ГЕОЛОГИЯ лекции

31

Спайность может наблюдаться по одному, двум, трем, четырем и шести направлениям. Степень совершенства спайности зависит от строения кристаллической решетки каждого минерала, так как разрыв по некоторым плоскостям (плоским сеткам) этой решетки из-за более слабых связей происходит гораздо легче, чем по другим направлениям. В случае одинаковых сил сцепления между частицами кристалла, спайность отсутствует.

Неровная поверхность, получающаяся при раскалывании минералов или минеральных агрегатов, называется излом. Различают следующие виды излома:

Раковистый – похожий на внутреннюю поверхность раковины (кварц, халцедон, обсидиан). С раковистым изломом кремня человек познакомился в каменном веке – ведь именно этот тип излома дает такие острые режущие края.

Занозистый - напоминает поперечный излом древесины и свойственен волокнистым минеральным агрегатам – (асбест, амфиболы)

Крючковатый – поверхность излома как бы покрыта мелкими крючочками (самородная медь, серебро и другие ковкие металлы)

Землистый – поверхность излома матовая и как бы покрыта мелкой пылью (каолин)

Ровный – свойственен очень мелкозернистым агрегатам, например, яш-

мам.

Ступенчатый – возникает у минералов с хорошей спайностью или отдельностью.

Удельный вес (плотность) – соответствует массе минерала в граммах, заключенной в одном кубическом сантиметре его объема и является важным диагностическим признаком, так как колеблется в широких пределах – от 1,5 (бура, мирабилит) до 19-21 (золото и самородная платина). Важно научиться хотя бы приблизительно определять удельный вес минералов, взвешивая кусок минерала на ладони, чтобы различать минералы легкие, средние, тяже-

лые и очень тяжелые.

К прочим диагностическим признакам можно отнести магнитность, двупреломление, ковкость, гибкость, упругость, запах, вкус, радиоактивность, люминесценция и т.д.

Классификация минералов.

Так как свойства минералов зависят от их химического состава и кристаллической структуры, то классификация минералов основана на этих характеристиках. К л а с с ы минералов выделяют по их химическому составу, в соответствии с классами химических соединений. Классы, представленные большим числом минеральных видов с разнообразным кристаллическим строением, подразделяются на п о д к л а с с ы , различаемые по типу структуры кристаллической решётки. Наибольшей распространённостью в природе пользуются минералы следующих классов:

1. Самородные элементы – наиболее простые. К ним относятся минералы, каждый их которых сложен атомами какого-либо одного химическо-

32

го элемента. Примерами являются графит, алмаз (модификации углерода), сера, самородные металлы (золото, медь, серебро, платина и др.).

2.Галогениды – это соединения галогенов (Cl, F, Br, J) со щелочными и щелочноземельными элементами. Наибольшим распространением среди них пользуются хлоридные и фторидные соединения. К их числу относятся галит, сильвин, флюорит.

3.Сульфиды – сернистые соединения металлов и полуметаллов. Химически это соли сероводородной кислоты. Примеры – пирит, халькопирит, галенит, молибденит, антимонит, киноварь.

4.Оксиды и гидрооксиды. Данный тип включает соединения металлов и металлоидов с кислородом и гидроксильной группой (ОН)-. К их числу относится кварц и множество его разновидностей (горный хрусталь, аметист, халцедон и т.д.), а также корунд, магнетит, гематит и др.

5.Сульфаты – это соли серной кислоты (Н2SO4). Самые распространённые – гипс, ангидрит, барит.

6.Карбонаты представляют собой соли угольной кислоты (Н2СО3). Самый распространённый минерал этого класса – кальцит; из примеров можно отметить доломит, магнезит, сидерит, малахит, азурит.

7.Фосфаты – соли фосфорной кислоты. Из них самым широким распространением пользуется апатит.

8.Силикаты представляют собой с химической точки зрения природные соли кремниевой кислоты (H4SiO4). Это наиболее распространённый

вприроде класс минералов. Химический состав силикатов сложный и непостоянный. Строение кристаллической решётки силикатов может быть весьма различным, что обуславливает чрезвычайное разнообразие их свойств. В связи с этим практикуется разделение класса силикатов на подклассы, различающиеся типом кристаллической структуры. К числу силикатов относятся такие группы минералов, как полевые шпаты, слюды, пироксены, амфиболы, гранаты, глинистые минералы и многие другие.

Кроме этого, в природе встречаются минералы, являющиеся представителями иных классов. К ним относятся нитраты, бораты, хроматы, вольфраматы, арсенаты, ванадаты и т.д.

Горные породы.

Минералы встречаются в природе, как правило, не по отдельности, а в составе закономерно построенных агрегатов – горных пород. Горной породой называется природный агрегат минеральных и иных частиц, характеризующийся определённым составом и строением. Неминеральные вещества в составе горных пород могут быть представлены минералоидами и сложными органическими соединениями.

По минеральному составу горные породы могут быть мономинеральными и полиминеральными. Первые состоят из минеральных частиц только одного вида (например, известняк и мрамор – из кальцита, кварцит – и- кварца). Вторые – из нескольких минералов. Например, гранит – из кварца, полевых шпатов и ряда второстепенных компонентов, габбро – из полевых шпатов и

33

пироксена или роговой обманки. Полиминеральные горные породы распространены значительно шире мономинеральных.

Строение горных пород характеризуется двумя понятиями: структура и текстура.

Структура – это особенности строения горной породы, которые определяются размером и формой и взаимоотношениями слагающих ее зерен (обломков).

Текстура отражает особенности строения горной породы, обусловленные характером взаимного расположения слагающих ее зерен.

Если сравнить горную породу с многоэтажным домом, то структура его будет определяться формой и размерами комнат в каждой квартире (либо преобладающим размером комнат в доме), а текстура – взаимным расположением и характером чередования (закономерным или нет) квартир разной планировки как в пределах каждого этажа, так и во всем здании.

Классификации горных пород.

Основные структурно-текстурные характеристики горной породы зависят от способа и от условий её образования. Во многих случаях этим же определяется и минеральный состав горных пород. Поэтому в основу классификации горных пород положен генетический принцип (подразделение их по происхождению).

По происхождению горные породы можно разделить на 3 основные группы:

-осадочные, образующиеся на поверхности Земли в результате экзогенных процессов;

-магматические, образующиеся в результате застывания магматических расплавов или накопления твёрдых продуктов вулканической деятельности;

-метаморфические, образующиеся в результате преобразования ранее существовавших осадочных и магматических пород (в результате воздействия температуры, давления, химически активных веществ).

Более детальное подразделение осуществляется в каждой из этих групп по различным признакам. При этом на разных иерархических уровнях классификаций могут учитываться конкретный механизм и условия образования породы, их химический и минеральный состав, структурные и текстурные характеристики.

Магматические горные породы.

Как показывает само название, магматические породы образуются в результате кристаллизации (застывания) магмы или лавы. Магма может застывать на глубине, под покровом вышележащих пород и на поверхности, изливаясь в виде лавы. Породы, образовавшиеся на глубине, называются интру- зивными (плутоническими), а возникшие при остывании лавы, излившейся на поверхность – эффузивными (вулканическими). В первом случае процесс остывания протекает очень медленно и вся магма успевает закристаллизоваться, поэтому образуются полнокристаллические горные породы. Для них характерны разнообразные зернистые структуры.

34

Во втором случае породы не всегда успевают полностью закристаллизоваться, и в них обычно присутствует вулканическое стекло (неполнокристаллические). Среди структур таких пород различают афировые и порфировые. Афировой называют структуру горной породы, которая целиком сложена внешне однородной массой стекловатого или скрытокристаллического сложения. В порфировых структурах невооруженным глазом видны сравнительно крупные (хорошо различимые невооруженным глазом) кристаллы, которые образовались в расплаве еще до излияния лавы на поверхность и как бы «плавающие» среди основной массы однородного сложения.

Часть продуктов вулканических выбросов состоит из твердых или полурасплавленных раздробленных продуктов извержений (вулканический пепел и песок, лапилли и вулканические бомбы). В результате образуются горные породы, которые называются пирокластическими.

Классификация, магматических пород основана на их химическом и, соответственно, минеральном составе (так как минеральный состав магматической породы определяется химическим составом исходного расплава). Основными компонентами подавляющего большинства магматических горных пород (силикатных) являются: SiO2, TiO2, Al2O3, Fe2O3, FeO, MnO, MgO, CaO, Na2O, K2O, P2O5. За основу их классификации принято содержание SiO2, а так же общее (суммарное) содержание щелочей - Na2O и K2O, вариации которых в наибольшей мере отражаются в минеральном составе. В зависимости от содержания SiO2 выделяют кислые (64-78% SiO2), средние (53-64% SiO2) , основные (45-53% SiO2) и ультраосновные породы, содержащие 30-45% SiO2.

Классификация силикатных магматических пород

Щёлочно-	Основные	Нефелино-	Щелочные
ультраосновные	нефелиновые	вые сиениты	граниты
породы	сиениты	Fsp, Ne, щел	Qu>25%,
(уртиты, ий-	Px, Pl № >50,	т/цв	Ksp, щел т/цв
олиты и др.)	Ne	Фонолиты
Ne, Px
Тефриты	Умеренно-	Сиениты	Умеренно-
	щелочные габб-	Ksp, т/цв	щелочные грани-
	роиды	Трахиты	ты
	Px (Hb), Pl №	Монцониты	Qu>25%,
	>50, ±Bt, Ksp	Ksp, Pl № 30-	Ksp, ±т/цв
		50, т/цв	Трахириоли-
		Трахианде-	ты
		зиты
Перидотиты	Габбро	Диориты	Граниты
Px, Ol	Pl №>50, Px	Pl № 30-50,	Qu>25%, Pl
Пикриты	(Hb)	т/цв	№ 0-30, Ksp,
Дуниты	Базальты	Андезиты	±т/цв
Ol	Пироксени-		Риолиты

		35
Меймечиты	ты			Плагиогра-
	Px			ниты
	Горнбленди-			Qu>25%, Pl
	ты			№ 0-30 т/цв
	Hb			Плагиорио-
				литы
Ультраос-	Основные		Средние	Кислые
новные

Qu – кварц; Fsp – полевые шпаты, в том числе: Ksp – калиевые, Pl – плагиоклазы (с указанием номера); Ne – нефелин; т/цв – темноцветные минералы (пироксены, роговая обманка, слюды); щел т/цв – щелочные темноцветы (щелочные пироксены и амфиболы); Px – пироксены; Hb – роговая обманка; Bt – биотит; Ol – оливин

Прямым шрифтом приведены названия плутонических горных пород, курсивом – названия их вулканических аналогов

Особую группу пород составляют пирокластические и вулканогенно- обломочные породы. Пирокластические породы занимают промежуточное положение между магматическими эффузивными и осадочными. Вулканогенный материал в этих породах представлен обломками – остроугольными либо округлыми (оплавленными). Размер обломков варьирует от долей миллиметра (вулканический пепел) до нескольких метров в поперечнике. Породы, целиком или почти полностью сложенные вулканогенным материалом, называются вулканическими туфами. При содержании осадочного материала 10% и более породы называют туффитами, а более 50% – туфопесчаниками, туфоалевролитами, туфогравелитами и т.д.

Осадочные породы образуются на поверхности Земли. Образование осадков, а затем и осадочных пород может идти различными способами - осаждение обломочного материала, выпадение из растворов определенных веществ, в процессе жизнедеятельности организмов. Характерной особенностью многих осадочных пород является наличие разнообразных слоистых текстур, что обусловлено преимущественным отложением осадков слоями. Нередко в осадочных породах (и только в них!) можно встретить окаменевшие остатки организмов или следы их жизнедеятельности.

Подразделяют осадочные породы по их происхождению на три большие группы: обломочные (терригенные) – механические осадки, химические

(хемогенные) - возникшие в результате выпадения осадков из воды или из других растворов, и органогенные – образованные из скоплений окаменевших остатков животных и растений или продуктов их жизнедеятельности.

Терригенные породы – продукты механического разрушения ранее образованных горных пород. Терригенные породы могут быть рыхлыми, для которых характерно несвязанное состояние слагающих их частиц и большое количество пор (песок, глина) или сцементированными (литифицированными). Общепринятой классификации терригенных осадочных горных пород до настоящего времени не существует. Вариант их классификации по величине

36

и форме обломков, наиболее широко используемый в России геологами, а также грунтоведами и почвоведами, приведён в таблице:

Размер	Обломки окатаны		Обломки не окатаны
обломоч-
ных частиц
Более	Глыбы		Неокатанные глыбы
1 м	Глыбовый конгломе-		Глыбовая брекчия
	рат
10 см -	Валуны		Неокатанные валуны
1 м	Валунный конгломе-		Валунная брекчия
	рат
0,5-	Галька		Щебень
10 см	Галечный конгломе-		Щебнистая брекчия
	рат
1-5 мм		Гравий
	Гравелит
0,05-1		Песок
мм	Песчаник
0,005-	Алеврит
0,05 мм	Алевролит
‹ 0,005		Глина
мм	Аргиллит

Названия рыхлых пород даны в таблице обычным шрифтом, литифицированных – жирным.

В некоторых классификациях используются несколько иные граничные размеры между разновидностями. Иногда глинистые породы выделяются в самостоятельный тип, так при их формировании наряду с процессами механического разрушения значительная роль принадлежит и процессам химического преобразования исходных пород и минералов. Поэтому глины можно рассматривать как породы, занимающие промежуточное положение между терригенными и хемогенными осадочными горными породами.

Хемогенные породы подразделяются на классы по их химическому (и, соответственно, минеральному) составу:

Класс	Название пород	Ведущие мине-
		ралы
Карбонатные	Известняки	Кальцит
	Доломиты	Доломит
	Мергели	Кальцит, глини-
		стые минералы
Кремнистые	Силицилиты	Халцедон
Сульфатные	Гипсы (гипсоли-	Гипс

37

	ты)
Фосфатные	Фосфориты	Апатит, кальцит,
		глинистые минералы
Галогенные	Каменные соли	Галит
	Калийные соли	Сильвин
Аллитовые	Бокситы	Гидрооксиды Al
Железистые	Лимониты	Гидрооксиды Fe

Органогенные (биогенные) породы, если они сложены из хорошо сохранившихся организмов, имеют биоморфную структуру. Биогенные породы подразделяются на классы, как и хемогенные, по их составу. Органогенное происхождение, наряду с хемогенным, могут иметь известняки, доломиты, кремнистые породы и фосфориты. Исключительно биогенное происхождение имеют породы, относимые к классу каустобиолитов.

Класс	Горные породы	Биогенный ма-
		териал
	Известняки	Остатки раковин
		и других скелетных
		образований извест-
Карбонатные		кового состава
	Доломиты	Продукты жиз-
		недеятельности сине-
		зелёных водорослей
		(строматолиты, он-
		колиты, катаграфии)
	Диатомиты	Оболочки диа-
Кремнистые		томовых водорослей
	Трепелы, опоки	Остатки диато-
		мовых водорослей и
		губок с большой
		примесью аморфного
		кремнезёма, карбона-
		тов, глинистых час-
		тиц
	Радиоляриты	Скелеты радио-
		лярий
	Спонголиты	Спикулы губок
Фосфатные	Фосфориты	Фосфатные ра-
		ковины, костные ос-
		татки позвоночных
Каустобиолиты	Каменные и бу-	Углефицирован-
	рые угли	ные растительные
		остатки

38

	Горючие сланцы	То же, но с
		большой примесью
		частиц глинистых
		минералов

Метаморфические горные породы.

Метаморфизм (от греческого «метаморфозос» - преобразование, изменение) – процесс изменения минерального состава, структуры, текстуры любых других горных пород под воздействием, давления, температуры и химически активных веществ. Химический состав метаморфических пород разнообразен и в большинстве случаев зависит от состава исходных пород. Метаморфизм горной породы без существенного изменения ее состава называется изохимическим. Однако, в процессе метаморфизма химический состав исходной породы может и существенно изменяться. Такое изменение химического состава породы в результате привноса или выноса каких-либо ком-

понентов (аллохимический метаморфизм) получило название метасомато-

за. Минеральный состав метаморфических пород также разнообразен. Как осадочные и магматические породы они могут быть мономинеральными, т. е. состоять из одного минерала, например, кальцита (мрамор) или кварца (кварцит) или полиминеральными.

Метаморфические породы можно разделить по условиям образования, т.е. видам метаморфизма и масштабам его проявления. Наибольшее распространение имеют метаморфические горные породы, образовавшиеся в результате регионального метаморфизма, захватывающего обширные участки земной коры. Менее распространены продукты локального метаморфизма – контактового и динамического, проявляющихся соответственно лишь вблизи контактов интрузивных тел и зон разрывных нарушений.

Классификация метаморфических горных пород строится в соответствии с классификацией метаморфических процессов, с учётом структуры, текстуры и минерального состава горной породы. для метаморфических пород характерны зернистые или бластические структуры, возникшие в результате перекристаллизации в твердом состоянии. Бластезом называется рост минералов в твёрдой среде. Среди бластических структур по форме выделений минералов различаются: зернистые или гранобластовые (характерны изометричные формы слагающих породу минералов); волокнисто-зернистые или нематобластовые (минералы, слагающие породу, имеют удлиненнопризматический облик); листоватые, чешуйчатые или лепидобластовые (порода сложена минералами листоватого или чешуйчатого облика). Для динамометаморфических пород характерны катакластичекая и милонитовая структуры. Катакластическая структура отличается раздроблением и деформацией многих минералов. Милонитовая структура – крайне тонкозернистая, отдельные обломки минералов не различимы невооруженным глазом, так как они перетерты в тонкий порошок и перекристаллизованы (полностью или частично).

39

Текстуры метаморфических пород подразделяются на унаследованные (отражающие неравномерность распределения компонентов в исходной горной породе) и новообразованные (отражающие специфику метаморфических процессов). Для метаморфизма, протекающего в условиях повышенных давлений, характерно возникновение директивных (ориентированных) текстур – сланцеватой и гнейсовидной. Сланцеватая текстура свойственна породам начальных (низкотемпературных) ступеней регионального метаморфизма, имеющих тонкоили микрозернистое сложение. При наличии в такой породе мелких выделений чешуйчатых минералов, она легко раскалывается на тонкие пластинки по параллельным плоскостям (плоскостям сланцеватости). Гнейсовидная текстура возникает на высоких ступенях регионального метаморфизма. Порода с гнейсовидной текстурой имеет отчётливо зернистое сложение, и при этом все уплощённые и удлинённые минералы ориентированы параллельно друг другу.

Р е г и о н а л ь н о - м е т а м о р ф и ч е с к и е п о р о д ы :

-метаморфические сланцы – породы со сланцеватой текстурой, различного минерального состава; название даётся по набору главных породообразующих минералов (например: «биотит-мусковитовый сланец»);

-кристаллические сланцы – породы с гнейсовидной текстурой; название даётся по главным породообразующим минералам;

-гнейсы – породы с гнейсовидной текстурой, по минеральному составу соответствующие гранитам (около 30% - кварц, около 60% - полевые шпаты, остальное – второстепенные минералы);

-мраморы – зернистые метаморфические породы, сложенные кальцитом (возможно с небольшим количеством примеси других минералов); продукт метаморфизма известняков;

-яшмы – визуально однородные, пятнистые или полосчатые метаморфические породы, основу которых слагает микрозернистый агрегат кварца и халцедона; продукт начальных ступеней метаморфизма кремнистых осадочных пород;

-кварциты – отчётливо зернистые метаморфические породы кварцевого состава; продукт метаморфизма кремнистых пород или кварцевых песчаников;

-амфиболиты – зернистые метаморфические породы, сложенные роговой обманкой.

У л ь т р а м е т а м о р ф и ч е с к и е п о р о д ы :

- мигматиты – породы смешанного состава; состоят из визуально контрастных частей: тёмной палеосомы (части породы, не испытавшей плавления) и светлой неосомы (наиболее легкоплавких компонентов, проходивших при ультраметаморфизме стадию плавления).

К о н т а к т о в о - м е т а м о р ф и ч е с к и е п о р о д ы :

-роговики (плотные однородные горные породы с тонкозернистой структурой);

-мраморы (полностью аналогичны мраморам региональнометаморфического происхождения).

40

Д и н а м о м е т а м о р ф и ч е с к и е п о р о д ы :

-тектонические брекчии (сложены крупными угловатыми обломками исходной породы, подвергшейся дроблению в зоне разлома);

-катаклазиты (сложены мелкообломочными продуктами дробления и цементирующим их тонкораздробленным и частично перекристаллизованным материалом);

-милониты (сложены тонкоперетёртым и частично перекристаллизованным материалом).

М е т а с о м а т и ч е с к и е п о р о д ы чаще всего имеют пятнистый или неправильно-полосчатый облик. Общее наименование – метамоматиты (название даётся по набору минералов). Но есть и много типов метасоматитов, имеющих свои собственные названия. Самые распространённые из них – скарны, контактово-метасоматические породы специфического минерального состава (карбонатно-силикатного, нередко с сульфидами и/или магненитом).

Земная кора – самая верхняя оболочка, она неоднородна на континентах и в океанах. Океаническая кора занимает около 60%, а континентальная около 40% земной поверхности, что отличается от распределения площади океанов и суши (71% и 29% соответственно). Это связано с тем, что граница между рассматриваемыми типами коры проходит по континентальному подножию, т.е. мелководные моря, такие как, к примеру, Балтийское и арктические моря России, относятся к Мировому океану лишь с географической точки зрения.

В составе коры континентального типа выделяют осадочный, гранитнометаморфический и базальтовый слои, а в океанической – осадочный, базальтовый и слой габбро. Различна и мощность данных типов коры: континентальная кора достигает толщины 75-80 км, причем, наиболее мощна она в горных областях, а океаническая – 8-10 км. Более древней, как уже было отмечено выше, является кора континентального типа. Границей между земной корой и нижележащей мантией является граница Мохоровичича (Мохо).

Мантия достаточно неоднородна по своему строению и составу, в ней выделяются верхняя и нижняя части. Причем, в составе верхней мантии рассматриваются литифицированная (каменная) мантия, слой Гутенберга (астеносфера) и слой Голицина. Важнейшую роль в развитии Земли играет астеносфера, вещество отдельных зон которой находится в разуплотненном состоянии. Эти зоны способны генерировать магмы, в них также существуют тепловые потоки, которым отводится главная роль в перемещении литосферных плит.

В нижней мантии происходит резкое возрастание скоростей сейсмических волн, что связывают с переходом, под воздействием высокого давления, гипотетических минералов в другие, более плотные. Плотность вещества у подошвы мантии составляет 5,5-5,8 г/см3.

Земное ядро, имеющее радиус около 3470 км, состоит из внешнего, по экспериментальным данным, жидкого ядра (до глубины 4980 км), переходно-