривании гранитов, гнейсов и других горных пород), монтморил-

лонита (продукт выветривания алюмосиликатов, отбеливающие гли-

ны). Среди остаточных глин встречаются специфические породы –

бокситы, состоящие преимущественно из гидратов окиси алюминия.

Представляют собой плотные породы красного, реже – серого цвета.

Они формируются при выветривании

магматических пород в услови-

ях жаркого влажного климата, а также при переотложении этих про-

дуктов выветривания.

Химические породы образовались в результате испарения воды

из природных растворов в недрах или на поверхности земли. Эти по-

роды тесно связаны с органогенными, поскольку жизнь водоёмов оп-

ределяется составом его вод.

По химическому и

минеральному составу породы делятся на

следующие группы:

- аллитовые (гидраты окиси алюминия) – латериты и бокситы;

- кремнистые - трепелы и др.;

- карбонатные – известняки, доломиты, известковые туфы;

- сульфатные – гипс и ангидрит;

- галогенные – каменная соль, сильвинит;

- железистые – лимонит, сидерит, пирит и др.;

- фосфоритовые – фосфориты.

Выделяют также органогенные породы (каустобиолиты) – угли,

торф, горючие сланцы, асфальты, нефть и др.

Кроме рассмотренных выше осадочных горных пород, выделяют

породы смешанного происхождения – органо-химические. Они могут

быть кремнистого (диатомиты, опоки) или карбонатного (мел) соста-

ва.

Ниже приводится краткое описание наиболее распространённых

осадочных пород химического и органического происхождения.

Латериты – продукты выветривания алюмосиликатных пород,

обогащенные гидрооксидами алюминия, титана, железа. Бокситы –

алюминиевые руды, состоящие в основном из гидрооксидов алюми-

ния (28 – 80 %) и железа.

Трепел – осадочная горная порода, состоящая из микроскопиче-

ских зёрнышек опалового кремнезёма. Диатомит образован очень

мелкими кремнистыми скелетами диатомовых водорослей. Опока –

смешанная по происхождению порода, состоящая из трепела и мень-

шей степени – из скелетов диатомей.

Наибольшее распространение среди пород химического и орга-

нического происхождения имеют известняки. Химические известня-

ки состоят из мельчайших зернышек кальцита или из скоплений ша-

ровидных

известковых зёрен. Органогенные известняки состоят из

раковин моллюсков, скелетных остатков водорослей, кораллов и т.п.

Мел - порода смешанного химического и органического проис-

хождения, включает известковые остатки морских организмов (планк-

тона) и мелких кристалликов кальцита. Мергель - карбонатная порода

с примесью глинистых частиц (до 30 – 50 %). Доломиты – породы,

состоящие не менее чем на 95% из

минерала доломита (карбонаты

кальция и магния). Все карбонатные породы преимущественно белого

цвета, однако при наличии примесей могут быть серые, розовые, жёл-

тые и др.

К сернокислым породам относится гипс и ангидрит. Гипс - поро-

да, сложенная одноимённым минералом, цвет белый, желтый или ро-

зовый. Ангидрит - плотная порода серого или голубовато-серого

цве-

та, состоящая из одноимённого минерала. Образуются путём осажде-

ния из воды в солёных лагунах, озерах.

Каменная соль и сильвинит образуются путём осаждения из

воды в солёных лагунах, озерах, где накапливаются слои толщиной в

несколько сот метров. Цвет белый, голубой; сильвинит иногда имеет

красный цвет.

Железистые породы состоят в основном из рудных

минералов –

оксидов (лимонита), карбонатов (сидерита), сульфидов (пирита) же-

леза. Широко распространены оксиды железа, образующиеся путём

выпадения из воды в морях, озерах и болотах (бурые железняки).

Фосфатные породы осадочного происхождения представлены

фосфоритами. Часто фосфориты образуются на дне морей в виде ша-

ровых скоплений - конкреций. Цвет их серый, буроватый, черный.

Углеродистые породы -

уголь, торф, нефть, битуминозные поро-

ды. Торф - рыхлая порода бурого или черного цвета, состоящая из по-

луразложившихся остатков растений; образуется в болотах. Угли -

порода, образовавшаяся из растительных остатков, накапливающихся

на дне мелких водоёмов. Разновидности углей: бурый, каменный

уголь, антрацит.

Битуминозные породы – тёмные и чёрные, образуются из нефти

при её окислении.

При накоплении битумов, одновременно с тонкими

илами образуются горючие сланцы. Примером битуминозных пород

являются природные асфальты.

Полезные ископаемые, встречающиеся в осадочных породах,

весьма разнообразны. Важнейшие из них – железные и марганцови-

стые руды, бокситы, нефть, газ, ископаемые угли, горючие сланцы, а

также россыпные месторождения золота, платины, граната и др., обра-

зующиеся

в результате разрушения первичных руд пород магматиче-

ского происхождения, переноса и переотложения продуктов разруше-

ния поверхностными водами.

Многие осадочные породы (пески, глины, песчаники, известняки,

доломиты, мергели и др.) сами являются полезными ископаемыми и

находят применение как строительные материалы и как техническое

сырьё. В качестве химического сырья широкое применение находят

многие минеральные

соли – галит, гипс, ангидрит, мирабилит, калий-

ная соль и др.

2.3.4 Метаморфические горные породы

Осадочные и магматические породы, попадая в глубокие зоны

земной коры, претерпевают изменения под влиянием высокой темпе-

ратуры, давления и поднимающихся из глубины горячих водных рас-

творов и газов. Эти изменения заключаются в перекристаллизации ве-

щества, замещении одних минералов другими, образовании новых

структур и текстур. Процесс преобразования ранее существовавших

осадочных и магматических

горных пород в метаморфические называ-

ется метаморфизмом.

Ниже приведено описание основных метаморфических горных

пород.

Гнейсы – полосчатые породы: обычно светлые полосы кварца и

полевого шпата чередуются с тёмными полосами слюды, амфибола,

пироксена.

При метаморфизме кварцевых песков и песчаников образуются

кварциты – крепкие горные породы из прочно сцементированных

зёрен кварца. Железистые кварциты, которые

ещё называют джеспи-

литами, содержат большое количество оксидов железа (магнетит и

гематит) и являются ценными железными рудами.

Сланцы – тонкослоистые породы, содержащие большое количе-

ство цветных минералов (слюд, амфиболов и др.) и имеющие листова-

тую или вытянутую форму. Глинистые сланцы – слабо метаморфизо-

ванные породы, образующиеся из глин. Это плотные сланцевые поро-

ды

серого или тёмно-серого цвета, состоящие из гидрослюд, хлорита,

каолинита, кварца, полевых шпатов.

При средней и частично сильной степени метаморфизации раз-

личных пород образуются кристаллические сланцы. Различают ортос-

ланцы - образовавшиеся из магматических пород и парасланцы - из

осадочных пород. По преобладающему в сланцах минералу их назы-

вают слюдяными, тальковыми, хлоритовыми, амфиболовыми

и т. д.

Кристаллические сланцы характеризуются сланцевой текстурой, цвет

их может быть различным и обусловлен цветом слагающих их главных

минералов.

Скарны – породы, образующиеся при контакте карбонатных и

интрузивных пород и состоящие из пироксенов, плагиоклазов, грана-

тов, рудных минералов.

Мраморы - породы, состоящие из кальцита и образующиеся при

метаморфизме известняков. Имеют зернисто-кристаллическую

струк-

туру, массивную текстуру. Цвет мраморов чаще всего белый, светло-

серый и розовый.

Эклогиты – занимают особое место среди метаморфических по-

род. Эти породы образуются на очень большой глубине при высокой

температуре и давлении. Они состоят из пиропа и омфацита. По мне-

нию большинства учёных, именно такими породами сложена мантия

Земли.

Метаморфические породы обычно классифицируют по мине-

ральному составу. Если в породе преобладает кварц, такую

породу

называют кварцитом; если больше содержится полевого шпата – гней-

сом. Если кварца и полевого шпата в породе мало, а большая часть

сложена цветными минералами – то такая порода называется сланцем.

Породы, состоящие из одних карбонатных пород, называются мрамо-

рами.

Метаморфические горные породы содержат много полезных ис-

копаемых – железо, медь, вольфрам, олово

и другие металлы, а также

слюды, асбест, тальк; используются в качестве строительных и отде-

лочных материалов.

3 Геологические процессы

Процессы, происходящие на поверхности и в недрах Земли и из-

меняющие её состав, структуру, рельеф и глубинное строение, назы-

вают геологическими. Различают эндогенные (внутренней динамики)

и экзогенные (внешней динамики) процессы. Эндогенные процессы

вызываются в основном внутренними силами Земли: энергией, выде-

ляемой при преобразовании вещества Земли (радиоактивный распад

элементов и др.), силой

тяжести и силами, возникающими при враще-

нии Земли. С эндогенными процессами связаны движение земной коры

(землетрясения, медленные подъём и опускание отдельных участков

земной коры и др.), образование основных элементов рельефа Земли

(материков, гор, океанических впадин), тектонические дислокации

горных пород, магматические и вулканические явления, а также мета-

морфизм горных пород.

Экзогенные процессы происходят на поверхности Земли, в са-

мых верхних частях земной коры и вызывают главным образом сол-

нечной радиацией, силой тяжести Земли, силами притяжения Луны и

Солнца, жизнедеятельностью организмов. Действие экзогенных про-

цессов приводит к разрушению горных пород под влиянием различных

факторов (изменения температуры, растворения, окисления, действия

организмов и продуктов

их жизнедеятельности и т.д.); к перемещению

продуктов разрушения под действием силы тяжести, при помощи дви-

жущейся воды, ледников, ветра; к образованию новых осадочных по-

род.

Возвышенные и поднимающиеся участки земной коры расчленя-

ются поверхностными водотоками на более мелкие элементы, среза-

ются сверху и с боков – подвергаются денудации. Под денудацией в

широком смысле слова понимается совокупность процессов разруше

ния и сноса, удаления продуктов разрушения в пониженные участки.

Совокупность процессов накопления рыхлых минеральных и ор-

ганических осадков в пониженных частях земной поверхности называ-

ется аккумуляцией. В зависимости от действия того или агента раз-

личают аккумуляцию гравитационную, речную, озёрную, ледниковую,

морскую, эоловую, биогенную и техногенную.

Изучением форм рельефа земной поверхности,

их происхождения

и закономерностей географического распространения занимается нау-

ка геоморфология.

3.1 Эндогенные процессы

К основным проявлениям процессов внутренней динамики Земли

относятся тектонические нарушения, колебательные движения земной

коры, землетрясения, магматизм и метаморфизм.

3.1.1Тектоника литосферных плит

В XVI веке, вскоре после открытия Колумба, стали появляться

географические карты с более точным изображением берегов Амери-

ки, и в XVII веке Ф.Бэкон и Ф.Пласэ в своих трудах отметили удиви-

тельное совпадение береговых линий континентов по разные стороны

Атлантического океана.

В середине XIX века А.Снидер высказал предположение о суще-

ствовавшем

ранее едином континенте планеты.

Ещё несколько учёных самостоятельно приходили к мысли, что

нынешние континенты представляют собой обломки более крупных

суперконтинентов далёкого прошлого, разошедшиеся в разные сторо-

ны на тысячи километров друг от друга. В 1912 году немецкий иссле-

дователь Альфред Вегенер выступил с докладом, в котором выдвинул

гипотезу дрейфа материков, подкрепив её

разнообразными геологиче-

скими и геофизическими данными. Единый суперконтинент палеозой-

ской эры, позже расколовшийся и распавшийся Вегенер назвал Панге-

ей (единая земля).

Сейчас уже установлено, что каменная оболочка Земли не пред-

ставляет собой единого целого, а состоит из частей, называемых лито-

сферными плитами. Их внутренние области – сравнительно спокой-

ные в сейсмическом отношении, а границы между ними отмечены зем-

летрясениями: именно там

накапливаются напряжения из-за смещения

одной плиты относительно другой. Сейчас литосфера Земли делится на

семь больших и несколько более мелких плит. Различают два вида

границ между плитами. Если литосферные плиты расходятся, удаля-

ются друг от друга, на поверхности земной коры появляются глубокие

расселины – рифты, протянувшиеся вдоль подводных срединно-

океанических хребтов.

Такие границы называются дивергентными

(расходящиеся). Если плиты сходятся, границы между ними называют

конвергентными (сходящиеся).

Главный источник перемещения литосферных плит находится

под литосферой, где происходят круговые восходяще-нисходящие

движения мантийного вещества – его циркуляция или конвекция.

Там, где конвективные кольца сходятся в восходящий поток, литосфе-

ра приподнимается и раздвигается в стороны. Образуются

срединно-

океанические хребты с их расселинами-рифтами, где по трещинам из-

ливаются базальтовые лавы. Под поверхностью дна магма, заполнив-

шая трещины, застывает и превращается в горную породу. Так образу-

ется новая океаническая кора и разрастается морское дно. Этот про-

цесс называется спредингом. Скорость этого процесса составляет от

нескольких миллиметров до 18 см

в каждую сторону от оси хребта.

Если в срединно-океанических хребтах литосфера разрастается,

то океаническая литосфера одной из плит пододвигается под сосед-

нюю плиту и затягивается мантийными потоками на глубину. Такое

пододвигание, затягивание и погружение океанической литосферы

называют субдукцией.

На дне океана, где литосфера затягивается в мантию, образуются

глубоководные желоба.

Самый глубокий из них – Марианский в Тихом

океане (глубина более 11 км). Рядом с желобами цепочкой выстраива-

ются действующие вулканы, например вулканы Курильской островной

дуги и Камчатки, рядом с Курильско-Камчатским жёлобом. Они обра-

зуются над тем местом, где литосфера, наклонно уходящая на глубину,

начинает плавиться под действием высоких температур. В разных

зо-

нах скорость субдукции колеблется от 1 до 12 см в год.