2. Петрография, минералогия, литология

   1. Основные виды метаморфизма и характерные типы пород

Метаморфизм – это преобразование ГП под воздействием внутренних (эндогенных) процессов, вызывающих изменение физико-химических условий в ЗК. Главными факторами метаморфизма являются температура, давление и химически активные вещества – растворы и газы. Метаморфические процессы могут происходить либо изохимически без существенного изменения валового химического состава породы, либо метасоматически – со значительным изменение состава вследствие привноса и выноса вещества.

Из лекций: Выделяют следующие типы метаморфизма: региональный и локальный. Региональный метаморфизм проявляется на обширных территориях и на значительной глубине. Он связан с геосинклинальными областями. Основными факторами регионального метаморфизма являются температура, давление и активные флюиды. Основными причинами регионального метаморфизма являются длительное устойчивое прогибание участков ЗК и погружение ГП на глубину десятков километров, где они попадают в условия всё более высоких температур и давлений. При этом образуются следующие метаморфические ГП: сланцы, мрамор, кварциты, гнейсы, амфиболиты. Локальный метаморфизм подразделяется на контактовый и динамометаморфизм. Контактовый метаморфизм протекает вблизи магматических интрузий. Следовательно, основными факторами являются высокая температура (550-900) и активные флюиды. Контактовый метаморфизм охватывает породы, непосредственно прилегающие к магматическому очагу (радиус 2-5 км). Рстворы и газы вступают в реакцию с вмещающими породами. Происходит резкое изменение химического состава ГП, образуются такие породы, как роговики, скарны, грейзены, вторичные кварциты. С контактовым метаморфизмом связано значительное число ПИ (олово, вольфрам, молибден, золото, полуметаллические руды). Динамометаморфизм развивается под влиянием давления и трения ГП при тектоническом движении (складкообразовании). При этом породы испытывают катализ (нарушение сплошности), дробление, перетирание; минеральные зерна меняют свою ориентировку перпендикулярно направлению движения; происходит уплощение минеральных зерен; формируются чешуйчатые минералы (хлорит, биотит, мусковит, тальк); образуются породы типа гнейсов, сланцев, амфиболов. При давлении, превышающем предел прочности пород, происходят деформации, скалывание, дробление ГП. Образуются тектонические брекчие и милониты. Ударный метаморфизм связан с воздействием метеоритов.

2. Принципы современной классификации и номенклатура магматических пород, их минералогический состав.

Емельяненко «Петрография магматических пород»:

По условиям образования и залегания магматические ГП подразделяют:

1. Интрузивные (плутонические) – залегают на глубине. Обладают полнокристаллической, более крупнозернистой структурой.

2. Экструзивные (вулканические) – формируются при излиянии магмы на поверхность. ГП вследствие быстрого застывания обычно мелкозернисты и частично, а иногда полностью состоят из стекла. Часто в них встречаются более крупные кристаллы вкрапленники – порфировая структура.

В свою очередь интрузивные породы подразделяются на глубинные или абиссальные (>5 км) и малоглубинные. Вулканические породы подразделяют в зависимости от характера извержения на эффузивные (в результате изменений при спокойном движении лавы) и эксплозивные (при взрывных извержениях центрального типа, сопровождающихся выбросами газов, пепла и твердых частиц).

Химическая классификация магматических ГП по содержанию SiO2:

1. ультраосновные, содержание SiO2 30-44%.

2. Основные 44-53%.

3. Средние 53-64%.

4. Кислые 64-78%.

Соответственно изменяется состав в выделенных группах МГП:

1). Ультраосновные породы (пироксены, дуниты, оливины) сложены только оливинами и пироксенами, в основных (габбро, базальты) к ним присоединяется кварцевый плагиоклаз.

2). В кислых породах (граниты, липариты, дациты) уменьшается содержание магнезиально-железистых и кальциевых силикатов и появляются щелочные полевые шпаты и кварц.

3). К средним породам (диориты, андезиты) относятся главным образом полево-шпатовые породы с небольшой примесью железо-магензиальных минералов.

Химическая классификация магматических ГП по соотношению щелочей:

1 ряд. Нормальный. Сумма 2CaO+Na2O+K2O>Al2O3>Na2O+K2O

2 ряд. Щелочной. Na2O+K2O>Al2O3

3 ряд. Глиноземистый. Al2O3>2CaO+Na2O+K2O

3. Типы и стадии литогенеза – дать краткую характеристику, отметить связанные с ними ГП.

Стадии формирования осадочных ГП:

1. Гипергенез (разрушение) – стадия формирования исходного материала для осадочных ГП.

2. Седиментогенез – перенос и накопление осадка.

3. Диагенез – превращение рыхлого осадка в твердую породу.

4. Катагенез – структурно-текстурные изменения в стратосфере.

5. Метагенез – глубокие изменения осадочных пород в процессе их превращения в метаморфические.

СТАДИИ ГИПЕРГЕНЕЗА:

Основные факторы:

1. Физическое выветривание

2. Химическое выветривание

3. Биологическое выветривание

Наиболее простым фактором является физическое выветривание, когда в результате ударной силы ветра и воды (дефляция и корразия), процессов замораживания и оттаивания, процессов инсоляции (нагревания за счет солнечной энергии) и снятия нагрузки порода испытывает механическое разрушение, распадается на мелкие обломки и отдельные минералы. Минералы, возникающие в результате физического выветривания, носят название аллотигенных или обломочных. Все эти процессы, развитые в различных типах климата, неодинаковы. Для полярных, приполярных и высокогорных районов преобладают процессы замораживания и оттаивания. Для сухого аридного климата с резкими колебаниями температур наиболее характерны процессы инсоляции (днем разные минералы нагреваются по-разному, ночью остывают и растрескиваются). Для районов, где развиты пластичные породы (глины), характерны факторы снятия нагрузки.

Химическое выветривание – это процесс разрушения неустойчивых минералов, их переход в устойчивые или полностью растворимые. Основные факторы хим.выветривания: вода диссоциирует на ион водорода и гидроокисную группу. Концентрация водородных ионов обозначается рН. Если рН=7 – среда нейтральная, рН>7 – воды носят щелочной характер (морские воды и щелочные воды соленых озер), рН<7 – воды носят кислый характер (это воды болот и торфянников). Характер среды приводит к следующим процессам:

1. Гидратация – когда за счет безводных минералов происходит образование кристаллогидратов.

2. Гидролиз – когда алюмосиликаты переходят в глинистые минералы, например, щелочные ПШ в присутствие воды переходят в каолинит и кремнезем.

3. Диализ – замена основанием.

4. Полное растворение.

5. Процесс окисления, которому подвергаются минералы, содержащие магний, железо, медь и серу. В полевых условиях характер среды можно определить по преобладающим окраскам в породе.

6. Присутствие углекислоты. Возрастает концентрация водорода, воды становятся более кислыми. Источником СО2 являются продукты разложения органических остатков, разложение карбонатов, вулканические газы.

7. Гумусовые и минеральные кислоты.

При физическом и химическом выветривании исходные минералы могут разрушаться в разной степени, их способность противостоять процессу выветривания называется устойчивостью минерала. Физическая устойчивость зависит от твердости, спайности, агрегатного состояния. Химическая устойчивость зависит от состава, конституции минерала, от условий среды, от времени нахождения осадка в среде. По степени устойчивости выделяют:

1. Весьма устойчивые – кварц, гидроокислы железа и большую часть акцессорных минералов.

2. Устойчивые – мусковит, микроклин, кислые плагиоклазы.

3. Неустойчивые – средние плагиоклазы, пироксен, роговые обманки, кислые палгиоклазы.

4. Весьма неустойчивые – основные плагиоклазы, нефелин, оливин.

Особым типом химического выветривания является гальмиролиз, происходящий в водной среде, при этом изменениям подвергаются минеральные компоненты, находящиеся как во взвешенном состоянии, так и располагающиеся на дне бассейна. В значительной мере этот процесс зависит не только от характера среды, но и от скорости накопления осадка. За счет вулканических пеплов образуются толщи бентонитовых глин, а также глауконит, железистые хлориты и большая часть цеолитов.

Биологическое выветривание. Все изменения, связанные с жизнедеятельностью организмов, то есть процессы механического разрушения, биохимическое влияние продуктов жизнедеятельности и извлечение элементов из водных растворов в породе (кремнезем, кальцит, фосфат калия).

В процессе гипергенеза в целом возникают наряду с обломочными компонентами целые группы новых минеральных ассоциаций, а минералы называются аутигенными.

СТАДИИ СЕДИМЕНТОГЕНЕЗА.

Материалы испытывают транспортировку и накопление осадка в конечных водоемах стока. Транспортировка исходного материала может происходить в водной, воздушной среде или ледниками. Водные среды включают реки, временные потоки и морские течения. Материал может переноситься во взвешенном состоянии, перекатыванием (турбулентное течение), волочением (струйное или ламинарное течение), а также в виде коллоидных или истинных растворов. Размер переносимых обломков зависит от скорости и характера течения. Морские течения могут быть дрейфовые, конвекционные, сточные и приливно-отливные. При этом обломочный материал испытывает поперечное перемещение (образуются пляжи и аккумулятивные террасы) и продольное перемещение, когда образуются косы и стрелки.

В процессе транспортировки и накопления осадка происходит его разделение по удельному весу и химическим свойствам, размерам частиц. Так, у отложений временных потоков сортировка отсутствует, и отсутствуют обломки одного размера. Значительно лучше сортировка речных отложений. В основе химической дифференциации лежит разделение осадков по химическим особенностям, в основном по характеру растворимости. Пока условия стабильны, осадки не выпадают, а при изменении условий происходит осаждение осадка.

СТАДИЯ ДИАГЕНЕЗА.

Превращение рыхлого осадка в твердые литифицированные породы. Рыхлый осадок представляет собой многокомпонентную неустойчивую систему, в составе которой есть твердая фаза, коллоиды, кислород, значительное количество органики. В процессе диагенеза происходит уплотнение осадка под давлением вышележащих толщ совместно с обезвоживанием. Превращение неустойчивых минералов в устойчивые: обычно содержащие воду неустойчивые минералы теряют её и переходят в устойчивые, например, гипс в ангидрит, опал в халцедон; образование новых минералов из иловых растворов, старение коллоидов, перераспределние вещества в осадке.

Типичные минералы стадии диагенеза: гидроокислы железа, алюминия, марказит, пирит, халцедон, кальцит, некоторые силикаты (глауконит, каолинит, монтмориллонит, апатит). Для них характерны агрегаты мелкозернистые, порошковатые, сферолитовые и оолитовые.

В заключительной стадии диагенеза в морских терригенных осадках часто происходит перераспределение компонентов, то есть они уходят в раствор, переносятся на расстояние, где увеличивается их концентрация, и образуются конкреции. По составу конкреции чаще всего кремнистые, фосфатные, сидеритовые и т.д. Всегда конкреции имеют отличный от вмещающих пород минеральный состав.

СТАДИЯ КАТАГЕНЕЗА (ЭПИГЕНЕЗА).

Это постдиагенетичекий процесс, изменение осадочных пород на глубинах более 3 км под влиянием давления вышележащих толщ, направленного давления и при несколько повышенных температурах. Происходит дальнейшее уплотнение пород, коррозия и растворение обломков в терригенных породах, процесс перекристаллизации в хемогенных породах.

Типичные минералы: кварц, пирит, рутил, гематит, некоторые карбонаты (кальцит, доломит, сидерит), из силикатов гидрослюды и железистые хлориты.

Признаком катагенеза является изменение физических свойств пород (пористости, проницаемости, влагопоглощения), изменения характера контактов, степень изменчивости углистого вещества.

Выделяют 2 этапа катагенеза:

1. Ранний. Происходит при температуре 100-120 градусов и давлении не более 1000 атм. Признаки: каолинитовый цемент плохо отсортирован, пористость сохраняется в пределах 15-20%. Типичные минералы: глины, размокающие в воде; поровые песчаники, известняки-ракушечники; пелитоморфные известняки; бурые и каменные угли.

2. Поздний (глубинный). Признаки: хорошо окристаллизованный каолинит, замещение каолинита гидрослюдами в глинах, замещение кальцита доломитом, регенерация кварца, пористость 5-10%. Типичные минералы: аргиллиты, крепкие плотные песчаники, органогенные известняки, коксующиеся угли.

СТАДИЯ МЕТАГЕНЕЗА.

Стадия глубокого превращения осадочных пород, по существу представляет собой переход осадочных пород в метаморфические. Метагенез происходит на глубинах 7-8 км, давление 2000-3000 атм и температуре 200-300. В отличие от других стадий на этом этапе происходит не только вещественное превращение, но структурно-текстурное. В текстурах наблюдается минеральная ориентировка зерен. Типичные породы: глинистые сланцы, окварцованные песчаники, мраморизованные известняки, антрациты.

ТИПЫ ЛИТОГЕНЕЗА.

Основными факторами, влияющими на формирование осадочных ГП, являются: 1. Тектоника. 2. Климат. 3. Рельеф.

По Страхову выделяют три типа литогенеза, обусловленные климатическим фактором:

1. Нивальный (ледниковый)

2. Гумидный

3. Аридный

4. Аклиматический (вулканогенно-осадочный)

Нивальный тип. Характерен для приполярных и высокогорных областей. Из-за низких температур преобладает физическое выветривание, химическое почти отсутствует. Транспортировка материала происходит ледниками, а также подледными ручьями. Накопленный материал представлен валунниками, суглинками и супесями. Он лишен сортировки и слоистости. В зонах вечной мерзлоты характерны специфические солифлюкционные отложения, когда верхний слой, мощностью до 100 см, в результате процесса оттаивания и замерзания разрыхляется и превращается в несортированный обломочный материал. При обводнении этот слой начинает передвигаться вниз по склону.

Гумидный тип. Развит в областях с тропическим, субтропическим и влажным умеренным климатом, для которых характерно обилие влаги и высокие среднегодовые температуры. Наряду с физическим широко развито химическое выветривание и образование кор выветривания. Транспортировка осадочного материала производится в основном водными потоками. Большинство осадков сортированы и характеризуются различными типами слоистости.

Аридный тип. Характерен для зон пустынь, полупустынь и сухих степей. Из-за малого количества влаги очень ослаблено химическое выветривание. Из-за отсутствия лесного покрова в осадках отсутствуют угли и углистые сланцы. Транспортировка материала происходит с помощью ветра и временных потоков. В результате образуются эоловые пески, лёссы и т.д.

Вулканогенно-осадочный тип. Имеет место в зонах вулканических извержений, происходящих как на суше, так и в водных бассейнах. Отличительные признаки: характер обломочного материала (обломки породы, минералы и осколки стекол), дифференциация обломков по площади (более крупные располагаются ближе к кратерам, а более мелкие уносятся на 10, 100 км), обломочный материал лишен слоистости, при подводных извержениях наблюдается некоторая сортировка и слоистость.

2.4. Понятие о корах выветривания, зональность и основные типы.

Заодно копирую ответы 2006 г., они несколько отличаются от учебника Ершова:

КВ – совокупность г.п. верхней части литосферы обр-ся за счет разрушения и преобразования первич-ых г.п. на месте под возд-ем физ-го, хим-го и биохим-го выветр-я.

Типы КВ:

- остаточная – продукт, оставшийся на местеположения.

- переотложенная - размытая, верх.части частично смыты, а оставшиеся породы подвергаются процессом выв-ния,

- размытая, верх части частично смыты, а оставшиеся породы подвергаются проц-м выветривания.

- преобразованная (наложенная), возникла из остатков КВ в результате хим переработке в течение геологического времени или в результате инфильтрацмонных процессов.

По времени образования КВ выделяют:1)современные и 2)древние

Состав КВ в существенной степени зависит от субстрата (первичной породы), при разложении, в к-ом она образуется. Ультраосновные и основные породы, в составе которых преобладают фемические минералы наиболее легко образуют КВ с мощной верхней зоной выветривания, сложенной окислами и гидроокислами Fe и Mg. Кислые породы, состав к-ых опр-ся преоблад-ем солических минералов преобразуется медленнее. В КВ возникают м-ия глин разного состава и светлых бокситов.

Профиль КВ опред-ся по степени разложения породообразующих силикатов и фиксируется интенсивностью выщелачивания кремнезема, проявляющихся соотношением кремния, алюминия в минимальной массе КВ.

Выд-ся 3 профиля КВ:

1) насыщенный сиолитный или гидрослюдистый. Хар-ся изменением силикатов реакциями гидратного (гидролизного) преобразования без существующей миграцией кремнезема. Главные минералы КВ этого профиля являются гидрослюды и гидрохлорит и отчасти бейделит и монтмориллонит.

2) ненасыщенный сиолитный или глинистый. Отл-ся диорицитом кремнезема, удаленного в значительной степени из КВ. Главные минералы: каоленит, галлуазит-кварцем.

3) аллитный или латеритный. Свойственно полное или почти полное нарушение связи между SiO₂ и Al₂O₃ (глиноземом и кремнеземом). Наблюдается интенсивная миграция их из КВ. Главные минералы: гидроокислы Al (гиббсит), окислы и гидроокислы Fe, метагаллуазит.

Зональность обусловлена двумя причинами:

1). Во-первых, переходом из глубины к поверхности от свежих не выветренных пород, через промежуточные зоны незавершенного разложения к конечным продуктам остаточной коры выветривания. По этому признаку зональное строение коры увязывается со стадийностью ее развития, а последовательное чередование глубинных зон в известной мере соответствует смене профилей кор выветривания.

2). Во-вторых, зональность коры выветривания определяется дифференциацией минеральной массы при его переотложении из водных растворов, фильтрующихся сверху вниз.