Основы петрографии

петрография

Петрография — наука о горных породах

Она изучает минеральный и химический состав, происхождение (генезис) горных пород, условия их залегания и взаимоотношения с другими породами, а также изменение с течением геологического времени. Горные породы, слагающие земную кору, представляют собой минеральные агрегаты, т.е. состоят из определенного сочетания минералов. Известно около 1000 различных видов горных пород. Они могут быть мономинеральными (каолиновые глины, кварцевые пески и др.) и полиминеральными (граниты, нефелиновые сиениты и др.). Минеральный состав каждой горной породы одинаков и имеет определенные породообразующие составляющие. Химический состав породы зависит от того, из каких минералов она состоит.
Каждая горная порода образуется в определенных геологических условиях. В зависимости от происхождения все горные породы разделяют на три группы: магматические, осадочные и метаморфические.
Магматические горные породы образуются при остывании сложного силикатного расплава, или магмы, в недрах земли (глубинные породы) или на ее поверхности (излившиеся). Осадочные горные породы — результат накопления и преобразования продуктов разрушения ранее возникших горных пород, а также накопления остатков организмов и продуктов их жизнедеятельности.
Метаморфические горные породы обязаны своим происхождением изменению магматических или осадочных пород, преимущественно в глубоких частях земной коры под действием высокой температуры, давления и химических агентов (растворов и газов). При метаморфизации породы изменяется её структура, текстура, минеральный, а часто и химический состав. Метаморфизм может быть общим (региональным), когда он охватывает большие площади, и местным (или контактным) — в зонах соприкосновения горной породы с магмой. На долю магматических и метаморфических пород приходится около 95 масс%., а на долю осадочных — только 5 масс%. Тем не менее именно осадочные породы покрывают земную поверхность (около 75% ее площади).
Горные породы различают между собой по внешним признакам: структуре, текстуре, минеральному составу, цвету, твердости и другим физико-механическим свойствам.
Структуру (строение) горной породы определяют ее состояние (кристаллическое, аморфное), взаимное расположение породообразующих минералов, их размеры, форму и др.
Среди магматических пород выделяют структуры кристаллические, стекловатые, порфировые (стекловатая масса, в которой рассеяны крупные кристаллы породообразующих минералов). Структуры пород осадочного происхождения характеризуются величиной обломков, или зерен, слагающих породу: грубообломочные (щебень), среднеобломочные (пески), тонкообломочные (глины) и др. Метаморфические горные породы сложены часто листоватами, пластинчатыми и чешуйчатыми минералами, поэтому основным внешним признаком служит не структура, а текстура горной породы.
Текстура — это особенности сложения горной породы. Выделяют текстуры слоистые, полосчатые, сланцеватые (порода раскалывается на мелкие пластинки или плитки), при неоднородном составе возникают пятнистые текстуры и др.
Цвет горных пород зависит от цвета слагающих их минералов. Светлоокрашенные минералы (кварц, натриевые и калиевые полевые шпаты, гипс, кальцит и др.) обусловливают светлую окраску породы — серые или красноватые граниты, белые известняки, светло—желтые или бурые песчаники. Темноцветные породообразующие минералы (железосодержащие силикаты и алюмосиликаты) окрашивают породы в темные (темно-серые, темно-зеленые, черные) тона — базальты, оливиниты и др. Наиболее распространенные минералы—красители осадочных горных пород — оксиды и гидроксиды железа, окрашивающие осадочные породы в желтые, бурые и красно-бурые тона.
Твердость — также определяющий признак горной породы. Различают породы твердые (порода оставляет царапину на стекле), средние (не оставляет царапины и не царапается ногтем) и мягкие (на породе остается царапина, или она растирается пальцами).
Магматические горные породы по содержанию (% масс.SiO2) делят на

1) ультракислые (выше 75);

2) кислые (75-65 );

3) средние (65—52);

4) основные (52-45) и

5) ультраосновные (менее 45).

К особой группе пород относят щелочные породы, содержащие повышенное количество щелочей (среднее содержание Nа2O—8— 16% масс, К2O-3-5% масс). По происхождению различают глубинные, излившиеся и жильные магматические породы, а также продукты вулканической деятельности. Минеральный состав глубинных пород изменяется от ультракислых до ультраосновных. Ультракислые и кислые породы (аплиты и граниты) содержат кварц (30—40%масс), в средних породах (диоритах) его содержание значительно ниже, а в основных и ультраосновных (габбро и перидотиты) кварц отсутствует. В ультракислых и кислых породах встречают калиевые и натриевые полевые шпаты. По мере уменьшения содержания кремнезема в породе возрастает количество темноцветных железосодержащих силикатов и алюмосиликатов (амфиболов, пироксенов, оливинов). В полевых шпатах возрастает содержание кальциевой составляющей, эти минералы приобретают темный цвет.
Таким образом, основные и ультраосновные породы имеют окраску темно-серой до черной. Содержание (% масс.) темноцветных минералов в кислых породах 5—10, средних 15—25, основных 35-40 и ультраосновных 40—100.
Для силикатной промышленности представляют особый интерес ультракислые породы, в которых присутствует кварц и К—Na— полевые шпаты с низким содержанием слюды: аплиты, аляскиты, пегматиты.
Осадочные горные породы образовались в верхних частях земной коры и на ее поверхности под действием атмосферных агентов ( солнце, вода, ветер) и микроорганизмов. Они образуют три генетических группы: а)обломочные породы, состоящие из продуктов механического и химического разрушения горных пород; б)глинистые породы, состоящие также из продуктов механического и химического разрушения горных пород; в)химические и хемобиогенные породы, сформировавшиеся за счет выпадения солей из растворов, а также в результате жизнедеятельности организмов, их последующего отмирания и накопления.
В обломочных осадочных (щебень, галька, пески) в зависимости от величины и формы обломков выделяют: грубообломочные, средние или песчаные, мелкообломочные или пылеватые породы.
Среди рыхлых грубообломочных выделяют угловатые и окатанные породы различных размеров: а) глыбы—угловатые, валуны— окатанные — обломки диаметром более 200 мм, б) щебень — угловатые, галька — окатанные — обломки от 10 мм. Горную породу, представляющую собой сцементированные угловатые обломки, называют брекчией, сцементированные окатанные обломки -конгломератом.
Глинистые породы (пелиты) — распространенные и широко используемые в промышленности строительных материалов осадочные породы. Глины образуются при переносе и осаждении глинистых минералов; они состоят из тончайших частиц размером менее 0,01мм. Глины содержат в основном минералы — каолин, монтмориллонит, а также гидрослюды, зерна кварца, полевого шпата, нередко органические вещества. Чистые разновидности глин встречаются среди континентальных пород: каолинитовые (огнеупорные) и монтмориллонитовые (отбеливающие) глины. Уплотняясь, глины переходят в аргиллиты — прочные горные породы, не размокающие в воде.
Химические и биохимические породы формируются в водоемах и на суше в результате химических процессов, жизнедеятельности и отмирания животных и растений. Химические и биохимические породы связаны между собой, часто имеют смешанное происхождение, Это позволяет объединять их в одну группу и классифицировать по химическому составу. Карбонатные породы представлены известняками, мелами и доломитами. Известняки состоят из минерала кальцита, мел — из мельчайших раковин фораминифер, их обломков и тонких зерен кальцита. Доломиты образуются путем химического осаждения или воздействия магнийсодержащих растворов на известковые осадки и породы и состоят из одноименного минерала. Мергель — осадочная порода, смешанного глинисто-карбонатного состава. Кремнистые породы представлены водным кремнеземом (опал). Среди них выделяют: диатомит — органогенного происхождения, трепел — коллоидно—химического происхождения, опока — твердая кремнистая порода с раковистым изломом, образованная при перекристаллизации и цементации диатомита и трепела. Галоидные и сернокислые породы возникают при выпадении соединений из пересыщенного раствора. Наиболее распространены из галоидных: каменная соль, состоящая из минерала галита, а из сульфатных: гипс, ангидрит, и мирабилит, или глауберова соль. Железистые породы образуются в морях, озерах, болотах и состоят из оксидов, гидроксидов и карбонатов железа. Фосфоритовые породы — это различные осадочные породы — пески, песчаники, известняки, обогащенные фосфатом кальция. Каустобиолиты — биогенные горные породы и важнейшие полезные ископаемые. Среди них выделяют породы угольного ряда — торф, бурый уголь, каменный уголь, антрацит, сапропелиты, отличающиеся друг от друга степенью разложения органического вещества и содержанием углерода, породы битумного ряда — нефть и др.
Метаморфические горные породы возникают в результате метаморфизма магматических, осадочных, иногда метаморфических пород под влиянием высокой температуры, большого давления и воздействия газовых и жидких растворов, выделяющихся из магматических очагов. Для метаморфических пород характерна преимущественно полнокристаллическая структура со сланцевой, полосчатой, реже массивной текстурой. В них содержатся минералы, свойственные магматическим и осадочным породам, а также возникает ряд специфичных минералов: при низкотемпературном метаморфизме — серпентин, тальк, хлориты, при высокотемпературном — дистен, силлиманит, ставролит и т.д.
Для силикатной технологии наиболее распространены и представляют промышленный интерес следующие метаморфические породы.
Глинистые сланцы — породы, соответствующие начальным стадиям метаморфизма осадочных глинистых пород. Кристалличес кие сланцы— полукристаллические метаморфические породы, возникшие при перекристаллизации( в твердом состоянии) как осадочных пород (парасланцы), так и магматических (ортосланцы). Хлоритовые сланцы— в значительной степени состоят из чешуек хлорита и некоторого количества кварца. Тальковые сланцы — мягкие, жирные на ощупь породы из талька с примесью кварца, хлорита и слюд. Роговообманковые сланцы включают роговую обманку и полевые шпаты. Гнейсы возникают при более высокой степени метаморфизма осадочных (парагнейсы) и магматических (ортогнейсы) пород. Их текстуры разнообразны: сланцевые, полосчатые, очковая, массивная. Кварциты формируются при перекристаллизации песков и песчаников. Железистые кварциты иногда образуют крупные месторождения железных руд. Роговики— контактно-метаморфические породы, имеющие плотное мелкозернистое сложение, образуются при перекристаллизации песчано-глинистых, реже других пород при контакте с интрузиями (глубинными магматическими породами). Мраморы образуются при перекристаллизации известняков; состоят из зерен кальцита, реже —доломита.