В класс карбонатных пород входят известняки, доломиты, мергели и сидиритовые породы. Между первыми двумя типами существует сравнительно небольшое количество переходных пород.
Классификация пород, переходных между чистыми известняками и доломитами, производится по содержанию в них кальцита и доломита. К группе известняков или доломитов относятся породы, сложенные более чем на 50% одним из этих минералов.
Среди пород, переходных между чистыми известняками и доломитами, выделяют доломитистые и доломитовые известняки, известковые и известковистые доломиты.
В карбонатных породах обычно наблюдается значительная примесь песчаных и глинистых частиц. Чистые известняки и доломиты содержат примесь других минералов в количестве не более 5%.
Некоторые доломиты содержат значительную примесь гипса и ангидрита. Такие породы обычно называются сульфатно-доломитовыми. Наблюдается также переходы между карбонатными и кремнистыми породами.
Породы промежуточные между глинами и чистыми карбонатными породами, называются мергелями.
Схема классификации карбонатно-глинистых пород по С.Г Вишнякову иллюстрируется рисунком.
Глины: 1- некарбонатные, 2- известковисто-доломитистые (или доломитисто-известковистые).
Глинистые мергели: 3 - глинистый мергель, 4 - доломитистый глинистый мергель, 5 - известковисто-доломитовый глинистый мергель, 6 - доломитовый глинистый мергель.
Мергели: 7 - типичный, 8 - доломитистый, 9 - известковисто-доломитовый, 10 - доломитовый.
Известняки: 11 - глинистый, 12 - доломитисто-глинистый, 13 - доломитово-глинистый, 14 - чистый, 15 - доломитистый, 16 - доломитовый.
Доломиты: 17 - известково-глинистый, 18 - известковисто-глинистый, 19 - глинистый, 20 - известковый, 21 - известковистый, 22 - чистый.
Минералогический и химический состав
Главными минералами, слагающими карбонатные породы, являются: кальцит, кристаллизующийся в тригональной сингонии, арагонит - ромбическая разновидность СаСО3 и доломит, представляющий собой двойную углекислотную соль кальция и магния (СаСО 3 *MgCO 3). В современных осадках встречаются также порошковатые и коллоидальные разновидности кальцита (дрюит или надсонит, бюглеит и др.).
Определение минерального и химического состава карбонатных пород производится в шлифах, а также при помощи термического и химического анализов и по методу Щербины.
В полевых условиях определяется по реакции с разбавленной HCl. Доломиты вскипают только в порошке.
Теоретический химический состав кальцита и известняка ~ СаО - 56%, СО 2 - 44%, в доломитах - 22-30% СаО и 14-21% MgO.
Естественно, что если в породах присутствует обломочный материал, то резко будет увеличиваться содержание SiO 2 (иногда до 26%).
Главные типы пород
Известняки - окраска известняков разнообразна и определяется, в первую очередь, характером примесей. Чистые известняки окрашены в белый, желтоватый, серый, темно-серый, а иногда и черный цвета.
Важной особенностью известняков является их излом, характер которого определяется строением породы. Очень мелкозернистые известковые породы при слабой связности зерен (например - мел) обладают землистым изломом. Крупнокристаллические - обладают сверкающим изломом, м/з породы - сахаровидным изломом и т.д.
Для известняков можно выделить следующие главные типы структур:
Кристаллическая зернистая структура, среди которой различают несколько разновидностей в зависимости от поперечников зерен: крупнозернистые (размер зерен в поперечнике 0,5мм), среднезернистые (от 0,5 до 0,1мм), мелкозернистые (от 0,10 до 0,05мм), тонкозернистые (от0,05 до 0,01мм) и микрозернистую (меньше 0,01мм) структуры.
Органогенная структура, в которой выделяют три наиболее существенные разновидности:
а). собственно органогенная, когда порода состоит из известковых органических остатков (без признаков их переноса), вкрапленных в т/з карбонатный материал;
б). органогенно-обломочная, когда в породе присутствуют раздробленные и часто окатанные органические остатки, находящиеся среди т/з карбонатного материала;
в). детритусовая, когда порода сложена только раздробленными органическими остатками без заметного количества т/з карбонатных частиц.
Обломочная структура, наблюдается в известняках, образованных путем скопления обломков, возникающих за счет разрушения более древних карбонатных пород. Здесь, также как и в некоторых органических известняках, кроме обломков отчетливо видна известковая цементирующая масса.
Оолитовая структура, характеризующаяся наличием концентрически сложенных оолитов, обычно часто присутствуют обломочные зерна.
Иногда оолиты приобретают радиально-лучистое строение.
Наблюдаются также инкрустационная и крустификационная структуры. В первом случае характерно наличие корок концентрического строения, заполняющих прежние крупные пустоты. Во втором случае наблюдаются нарастания удлиненных кристаллов карбонатов, радиально расположенных относительно обломков или органических остатков, слагающих породу.
В процессе перехода из осадка в породу и окаменения многие известняки подвергаются существенным изменениям. Эти изменения проявляются, в частности, в перекристаллизации, окаменении, доломитизации, ожелезнении и частичном растворении с образованием стиллолитов.
Разновидности известняков
Органогенные известняки
Это одна из наиболее широко распространенных разновидностей. Они сложены раковинами бентонных криноидей, водорослей, кораллов и других донных организмов. Значительно реже известняки возникают за счет скопления раковинок планктонных форм.
Типичными представителями органогенных известняков являются рифовые (биогермные), известняки, состоящие в значительной части из остатков рифообразующих организмов и живущих в сообществе других форм.
Писчий мел.
Является одним из весьма своеобразных представителей известковых пород, резко выделяющихся по своему внешнему виду. Он характеризуется белым цветом, однородностью строения, малой твердостью и мелкозернистостью. Сложен - главным образом карбонатом кальция (доломит отсутствует) при незначительной примеси глинистых и песчаных частиц.
Органические остатки слагают большую часть мела. Среди них особенно распространены остатки кокколитофорид - одноклеточных известковых водорослей, слагающих мел и мелоподобные мергели на 10-75% в виде мелких (0,002-0,005мм) пластинок, дисков и трубок. Фораминиферы содержатся в мелу обычно в количестве 5-6% (иногда до 40%). Встречаются также раковины моллюсков (главным образом иноцерамов, реже - устриц и пектинид) и немногочисленные белемниты, а местами также раковины аммонитов. Остатки мшанок, морских лилий, ежей, кораллов и трубчатых червей, хотя и наблюдаются, но не служат породообразующими элементами мела.
Известняки химического происхождения.
Этот тип известняков условно отделяется от других типов, т.к. в большинстве известняков всегда присутствует в том или ином количестве кальцит, выпавших из воды чисто химическим путем. Легко и быстро купить чемодан в Москве вы сможете на сайте caseplus.ru. Также здесь вы найдете множество различных сумок и рюкзаков, различные изделия из кожи и просто необходимые аксессуары.
Типичные известняки химического происхождения микрозернисты, лишены органических остатков и залегают в виде пластов, а иногда скоплений конкреций. Часто в них наблюдается система мелких кальцитовых жилок, образующих при уменьшении объема первоначально коллоидных осадков. Нередко присутствуют жеоды с крупными и хорошо образованными кристаллами кальцита.
Обломочные известняки.
Этот вид известняков содержит значительную примесь кварцевых зерен, и обычно ассоциируются с песчаными породами. Обломочным известнякам свойственна косая слоистость.
Обломочные известняки сложены, карбонатными зернами различного размера, поперечник которых измеряется десятыми долями миллиметра, реже несколькими миллиметрами. Встречаются и конгломератовидные известняки, состоящие из крупных обломков. Обломочные карбонатные зерна, как правило, хорошо округлены и близки по размеру.
Вторичные известняки.
К этой группе относятся известняки, залегающие в верхней части соляных куполов, и известняки, возникающие в процессе преобразования доломитов при их выветривании (раздоломичивание или дедоломитизация).
Раздоломиченные породы представляют собой среднее - или крупнозернистые известняки, плотные, но иногда ноздреватые или кавернозные. Залегают они в виде сплошных масс. В некоторых случаях в них встречаются линзовидные включения мелко- и тонкозернистых доломитов, иногда рыхлых и пачкающих пальцы. Реже они образуют включения и ветвящиеся жилы в толще доломитов.
Доломиты
Представляют собой карбонатные породы, состоящие в основном из минерала - доломита. Чистый доломит соответствует формуле CaMg(CO 3) 2 и содержит 30,4% - CaO, 21,8% - MgO и 47,8% - СО 2 или 54,3% СаСО 3 и 45,7% MgCO 3 . Весовое соотношение СаО:Mg - 1,39.
В доломитах обычно присутствует меньшее количество примесей обломочных частиц, чем в известняках. Характерно также присутствие минералов выпавших чисто химическим путем во время образования осадка или возникших во время его диагенеза (кальцит, гипс, ангидрит, целестин, родохрозит, магнезит, окислы железа, реже кремнезем в виде опала и халцедона, органическое вещество и пр.). В некоторых случаях наблюдается присутствие псевдоморфоз по кристаллам разнообразных солей.
По внешнему виду многие доломиты очень похожи на известняки, с которыми их сближают цвет и невозможность невооруженным глазом отличить кальцит от доломита в мелкокристаллическом состоянии.
Среди доломитов встречаются совершенно однородные разновидности от микрозернистых (фарфоровидных), иногда пачкающих руки и обладающих раковистым изломом, до мелко- и крупнозернистых разновидностей, сложенных из ромбоидов доломита примерно одной и той же величины (обычно 0,25-0,05 мм). Выщелоченные разновидности этих пород по своему внешнему виду несколько напоминают песчаники.
Для доломитов иногда типична кавернозность, в частности за счет выщелачивания раковин, пористость (в особенности в естественных обнажениях) и трещиноватость. Некоторые доломиты обладают способностью к самопроизвольному растрескиванию. Хорошо сохранившиеся органические остатки в доломитах встречаются редко. Окрашены доломиты большей частью в светлые оттенки желтоватого, розоватого, красноватого, зеленоватого и других тонов. Некоторые доломиты по своей окраске и блеску несколько напоминают перламутр.
Для доломитов характерна кристаллическая зернистая (мозаичная) структура, обычная также для известняков, и разного рода реликтовые структуры, вызванные замещением известковых органических остатков, оолитов или карбонатных обломков во время доломитизации. Наблюдается иногда оолитовая, а также инкрустационная структура, образованная в результате разнообразных полостей, обычно в рифовых массивах.
Для пород, переходных от известняков к доломитам, типична порфирообразная структура, когда на фоне мелкокристаллической кальцитовой массы присутствуют отдельные крупные ромбоэдры доломита.
Разновидности доломитов
По происхождению доломиты подразделяются на первично-осадочные, сингенетические, диагенетические и эпигенетические. Три первых типа часто объединены под названием первичных доломитов, а эпигенетические доломиты называют также вторичными.
Первично-осадочные доломиты.
Эти доломиты возникали в морских заливах и лагунах с водой повышенной солености за счет непосредственного выпадения доломита из воды. Эти породы залегают в виде хорошо выдержанных пластов, в пределах которых иногда ясно выражена тонкая слоистость. Первичная кавернозность и пористость, так же как и органические остатки, отсутствуют. Часто наблюдается переслаивание подобных доломитов с гипсом. Контакты слоев ровные, слабоволнистые или постепенные. Иногда встречаются включения гипса или ангидрита.
Структура первично-осадочных доломитов равномерно микрозернистая. Преобладающий размер зерен ~ 0,01 мм. Кальцит встречается лишь в виде незначительной примеси. Иногда наблюдается окаменение, местами интенсивное.
Сингенетические и диагенетические доломиты.
К их числу относится преобладающая часть доломитов. Различить их можно не всегда. Они возникают за счет преобразования известкового ила.
Эти доломиты залегают в виде пластов и линзовидных залежей. Представляют собой крепкие с неровными, шероховатым изломом породы, обычно с неясной слоистостью. Структура сингенетических доломитов чаще равномерно микрозернистая. Для диагенетических более типична неравномерно зернистая (поперечники зерен их меняются от 0,1 до 0,01 мм). Характерна для диагенетических доломитов и неправильно ромбоэдрическая, или овальная форма зерен доломита, часто имеющих концентрически зональное строение. В центральной части зерен имеются темные пылевидные скопления.
В некоторых случаях происходит огипсование породы. При этом замещению гипсом легче всего подвергались наиболее проницаемые для растворов участки карбонатной породы (в частности, органические остатки), а также скопления пелитоморфного доломита.
Вторичные (эпигенетические) доломиты.
Этот тип доломитов образуется в процессе замещения при помощи растворов уже твердых известняков, вполне сформировавшихся как горные породы. Эпигенетические доломиты залегают обычно в виде линз среди неизменных известняков или содержат в себе участки остаточного известняка.
Эпигенетические доломиты характеризуются массивностью или неясной слоистостью, неравномерно-зернистой и неоднородной структурой. Они крупно- и неоднородно пористые. Рядом с участками, полностью доломитизированными, присутствуют участки, почти не затронутые этим процессом. Граница между такими участками извилистая, неровная и проходит иногда посредине раковин.
Мергели
Под мергелями понимаются породы, переходные между карбонатными и глинистыми, содержащие 25-95% CaCO 3 . Наиболее карбонатные их разновидности (75-95% CaCO 3), в случае значительного уплотнения породы, называются глинистыми известняками.
Мергели подразделяются на три основные группы:
1. Собственно мергели, с содержанием CaCO 3 50-70%,
2. Известковые мергели, у которых содержание CaCO 3 изменяется в пределах 75-95%,
3. Глинистые мергели с содержанием CaCO 3 от 25 до 50%.
Типичные мергели представляют собой однородную по структуре очень м/з породу, состоящую из смеси глинистых и карбонатных частиц и часто обладающую во влажном состоянии известной пластичностью. Обычно мергели окрашены в светлые тона, но встречаются и ярко окрашенные разновидности - красные, коричневого, фиолетового цвета (особенно в красноцветных толщах). Тонкая слоистость для мергелей не типична, но многие из них залегают в виде тонких слоев. Некоторые мергели образуют закономерные ритмичные переслаивания с тонкими глинистыми и песчаными прослоями.
В качестве примеси в мергелях присутствуют органические остатки, обломочные зерна кварца и других минералов, сульфаты, окислы железа, глауконит и др.
Сидеритовые породы
Химическая формула сидерита FeCO 3 , при чем железа содержится 48,2%. Само название минерала происходит от греческого "сидерос" - железо.
Сидеритовые породы представляют собой скопление зернистых или землистых агрегатов, плотных, иногда представляющих собой шаровидные конкреции (сферосидерит).
Цвет их буровато-желтый, бурый. Сидерит легко разлагается в HCl, капля при этом желтеет от образования FeCl 3 .
Происхождение.
1. Гидротермальное - встречается в полиметаллических месторождениях как жильный минерал. 2. При замещении известняков образует метасоматические залежи. 3. Сидериты могут быть и осадочного происхождения, они имеют, как правило, оолитовое строение. 4. Встречается сидерит метаморфического происхождения, образующийся при метаморфизме осадочных месторождений железа. В зоне окисления он легко разлагается и переходит в гидраты окислов железа, образуя железные шляпы.
На протяжении своего существования Земля прошла длинный ряд непрерывных изменений. Они вызываются процессами различными по скорости, по масштабности и по источникам энергии. Эти процессы перемещения вещества, видоизменяющие земную кору и поверхность Земли, называются геологическими или геодинамическими.
Эндогенными процессами называются такие геологические процессы, происхождение которых связано с глубокими недрами Земли. В недрах Земли под внешними ее оболочками происходят сложные физико-механические и физико-химические преобразования вещества, в результате которых возникают мощные силы, воздействующие на земную кору, за счет которых они преобразуют ее. Эндогенные процессы коренным образом меняют характер земной коры и, в частности, ее поверхности; они приводят к созданию основных форм рельефа поверхности Земли – горных стран и отдельных возвышенностей, огромных впадин – вместилищ океанической и морской воды и др. Основными внутренними источниками энергии Земли являются: гравитационная дифференциация, ротационные (вращательные) силы, радиоактивный распад, химические и фазовые превращения, происходящие в недрах. Процессы, вызванные этими источниками энергии, называются эндогеннымиили процессами внутренней динамики . К ним относят:
1. тектонические движения (колебательные и горообразовательные);
2. магматизм;
3. метаморфизм;
4. землетрясения;
Вторая группа процессов вызвана внешними источниками энергии и проявляется на поверхности Земли и их называют экзогенными . Это солнечная энергия и гравитация, перемещения водных и воздушных масс, влияние различных растительных и животных организмов, их воздействие на горные породы и минералы. Такие процессы называются экзогеннымиилипроцессами внешней динамики . К ним относят:
1. выветривание;
2. влияние текучих поверхностных и подземных вод;
3. влияние ледников и водно-ледниковых потоков;
4. процессы в мерзлой зоне литосферы;
5. влияние морей и океанов, озер и болот;
6. гравитационные процессы;
7. деятельность человека (техногенез).
Эндогенные и экзогенные процессы действуют одновременно и тесно связаны друг с другом (рис. 2.5)
Горные породы – природная совокупность минералов более или менее постоянного минералогического состава, образующая самостоятельное тело в земной коре
Горные породы формируются при различных процессах, протекающих как в недрах Земли, так и на ее поверхности, образуя сплавы, механические смеси, состоящие из одного (мрамор) или нескольких минералов (гранит) (рис. 2.5).
Рис. 2.5. Происхождение горных пород.
Горные породы классифицируют по происхождению (по генезису) и химическому составу. По происхождению выделяют магматические, осадочные и метаморфические породы (рис. 2.6).
Рисунок 2.6. Классификация горных пород по типу образования
Магматические и метаморфические горные породы слагают около 90 % объёма земной коры, однако, на поверхности материков области их распространения сравнительно невелики. Остальные 10 % приходятся на долю осадочных пород, занимающих 75 % площади земной поверхности.
Магматические горные породы подразделяют на интрузивные – глубинные и эффузивные – излившиеся.
Интрузивные горные породы образуются в недрах Земли в условиях высоких давлений и очень медленного остывания. Магма на глубине нескольких десятков километров от поверхности Земли находится под очень большим всесторонним гидростатическим давлением, достигающим нескольких тысяч атмосфер, и обладает высокой температурой. При внедрении магмы в вышележащие слои Земли физическая обстановка изменяется: магма встречается с твердыми и относительно холодными породами и начинает застывать и кристаллизоваться. Однако отдача тепла магмой в окружающую среду происходит очень медленно, так как теплопроводность горных пород низка. Температура магмы падает постепенно в течение миллионов лет. Примером может служить следующее наблюдение: на Северном Кавказе в районе Пятигорска интрузия магмы произошла в конце палеогенового периода (~30 млн. лет назад). Однако и в настоящее время разогретые массы магмы существуют на сравнительно небольшой глубине, на что указывают выходящие на поверхность земли горячие источники.
При медленном остывании магмы происходит постепенная и последовательная раздельная кристаллизация входящих в ее состав химических соединений, каждое из которых превращается в кристалл какого-либо минерала. Благодаря медленному росту кристаллы могут достигать относительно больших размеров, поэтому для многих интрузивных пород характерна крупно кристаллическая структура. В результате медленного остывания магмы происходит полная кристаллизация всего ее вещества, и в возникшей породе не остается аморфных участков.
Образующиеся в ходе кристаллизации минералы выпадают из расплава в определенной временной последовательности. Эту последовательность определяет степень тугоплавкости минералов, а также химический состав магмы. Большую роль в процессе кристаллизации играют летучие парообразные и газообразные вещества, способствующие и часто определяющие порядок и скорость кристаллизации минералов.
Поясним это на примере магмы гранитного состава, в результате кристаллизации которой на глубине образуется порода – гранит. В состав гранита входят такие породообразующие минералы, как полевые шпаты, кварц, из темноцветных силикатов – и реже роговая обманка (табл. 2.4). Температура плавления биотита и роговой обманки очень высокая (при 600 МПа 620–270 о С), поэтому их кристаллы образуются еще в жидкой магме.
Во вторую фазу кристаллизации возникают кристаллы полевых шпатов, температура плавления которых ниже, чем у темных силикатов (при 10 5 Па 1120 – 1250 о С). В отличие от условий первой фазы при кристаллизации полевых шпатов в жидкой массе магмы уже существуют твердые кристаллы темноцветных силикатов. Вследствие этого кристаллы полевых шпатов могут «обрастать» кристаллы биотита или роговой обманки и включать их в себя.
После кристаллизации темных и светлых силикатов порода окажется сформированной на 75-80% объема. Кремнезем, содержащийся в гранитной магме в избытке, начнет переходить в твердое кристаллическое состояние в последнюю очередь, превращаясь в кварц. Его кристаллы занимают свободное пространство между ранее образовавшимися кристаллами биотита, роговой обманки и полевого шпата и приобретать вид зерен неправильной формы, хотя внутреннее строение их кристаллической решетки вполне правильно. В итоге произойдет полная кристаллизация магмы, все ее вещество примет кристаллическое строение. Возникшая таким путем структура породы получила название полнокристаллической. Полнокристаллическая структура дает информацию о глубинных, или абиссальных , условия застывания магмы.
На больших глубинах в условиях всестороннего давления ориентировка осей и плоскостей растущих кристаллов ничем не контролируется, и расположение их в породе случайно. Подобную текстуру породы называют массивной, неориентированной; она характерна в основном для глубинных пород.
В ходе магматической интрузии возможно течение вязкой массы магмы, хотя и в ограниченных пределах. При этом кристаллы с удлиненными формами, например столбики роговых обманок и листочки слюды, ориентируются длинными осями параллельно направлению потоков в магме. Образуется так называемая флюидальная текстура . Встречаясь в интрузивных породах, она, однако, более типична для пород эффузивных.
Эффузивные горные породы образуются при излиянии на поверхность земли расплавленной магмы. При эффузии почти мгновенно, меняются температура окружающей среды и давление, снижающееся от нескольких тысяч атм. до 1 атм. В результате этого вначале начинается бурное выделение газов, растворенных в магме, сопровождающееся взрывами. Лава, выходящая из жерла вулкана, расплескивается, выбрасываясь вверх брызгами. Выделяющиеся из лавы газы могут ее вспенивать, образуя многочисленные пузыри, сохраняющиеся и при затвердевании вещества. Так образуется пузырчатая текстура. Порода подобного сложения получила название пемзы . Ее плотность настолько низка, что пемза плавает в воде.
Резко снижающаяся температура создает условия, при которых одновременно кристаллизуются многие минералы. Однако очень быстрое затвердевание вещества приводит к образованию мелких зачаточных форм кристаллов, которые можно обнаружить только под микроскопом. Значительная часть породы превращается в аморфную или стекловатую массу. Такая структура пород называется скрытокристаллической . При очень быстром остывании лавы процесс кристаллизации может и вовсе не начаться, в этом случае порода целиком будет состоять из вулканического стекла. Такая порода названа обсидианом. Это черная, темно-серая или темно-бурая порода с раковистым изломом, похожая на глыбу стекла. Полости газовых пузырей часто заполняются минералами, которые образуются вторично – в результате их кристаллизации из растворов горячих вод, проникших в застывшую лаву. При этом на фоне темно-серой породы, имеющей скрытокристаллическую структуру, выделяются округлые светлые пятна таких включений. Обычно они представлены такими минералами как кальцит и аморфный кремнезем – опал и халцедон .
С процессом извержения вулканов связано также образование группы пород, которые принято называть пиропластическими . Выделяющиеся из магмы газы часто скапливаются внутри жерла вулкана в таких больших количествах и под столь большим давлением, что возникают мощные взрывы, выбрасывающие высоко в атмосферу огромные массы лавы, состоящей из частиц самых разных размеров. Они остывают в воздухе и падают на землю в виде твердых пылинок, горошин и более крупных обломков. Их называют вулканическим пеплом . Массы этого вулканического материала покрывают окрестности извергающегося вулкана толстым рыхлым слоем. Дожди смачивают его, и он приходит в движение, образуя потоки вулканической грязи. Высыхая, грязь превращается в легкую пористую и твердую породу, называемую туфом . Подобная порода, образованная на дне моря или озера называется туффитом .
Классификация интрузивных и эффузивных пород строят на основе указанных выше особенностей структуры и текстуры, а также их химического и минералогического состава. По химическому составу магматические горные породы делят в зависимости от содержания в них окиси кремния SiO 2 (табл. 2.5). Кислые породы чаще бывают светлыми, иногда белыми. С уменьшением содержания кремнезема окраска породы изменяется от серой до темно-серой. Для ультраосновных пород характерна черная или темно-зеленая окраска, зависящая от увеличения содержания темноцветных минералов, богатых окислами железа и магния.
Таблица 2.5. Классификация магматических пород по содержанию окиси кремния.
| Название группы | Горные породы (примеры) | |
| Низко и некремнеземнистые | окатыши | |
| Ультраосновные | дунит, перидотит, пироксенит, кимберлит, оливинит | |
| Основные | габбро, лабродарит, базальт, диабаз, трахит | |
| Средние | сиенит, диорит, трахит, андезит, полевой шпат, порфирит | |
| Кислые (кислотные) | гранит, липарит, кварцевый порфир | |
| Ультракислые | пегматит, аляскит, пемзы, вулканическое стекло |
В табл. 2.6. приведена краткая характеристика основных магматических горных пород.
Таблица 2.6. Характеристика основных магматических горных пород.
|
Горная порода |
Минералогический |
Структура |
|
Интрузивные породы |
||
| Гранит красный, розовый, светло-серый | Кварц, полевые шпаты (ортоклаз, микроклин), роговая обманка, слюды | |
| Сиенит | Полнокристаллическая, равномернозернистая и порфировидная | |
| Габбро | Плагиоклазы (от лабрадора до анортита), оливин | Полнокристаллическая, равномернозернистая и порфировидная |
|
Эффузивные породы |
||
| Пемза | Пенистая, сильнопузырчатая | |
| Вулканический туф | Из различных минералов, обогащенных кремнием | Пузырчатая |
| Вулканическое стекло (обсидиан) | Кварц | Стекловатая |
| Липарит (эффузивный аналог гранита) | Кварц, полевые шпаты (ортоклаз, микроклин) | Порфировая |
| Трахит (эффузивный аналог сиенита) | Ортоклаз, микроклин, роговая обманка, биотит | Порфировая, тонкопузырчатая |
| Базальт (эффузивный аналог габбро) | Плагиоклазы, оливин, авгит | Плотная, мелко-кристаллическая, скрытокристаллическая |
| Андезит | Плагиоклазы, полевые шпаты, роговая обманка, биотит | Неполнокристаллическая порфировая, мелкозернистая |
Наибольшее распространение в земной коре имеют граниты (интрузивные породы), андезиты и базальты (эффузивные породы).
Граниты составляют ~30% массы земной коры. Граниты состоят в основном из трех минералов: кварца, полевого шпата и слюды (или роговой обманки).
Андезиты – породы с вкраплениями из полевых шпатов (альбита, анортита), роговой обманки, слюд и пироксена – составляют ~25% массы земной коры.
Базальты составляют ~ 20% массы земной коры, в их состав входят преимущественно полевые шпаты, пироксен, оливин. Остальное приходится на долю всех остальных горных пород.
Осадочные горные породы образуются при механическом и химическом разрушении магматических пород под действием воды, воздуха и органического вещества.
По признаку происхождения их делят на три группы: обломочные , химические и органические.
Обломочные горные породы образуются в процессах разрушения, переноса и отложения обломков горных пород. Это чаще всего каменистые осыпи, галечники, пески, суглинки, глины и лёссы. Обломочные породы разделяют по крупности:
· грубообломочные (> 2 мм); остроугольные обломки – дресва, щебень, сцементированные глинистыми сланцами, образуют брекчии , а окатанные – гравий, галька – конгломераты );
· среднеобломочные (от 2 до 0,5 мм) – образуют пески;
· мелкообломочные, или пылеватые – образуют лёссы;
· тонкообломочные, или глинистые (< 0,001 мм) – при уплотнении превращаются в глинистые сланцы.
Осадочные породы химического происхождения – соли и отложения, образующиеся из насыщенных водных растворов. Они имеют слоистое строение, состоят из галоидных, сернокислых и карбонатных минералов. К ним относятся каменная соль, гипс, карналлит, опоки, мергель, фосфориты, железо-марганцевые конкреции и т.д. (табл. 2.4). Они могут образовываться в смеси с обломочными и органическими отложениями.
Мергель образуется при вымывании из известняков карбоната кальция, содержит глинистые частицы, плотный, светлый.
Железо-марганцевые конкреции образуются из коллоидных растворов и под действием микроорганизмов и создают шариковидные залежи железных руд. Фосфориты образуются в форме шишковидных конкреций неправильной формы, при слиянии которых возникают фосфоритные плиты – залежи фосфоритовых руд серого и буроватого цветов.
Горные породы органического происхождения широко распространены в природе – это останки животных и растений: кораллы, известняки, ракушечники, радиоляриевые, диатомовые и различные черные органические илы, торф, каменные и бурые угли, нефть.
Осадочная толща земной коры формируется под воздействием климата, ледников, стока, почвообразования, жизнедеятельности организмов, и ей присуща зональность : зональные донные илы в Мировом океане и континентальные отложения на суше (ледниковые и водно-ледниковые в полярных областях, торф в тайге, соли в пустыне и т. д.). Осадочные толщи накапливались в течение многих миллионов лет. За это время картина зональности многократно менялась в связи с переменами в положении оси вращения Земли и другими астрономическими причинами. Для каждой конкретной геологической эпохи можно восстановить систему зон с соответствующей ей дифференциацией процессов осадконакопления. Строение современной осадочной оболочки – это результаты перекрытия множества разновременных зональных систем.
На большей части территории земного шара почвообразование идет на осадочных горных породах. В северной части Азии, Европы и Америки обширные пространства заняты породами, отложенными ледниками четвертичного периода (мореной) и продуктами размывания их талыми ледниковыми водами.
Моренные суглинки и супеси. Эти породы отличаются неоднородностью состава: они представляют сочетание глины, песка и валунов различного размера. Супесчаные почвы содержат больше Si0 2 и меньше других окислов. Окраска большей частью красно-бурая, иногда палевая или светло-бурая; сложение плотное. Более благоприятную среду для растений представляют моренные отложения, содержащие валуны известковых пород.
Покровные глины и суглинки - безвалунные, мелкоземистые породы. Состоят преимущественно из частиц меньше 0,05 мм в диаметре. Окраска буровато-желтая, большей частью обладают мелкой пористостью. Содержат больше элементов питания, чем описанные выше пески.
Лессовидные суглинки и лессы – безвалунные, мелкоземистые, карбонатные, палевые и желто-палевые, мелкопористые породы. Для типичных лессов характерно преобладание частиц диаметром 0,05-0,01 мм. Встречаются также разновидности с преобладанием частиц диаметром меньше 0,01 мм. Содержание углекислого кальция колеблется от 10 до 50%. Верхние слои лессовидных суглинков нередко бывают освобождены от углекислого кальция. В бескарбонатной части преобладают кварц, полевые шпаты, глинистые минералы.
Красноцветная кора выветривания. В странах с тропическим и субтропическим климатом широко распространены мелкоземистые отложения третичного возраста. Они отличаются красноватой окраской, сильно обогащены алюминием и железом и обеднены другими элементами.
Коренные породы. На значительных территориях на поверхность выходят морские и континентальные породы дочетвертичного возраста, объединяемые под названием «коренные породы». Названные породы особенно распространены в Поволжье, а также в предгорьях и горных странах. Среди коренных пород широко распространены карбонатные и мергелистые суглинки и глины, известняки, а также песчаные отложения. Следует отметить обогащенность многих песчаных коренных пород элементами питания. Кроме кварца эти пески содержат значительные количества других минералов: слюд, полевых шпатов, некоторых силикатов и т. д. В качестве материнской горной породы они резко отличаются от древнеаллювиальных кварцевых песков. Состав коренных пород очень разнообразен и недостаточно изучен.
Метаморфические горные породы – это магматические и осадочные горные породы, измененные температурой, давлением и химически активными веществами. Метаморфоза горных пород происходит под влиянием следующих факторов:
Давления, возникающего при горообразовательных процессах;
Повышения температуры, вызванного внедряющейся в литосферу магмой, горячих водных растворов и газов, несущих новые химически активные соединения;
Давления вышележащих горных пород.
Одна из последних классификаций метаморфизма приведена в табл. 2.6.
Таблица 2.6.Классификация метаморфизма горных пород
| Тип метаморфизма | Факторы метаморфизма |
| Метаморфизм погружения | Увеличение давления, циркуляция водных растворов |
| Метаморфизм нагревания | Рост температуры |
| Метаморфизм гидратации | Взаимодействие горных пород с водными растворами |
| Дислокационный метаморфизм | Тектонические деформации |
| Импактный (ударный) метаморфизм | Падение крупных метеоритов, мощные эндогенные взрывы |
Например, при накоплении осадочных горных пород мощностью 10 – 14 км нижние их слои испытывают огромное давление, сопровождающееся повышением температуры и перекристаллизацией всего материала. В результате этого процесса из глин образуются сначала сланцы, а затем гнейсы, напоминающие по составу гранит. Состав гнейсов различен. Из песков в присутствии соединений железа сначала образуются песчаники, очень легко рассыпающиеся при приложении небольших усилий, а затем кварциты, т.е. кристаллическая горная порода. Кварциты и гнейсы сохраняют слоистое строение, характерное для осадочных пород. Известняки при перекристаллизации образуют мрамор.
Таким образом, процессы метаморфизма как бы заключают цикл изменений, происходящих с горными породами.
Горные породы - это вещество, слагающее . Состоят горные породы из , однородных или неоднородных, которые твердо или рыхло соединяются.
Нередко они состоят из сцементированных обломков различных пород, иногда с присутствием . Горные породы сформировались в результате внутриземных или поверхностных геологических процессов.
Строение породы определяется ее структурой и текстурой. Под структурой понимают особенности соединения минеральных зерен, их размеры и формы. Одни породы состоят из крупных кристаллических зерен; другие - из мельчайших кристаллов, видимых только в микроскоп; третьи - из стекловидного вещества; четвертые - комбинированные, когда на фоне мельчайших кристаллов или стекловидного вещества встречаются отдельные крупные кристаллы.Под текстурой понимают взаимное расположение и распределение слагающих породу минералов. Различают следующие виды текстуры:
- массивная текстура: никакого порядка в размещении минералов не наблюдается;
- слоистая: порода состоит из слоев разного состава;
- сланцевая: все минералы плоские и вытянутые в одном направлении;
- пористая: вся горная порода пронизана порами;
- пузырчатая: в горной породе есть пустоты от выделившихся .
По происхождению горные породы подразделяются на:
Магматические . Эти горные породы образуются из расплавленной при ее остывании и затвердевании. Строение этих пород зависит от скорости остывания магмы. На глубине в земной коре она остывает медленнее, чем на поверхности. При этом образуются плотные горные породы с крупными кристаллами минералов. Их называют глубинными магматическими породами. К данной разновидности относится, например, гранит, имеющий зернистое строение. Гранит (итал. granito - зернистый) - самая распространенная горная порода на Земле. Он состоит из кварца, калиевого полевого шпата, кислого плагиоклаза и слюды. В гранитном слое содержится разнообразие цветных, драгоценных и редких металлов. В океанической земной коре слой гранита отсутствует. Гранит широко применяется в хозяйстве, он используется как декоративный и строительный материал.
Магма, прорвавшаяся на поверхность по трещинам и разломам, застывает быстрее. Поэтому горные породы, образованные излившейся магмой, состоят из мелких кристаллов, их иногда трудно различить невооруженным глазом. Они обычно плотные, тяжелые, твердые. Примером такой горной породы может служить базальт (лат. basaltes - камень). Это наиболее распространенная на Земле вулканическая горная порода или темно-серого цвета. Это очень прочная кислотоупорная и железосодержащая горная порода. Данные ее свойства используются для изготовления кислотоупорной аппаратуры, изоляторов сильного электротока. Базальт в отшлифованном виде становится красивым облицовочным камнем. Им вымощена Красная площадь в Москве.
Изливаясь по трещинам, магма создает обширные базальтовые пространства (). Наслаиваясь один на другой, эти покровы образуют ступенчатые возвышенности - траппы. Толщина этих покровов достигает сотен метров, а площади, занятые ими, - сотни тысяч квадратных километров. Кроме покровов, базальт образует нижний слой земной коры, в состав которого входит большое количество железа.
В том случае, если магма содержит много газов, она при излиянии вспенивается, газы улетучиваются, и образуется магматическая порода, которая имеет губчатое, пористое строение. К таким горным породам относится пемза. Она легкая и не тонет в воде. Вместе с тем пемза достаточно твердая и используется как шлифующий материал.
Осадочные . Эти породы, в отличие от магматических, образуются только на поверхности земной коры в результате оседания под действием силы тяжести и накопления на дне и на суше. По способу образования осадочные горные породы делятся обычно на группы:
а) обломочные. Они состоят из обломков различных пород. Происхождение их связано с процессами , перемещения обломков текущими водами, или и накопления их (см. ). При этом обломки дробятся, измельчаются, окатываются. В зависимости от размеров обломочные породы бывают крупно-, средне- и мелкообломочные. К горным породам такой группы относятся щебень, галька, гравий, песок, глина. Многие из них используются как строительный материал;
б) химические. Горные породы, относящиеся к этой группе, образуются из водных растворов минеральных веществ. Это оседающие на дно водоемов калийная и поваренная соль. Из воды горячих источников выпадает кремнезем. Многие из горных пород этой группы используются в хозяйстве. Например, калийные соли - сырье для получения калийных удобрений;
в) органические, или органогенные (греч. organon - орган и genes - рождающий). К этой группе относятся осадочные породы, состоящие в основном из остатков растений и животных, накопившихся за миллионы лет на дне озер, морей, океанов.
Сюда входят:
- горючие ;
- фосфориты: фосфатный ракушечник, скопление костей;
- известняки: известняк, мел, ракушечник. Органические горные породы образуют многочисленные ценные полезные ископаемые, широко использующиеся в хозяйстве. Для этой группы осадочных горных пород характерна слоистая текстура. Между слоями можно найти остатки и отпечатки растений и животных.
Осадочные горные породы покрывают земную поверхность почти сплошь. Они составляют 70% толщи земной коры, образуя ее верхний слой, толщина которого может доходить до 25 км.
Метаморфические . Это породы, первоначально образованные как осадочные или магматические и претерпевшие изменения в (греч. metamorphomai - преображаюсь, подвергаюсь превращению). Вследствие воздействия , температур и химических растворов в нижней части земной коры или в мантии происходит уплотнение, перекристаллизация, изменение структуры и текстуры горной породы без существенного Базальты (42.5%) Граниты (21.6%) изменения ее химического состава. При этом существенно преобразуется одна горная порода в другую, более стойкую и твердую, без ее растворения или расплавления. Например, известняк превращается в кристаллическую породу - мрамор, песчаник - в кварцит, гранит - в гнейс, глина - в глинистые сланцы. Метаморфические горные породы так же, как и магматические и осадочные, используются в хозяйстве. Например, железистый кварцит используется в качестве (Курская магнитная аномалия), а глинистые сланцы - как кровельный материал.
Итак, толща земной коры состоит из горных пород магматического, осадочного и метаморфического происхождения. Они являются источниками всех полезных ископаемых.
Происхождение и классификация горных пород
Любой натуральный камень - это «горная порода, природное образование, состоящее из отдельных минералов и их ассоциаций». Изучением состава, происхождения и физических свойств горных пород занимается петрография. Согласно ей все породы по происхождению длятся на три основные группы:
1. Изверженные («первичные» породы)
- образовались непосредственно из магмы - расплавленной массы преимущественно силикатного состава, в результате ее охлаждения и застывания. В зависимости от условий застывания различаются глубинные и излившиеся.
Глубинные
возникли в результате постепенного остывания магмы при высоком давлении внутри земной коры. В этих условиях составляющие магмы кристаллизовались, благодаря чему образовались массивные плотные породы с полнокристаллической структурой: гранит, сиенит, лабрадорит и габбро.
Излившиеся
образовались в результате вулканического извержения магмы, которая быстро остывала на поверхности при низкой температуре и давлении. Недостаточно было времени для образования кристаллов, поэтому породы этой группы имеют скрыто или мелко кристаллическую структуру с обилием аморфного стекла с большой пористостью: порфиры, базальты, травертин, вулканические туфы, пеплы и пемзы.
Гранит (от латинского granum, зерно) - самая распространенная горная порода. Гранит имеет ярко выраженную зернисто-кристаллическую структуру и состоит в основном из полевых шпатов, кварца, слюды и других минералов.
По величине зерен различается 3 структуры гранита: мелкозернистые, среднезернистые, крупнозернистые.Цвет гранита может быть самым разным. Чаще всего можно встретить серый гранит, от светлого до темного с разными оттенками, есть также розовый, оранжевый, красный, голубовато-серый и иногда голубовато-зеленый гранит. Исключительно редок гранит с голубым кварцем. В декоративном отношении наиболее ценными являются мелкозернистые светло-серые с голубым оттенком, насыщенно темно-красные и зеленовато-голубые разновидности гранитов.
2. Осадочные (или «вторичные» породы)
Называются вторичными, так как образовались в результате разрушения изверженных пород или из продуктов жизнедеятельности растений и животных организмов.
Они могут быть в виде химических осадков, которые образуются в процессе высыхания озер и заливов, когда в осадок выпадают различные соединения. Со временем они превращаются в известняковые туфы, доломит. Общая особенность этих пород - пористость, трещиноватость, растворяемость в воде.
Бывают также обломочные осадочные породы. К ним относятся сцементированные песчаники, брекчии, конгломераты и рыхлые: пески, глины, гравий и щебень. Сцементированные отложения образовались из рыхлых в результате природного скрепления, цементирования. Например, песчаник - из кварцевого песка с известковым цементом, брекчия - из сцементированного щебня, а конгломерат - из гальки.
Еще известны породы органического происхождения, это известняки и мел. Они образуются в результате жизнедеятельности животных организмов и растений.
Песчаник
Для геологов и петрографов - обломочная порода, состоящая из сцементировавшегося песка. Бывают серого, зеленого, красного, желтого, коричневого и бурого цвета. Наиболее прочными считаются кремнистые песчаники.
В основном песчаники не способны приобретать полированную фактуру, поэтому для них обычно используют фактуру скалывания или пиленую, а иногда - шлифованную. Песчаники хорошо поддаются теске и алмазной обработке.
Декоративными считаются мелкозернистые красные, шоколадно-коричневые и зеленые разновидности песчаника, которые с успехом используются для наружной облицовки. В московских и петербургских памятниках архитектуры, построенных в XIX и начале XX века, хорошо сохранились облицовки из польского песчаника серо-зеленого, желтого и розового оттенков. Успенская площадь Кремля облицована люберецким песчаником.
Песчаник - довольно пористый материал, поэтому использовать его для отделки элементов, соприкасающихся с водой, нежелательно. Не рекомендуется также использовать его на цокольных конструкциях.
3. Метаморфические (видоизмененные породы)
- образовались путем превращения изверженных и осадочных горных пород в новый вид камня под воздействием высокой температуры, давления и химических процессов.
Среди метаморфических пород различают массивные (зернистые), к ним относятся мрамор и кварцит, а также сланцеватые - гнейсы и сланцы.
Мрамор
Название "мрамор" произошло от греческого marmaros, блестящий. Это зернисто-кристаллическая порода, которая образовалась в недрах Земли в результате перекристаллизации известняка и доломита под воздействием высоких температур и давления. В строительстве мрамором часто называют не только этот камень, но и другие плотные переходные карбонатные породы. Это, прежде всего, мраморовидные или мраморизованые известняки и доломиты.
Кварцит
Это мелкозернистые породы, которые образовались при перекристаллизации кремнистых песчаников и состоят в основном из кварца. Кварцит бывает серого, розового, желтого, малиново-красного, темно-вишневого и иногда белого цветов.
Кварцит считается высокодекоративным камнем, особенно малиново-красный и темно-вишневый. Фактура «скала» значительно осветляет общий фон этого камня, чем часто пользуются, совмещая такие изделия с контрастными по цвету полированными.
Кварцит имеет очень высокую твердость и относится к труднообрабатываемым материалам, но принимает полировку очень высокого качества.
Часто применяется при строительстве уникальных сооружений. Был использован при строительстве храма «Спас на крови». На протяжении столетий использовался и как ритуальный камень. Из него выполнены саркофаги Наполеона и Александра II, верхняя часть мавзолея Ленина.
Сланец
Плотная и твердая горная порода, которая образовалась из сильно уплотнившейся глины, частично перекристаллизовавшейся под высоким и односторонним давлением (сверху вниз, например). Характеризуется ориентированным расположением породообразующих минералов и способностью раскалываться на тонкие пластины. Цвет сланцев чаще всего темно-серый, черный, серо-коричневый, красно-коричневый.
Сланец - долговечный материал, он поддается обработке (расслаивается на тонкие пластины), некоторые виды принимают и полировку. Однако чаще его используют вообще без обработки, так как поверхность раскола очень декоративна.
Сланец используют и в наружной, и во внутренней облицовке. Этот камень широко применялся в известных архитектурных памятниках (полы Исаакиевского собора в Санкт-Петербурге частично сделаны из сланца).
4. Полудрагоценные камни.
К ним можно относятся, в основном горные породы, получившие название «декоративно-поделочные камни». Это яшма, оникс, опал, малахит, лазурит. Встречаются они гораздо реже обычного камня и ценятся больше. Однако облицовывать ими большие участки дорого, поэтому чаще всего этими камнями отделывают небольшие элементы: детали колонн, подоконников, ванных комнат…
Одним из самых распространенных декоративно-поделочных камней считается оникс («ноготь» в переводе с греческого). Оникс имеtт слоистое или радикально-лучистое строение. Цвет оникса - белый, светло-желтый, желтый, коричневый, темно-бурый, бледно-зеленый. Рисунок полосчатый - чередование полос разных оттенков. Большинство мраморных ониксов просвечиваются, иногда на глубину 30…40 мм. Оникс хорошо обрабатывается режущими и шлифовальными инструментами и принимает полировку высокого качества.
Классификация осадочных обломочных (терригенных) пород
Тема лекции: Вводная. Геология, содержание, задачи, разделы и методы. Краткая история развития нефтяной геологии.
Конспект лекционных занятий
Геология – наука о Земле (от греч. «гео» - Земля, «логос» - знание, наука). Земля представляет собой сложно построенное тело, занимающее определенное положение во Вселенной, характеризующееся определенным физическим состоянием и химическим составом и непрерывно развивающееся во времени. В силу этого изучением Земли, кроме геологии занимаются и другие науки – геофизика, геохимия. Геофизика изучает внутреннее строение Земли, физическое состояние ее недр, ее физические поля - гравитационное (поле силы тяжести), магнитное, тепловое, электрическое. В задачу геохимии входит изучение химического состава Земли и ее отдельных оболочек, судьбы атомов химических элементов и их изотопов. Предметом исследования геологии является в основном верхняя каменная оболочка Земли – земная кора, а точнее, литосфера, охватывающая кроме коры верхнюю часть мантии. Геология ставит своей целью восстановление и объяснение истории развития Земли, на основе исследования ее вещественного состава, строения и процессов, изменяющих внутренние состояние земного шара и земную поверхность.
Геология изучает состав, строения и развитие Земли под действием процессов протекающих в ее внешних и внутренних сферах, а также закономерности и процессы формирования земной коры, слагающих ее минералов, горных пород, полезных ископаемых и историю развития жизни на Земле. В общем, геологические знания – это необходимое и важное звено научного мировоззрения.
Значение геологической науки для хозяйственной деятельности человека неуклонно возрастало по мере вовлечения в эту деятельность новых видов полезных ископаемых – от угля до урановой руды и редких элементов. Другая крупная задача прикладной геологии – изучение геологических условий мест, предназначенных для возведения различных инженерных сооружений–гидроэлектростанций, атомных электростанций, каналов и т.п. в целях обеспечения их устойчивости. Еще одно важная роль геологии предупреждение и учет возможных последствий природных катастрофических явлений – землетрясений, вулканических извержений, оползней и т.д. Относительно недавно человечество осознало необходимость сохранения окружающей природной среды и оценка направленности ее естественного изменения и экология – наука об окружающей среде заняло видное место среди других наук, а в ее составе оформился раздел, относящийся к геологической компоненте этой среды – геоэкология.
Практическое значение геологии, прежде всего состоит в разработке методов обнаружения полезных ископаемых. Среди полезных ископаемых различают рудные, или металлические (из них добывают различные металлы), нерудные (из них добывают фосфор, калий–для удобрений, каменную соль, серу и другие), строительные материалы, драгоценные (алмаз, рубин, сапфир и другие), полудрагоценные (аметист, яшма, малахит и другие) камни, горючие (уголь, нефть, горючий газ).
К настоящему времени геология выработала надежные критерии прогнозирования различных полезных ископаемых, в первую очередь таких, как нефть, природный газ, уголь, руды черных и цветных металлов. Таким образом, современная геологическая наука служит теоретической основой для поисков, разведки и разработки всех видов полезных ископаемых. Современная индустрия в значительной мере базируется на использовании минеральных ресурсов Земли – нефти, газа, угля, руд черных и цветных металлов, строительных материалов, подземных вод, солей и т.д. Особенно большую роль играет геология при поисках и разведке месторождений энергетического и химического сырья – нефти и газа.
На сегодняшний день геология представляет собой совокупность многих геологических дисциплин, выделившихся из нее в результате углубленной разработке отдельных отраслей геологических знаний и совершенствования методов геологического исследования. В этой связи можно выделить несколько основных разделов геологии:
1) науки, изучающие вещественный состав Земли (геохимический цикл); 2) науки, изучающие процессы, протекающие в недрах Земли и на ее поверхности (динамическая геология); 3) науки, изучающие историю Земли (историческая геология); 4) науки, направленные на практическое использование недр Земли (прикладная геология).
К геохимическому циклу относятся кристаллография, минералогия, петрология, литология, собственно геохимия. Кристаллография – наука о кристаллах, их внешней форме и внутренней структуре. Минералогия – наука о минералах природных химических соединениях, слагающие горные породы или встречающихся отдельно. Минералогия рассматривает химический состав минералов, особенности их структуры, физические свойства, условия залегания, взаимосвязи и происхождение. Петрология – наука о горных породах, изучает минералогический и химический состав горных пород, их свойства, строение, условия залегания, а также изучает их происхождение и изменения, испытываемые горными породами под воздействие различных факторов. Особый класс горных пород – осадочные породы – является предметом изучения литологии (греч. «литос» - камень). Геохимия – наука о химическом составе Земли, изучает химические элементы, устанавливает закономерности распределения, сочетания и перемещения отдельных химических элементов в недрах Земли и на ее поверхности. Геохимия оперирует атомами, минералогия изучает сочетания атомом (минералы), петрология – сочетания минералов (горные породы).
Динамическая геология изучает геологические процессы протекающие в недрах литосферы и на ее поверхности. В зависимости от источника энергии они подразделяется на экзогенные (рожденные внешними причинами) и эндогенные (рожденные внутренними причинами). Экзогенные процессы протекают под действием солнечной энергии в сочетании с гравитационной (силой тяжести); эндогенные – под действием внутренней энергии, внутреннего тепла Земли, также в сочетании с гравитационной энергией.
Историческая геология изучает историю земной коры в связи с развитием Земли как планеты в целом. Она в свою очередь подразделяется на ряд наук. Стратиграфия – учение о слоях осадочных пород и последовательности их залегания. Палеонтология – наука об ископаемых остатках организмов. Изучение захороненных в слоях остатков древних, вымерших организмов, набор которых был характерен для определенных эпох истории Земли помогает в установлении относительного возраста осадочных горных пород.
Следующий раздел геологии, стоящий ближе всего к прикладной геологии, - это региональная геология. Она занимается описанием геологического строения – возрастной последовательности горных пород, образуемых ими структурных форм, а также истории развития отдельных участков (регионов) земной коры, от небольших до очень крупных – континентов и океанов. Строение земной коры обычно изображается на геологических картах разного масштаба, на которых отражено распространение на поверхности Земли горных пород разного типа, состава и возраста. Геологические карты и производные от них разновидности – тектонические и другие карты – служат основой для поисков и разведки полезных ископаемых.
Основным методом геологических исследований является изучение естественных выходов (обнажений) горных пород, начиная с описания их состава, типа, условий залегания и взаимоотношений. Для более точного определения состава и типа минералов, пород, полезных ископаемых берутся пробы (образцы) которые подвергаются лабораторному анализу – химическому, минералогическому и другие. В осадочных породах ведутся поиски органических остатков, по которым можно определить относительный возраст породы палеонтологическим методом, широко применяется и различные физические методы определения возраста горных пород. Для изучения пород, залегающих на большой глубине используют данные буровых скважин, шахт и других горных выработок. Для изучения глубинных частей земного шара применяется геофизические и геохимические методы. Геофизические методы основаны на том, что горные породы разного состава обладают разными физическими свойствами. В отличие большинства естественных наук, широко использующих лабораторный опыт в геологии экспериментальный метод имеет ограниченное значение. Основная трудность заключается в несоизмеримости масштаба времени геологических процессов с длительностью человеческой жизни. Однако. в настоящее время успешно проводятся работы по применению эксперимента (физического моделирования) в различных областях исследований. Так, например, в тектонике – воспроизведения деформации горных пород, минералогии – синтез минералов, в том числе алмаза, петрологии – плавление и синтез горных пород, в инженерной геологии и других отраслях геологической науки.
Основное значение при геологических исследованиях имеет наблюдения. При этом используются разнообразные методы, разработанные на базе других наук. За стадией наблюдения и сбора материалов следует стадия обобщений и выводов, с которой связано установление закономерности явлений и построение научных гипотез или теорий. В дальнейшем необходима проверка полученных выводов. В геологических исследованиях она заключается в повторном наблюдении, сопоставлением более широкого круга фактов и подтверждении экспериментальными данными. Одним из важнейших методов геологических обобщений, касающихся природы геологических процессов, является метод актуализма. Наиболее краткую его формулировку дал знаменитый британский геолог XIX века Ч. Лайель: «Настоящее есть ключ к познанию прошлого». Сущность метода заключается в понимании прошлого путем изучения современных геологических процессов и сравнение их результатов с результатами геологических процессов далекого прошлого может указать правильный путь к пониманию последних. Успешное решение теоретических задач геологии связано с разрешением одной из важных практических задач – прогноза поисков, необходимых для народного хозяйства минеральных ресурсов.
Геология нефти и газа изучает происхождение, условия миграции и формирования скоплений и историю этих полезных ископаемых, а также изучает залежи и месторождения нефти и газа в естественном состоянии и в процессе разработки для определения их значения и рационального использования недр.
Целью геологической службы является получение сведений о вещественном составе пород, их возрасте и строении, о характере насыщения флюидами, а также о физико-химических свойствах нефтей, газов, подземных вод.
Нефть, природный газ и их производные – горючие полезные ископаемые – природные образования, которые могут быть источником тепловой энергии. Горючие полезные ископаемые служат ценнейшим топливом, а чтобы вещество являлось таковым, оно должно обладать достаточно высокой теплотой сгорания, быть распространенным, продукты его сгорания должны быть летучими, чтобы не затруднять процесс горения и не быть вредными и ядовитыми для людей.
Горючие ископаемые также являются ценным сырьем для химической промышленности, это в первую очередь касается нефти.
Нефтяная промышленность мира насчитывает около 150 лет. Зарождение ее в разных странах мира происходило почти одновременно.
В 1859 году американский предприниматель Дрейк (Пенсильвания) из пробуренной им скважины получил промышленный приток нефти, чем положил начало нефтяной промышленности США. Спустя 5 лет (1864 г.) полковником в отставке Новосильцевым в России из скважины, пробуренной на речке Кудако (левый приток реки Кубань, северо-западный склон Кавказа), был получен фонтан нефти. Этот факт свидетельствует о начале нефтяной промышленности России. В районе Баку (Азербайджан) первая промышленная нефть была получена в 1871 году из скважины, пробуренной предпринимателем Мирзоевым. Нефтяной фонтан дебитом 32 т/сутки забил здесь с глубины всего 40-45 метров.
Первая нефть Казахстана была получена в 1899 году на площади Карашунгул в скважине 7 с глубины всего 40 м из палеогеновых отложений. Суточный дебит скважины достигал 25т/сутки. Но, по мнению многих геологов, фактически нефтяная промышленность Казахстана берет отсчёт с Доссора, когда 29 апреля 1911 года в урочище Доссор на одноименной солянокупольной структуре (90 км северо-восточнее Атырау) была пробурена скважина 3, из которой (интервал 225-226 метров, средняя юра) ударил мощный фонтан нефти, выбросивший за несколько последующих дней 16000 тонн высококачественной бессернистой, маслянистой нефти. Эту дату многие нефтяники считают фактическим началом нефтяной промышленности Казахстана по следующим причинам. Нефть Карашунгула мигрировала в палеогеновые отложения из нижележащих нижнемеловых и юрских залежей, поэтому запасы ее оказались весьма скромными и в больших масштабах она так и не была использована. А вот доссорская нефть сразу же, в этом же 1911 году начала добываться в сравнительно больших объемах и интенсивно использоваться в экономике.
С зарождением нефтяной промышленности мира окончательно оформилась и геология нефти и газа, как обособленная прикладная наука геологического цикла. С развитием нефтяной промышленности добыча нефти бурно растет. Так, в России за всю историю существования нефтяной промышленности (начиная с 1864 г.) было добыто более 4 млрд. т нефти.
Если для первого млрд.тонн потребовалось 90 лет, то для второго семь, для третьего всего четыре с половиной года и для четвертого – менее двух лет. Глубины нефтяных скважин также стремительно растут с 50-100 метров до 5-7 км в настоящее время.
Нефтяная геология с первых дней своего становления оформилась в самостоятельную науку геологического цикла и рассматривает широкий круг вопросов. Она опирается на науки геологического, химического, физического и биологического циклов.
Нефть и газ возникают и образуют скопления в основном в породах осадочного слоя. Весьма редко нефть и газ скапливаются и в гранито-гнейсовом слое земной коры. Следовательно, их дальнейшая консервация и сохранение на длительное геологическое время связано с земной корой, развитие которой подчиняется общим геологическим закономерностям.
Нефть, в меньшей степени, и природный углеводородный газ – сложные химические соединения, поэтому чтобы определить их состав и строение необходимо знать и уметь применять законы общей и органической химии (науки химического цикла).
Нефтяная наука исследует специфическое, жидкое и газообразное полезное ископаемое, которое способно передвигаться (мигрировать) в земной коре. Следовательно, при изучении условий образования скоплений углеводородов (УВ) и закономерностей их залегания, а также их физических свойств геолог-нефтяник использует физические законы (науки физического цикла).
Подавляющее большинство геологов придерживается органической теории образования нефти и газа, поэтому биология и биохимия служат опорой не только при решении проблемы происхождения углеводородов, формирования их скоплений, но и их разрушения, в том числе и биологическим путем (науки биологического цикла).
Нефтяная геология дает ответы на две основные группы вопросов: как образовались и что представляют из себя нефть и газ; где искать эти ценнейшие полезные ископаемые. Другими словами нефтяная геология дает ответы на следующие вопросы: как и где залегают нефть и газ в недрах земной коры, как образуются и сохраняются миллионы лет их скопления, каковы закономерности размещения их по площади земного шара, как возникли нефть и газ в природе в таких больших объемах.
Основной задачей курса является изучение форм скоплений нефти и газа в недрах (типы залежей, месторождений), закономерностей их размещения, условий их возникновения, преобразования и разрушения (генерация, аккумуляция, консервация).
Основная литература: 4, 5,
Дополнительная литература 14
Контрольные вопросы:
1. Назовите дату начала нефтяной промышленности мира.
2. Назовите дату начала нефтяной промышленности Казахстана
3. На каких науках базируется нефтяная геология?
4. Какие вопросы изучает геология нефти и газа
2. Тема лекции: Cтроение и состав Земли. Земля в космическом пространстве. Форма и размеры Земли. Внутреннее строение Земли. Химический и минеральный состав недр Земли. Физические поля Земли. Строение и состав земной коры. Вещественный состав земной коры. Минералы. Горные породы.
Земля является одним из бесчисленных небесных тел, рассеянных в безграничном пространстве Вселенной. Общее представление о положении Земли в мировом пространстве и отношении ее с другими космическими телами необходимы и для курса геологии, так как многие процессы, совершающиеся на поверхности и в глубоких недрах земного шара, тесным образом связаны с влиянием внешней среды, окружающей нашу планету. Познание Вселенной, изучение состояния различных тел и протекающих на них процессов проливает свет на проблемы происхождения Земли и ранние стадии ее развития. Вселенная – это весь мир, безграничный во времени и пространстве и бесконечно разнообразный по формам, которые принимает материя в своем развитии. Вселенная состоит из бесчисленного множества тел, весьма различных по своему строению и размеру. Различают следующие основные формы космических тел: звезды, планеты, межзвездная материя. Звезды представляет собой крупные активны.е космические тела. Радиус крупных звезд может достигать миллиарда километров, а температура даже на поверхности – многих десятков тысяч градусов. Планеты – сравнительно небольшие по размеру космические тела, как правило, холодные и обычно являющийся спутниками звезд. Пространство между космическими телами заполнены межзвездной материей (газы, пыль). Космические тела группируется в системы, в пределах которых они связаны между собой силами тяготения. Простейшая система – Земля со своим спутником Луной, образует систему более высокого порядка – Солнечную систему. Еще более сложным строением характеризуется скопления космических тел высшего порядка – галактики. Примером такой системы может служить галактика Млечный путь, в состав который входит Солнечная система. По форме наша галактика напоминает двояковыпуклую линзу, а в плане представляет собой яркое сгущение звезд в ядре со спиралевидными звездными потоками.
Строение Солнечной системы. Наша Солнечная система включает, кроме центрального светила – Солнца, девять планет, их спутники, астероиды и кометы. Солнце – звезда, раскаленный плазменный шар, типичный «желтый карлик», находящийся на средней стадии звездной эволюции. Расположено Солнце в пределах одной из спиральных ветвей нашей Галактики и обращается вокруг центра Галактик с периодом около 200 миллион лет. Температура внутри Солнца достигает нескольких миллионов лет. Источником энергии Солнца является термоядерные превращения водорода в гелий. Спектральное изучение Солнца позволило выделить в его составе 70 элементов, известных на Земле. Солнце состоит на 70 % из водорода, 27% из гелия, на долю остальных элементов остается около 3 %. В Солнце сосредоточено 99,886 % всей массы Солнечней системы. Солнце оказывает огромное влияние на Землю, на земную жизнь, ее геологическое развитие. Наша планета – Земля отстоит от Солнца на 149600000 км. Планеты вокруг Солнца располагаются в следующем порядке: четыре внутренних - Меркурий, Венера, Земля и Марс (планеты земной группы) и пять внешних – Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун, Плутон. Между Марсом и Юпитером находится пояс астероидов – несколько тысяч мелких твердых тел. Для геологов представляют интерес четыре внутренние планеты, которые характеризуются небольшими размерами, высокой плотностью, небольшой массой. Эти планеты по размерам, составу и внутреннему строению наиболее близки нашей Земле. По современным представлениям тела Солнечной системы формировались из первично холодной космической твердой и газообразной материи путем уплотнения и сгущения до образования Солнца из центральной части. Из частиц окружающей газово-пылевой материи в результате аккреции сформировались планеты обращающиеся по орбитам вокруг Солнца.
Общая характеристика Земли. Форма и размеры Земли. Под фигурой, или формой Земли, понимают форму ее твердого тела, образованную поверхностью материков и дном морей и океанов Геодезические измерения показали, что упрощенная форма Земли приближается к эллипсоиду вращения (сфероиду). Действительное форма Земли является более сложной, так как на ее поверхности имеется много неровностей. Наиболее близкой к современной фигуре Земли является фигура, по отношению к поверхности которой сила тяжести повсеместно направлено перпендикулярно. Она названа геоидом, что дословно означает «землеподобный». Поверхность геоида в морях и океанах соответствует поверхности воды, а на континентах – уровню воды в воображаемых каналах, пересекающих все материки и сообщающихся с Мировым океаном. Поверхность геоида приближается к поверхности сфероида, отклонясь от него примерно на 100м, на материках она немного повышается по отношению к поверхности сфероида, а в океанах - понижается. Измерения размеров Земли показали следующее: экваториальный радиус-6378,2км; полярный радиус-6356,8км; средний радиус Земли-6371км; полярное сжатие- 1/298; площадь поверхности- 510 млн. км кв; объем Земли-1, 083млрд. км куб; масса Земли-6*10 21 т; средняя плотность-5, 52 г/см 3
Физические свойства Земли. Земля обладает определенными физическими свойствами. В результате их изучения выявлены общие особенности строения Земли и можно установить в ее недрах наличие полезных ископаемых. К физическим свойствам Земли относятся сила тяжести, плотность, давление, магнитные, тепловые, упругие, электрические и другие свойства. Сила тяжести, плотность, давление. На Земле постоянно действуют сила притяжения и центробежная сила. Равнодействующая этих сил определяет силу тяжести. Сила тяжести меняется как по горизонтали, увеличиваясь от экватора к полюсам, так и по вертикали, уменьшаясь с высотой. В связи с неравномерным распределением вещества земной коре действительное значение силы тяжести отклоняются от нормальной. Эти отклонения получали название аномалий силы тяжести. Они бывают положительными (при наличии более плотных горных пород) или отрицательными (при распространении менее плотных пород). Изучение аномалий сил тяжести ведется с помощью гравиметров. Отрасль прикладной геофизики, которая изучает аномалии силы тяжести с целью выявления в недрах полезных ископаемых или благоприятных геологических структур называется гравиразведкой. По гравиметрическим данным, средняя плотность Земли составляет 5,52 г/см 3 .Плотность пород, слагающих земную кору, от 2,0 до 3,0 г/см 3 .Средняя плотность земной коры 2,8 г/см 3 . Различие между средней плотностью Земли и земной коры указывает на более плотное состояние вещества во внутренних частях Земли, достигая в ядре порядка 12,0 г/см 3 . Одновременно с увеличением плотности в направлении к центру Земли возрастает и давление. В центре Земли давление достигает 3,5 млн.атм. Магнетизм Земли. Земля представляет собой гигантский магнит с силовым полем вокруг. Магнитные полюса Земли в настоящее время расположены вблизи географических полюсов, но не совпадает с ними. Различают магнитное склонение и магнитное наклонение. Магнитным склонением называется угол отклонения магнитной стрелки компаса от географического меридиана. Склонение может быть западным и восточным. Магнитное наклонение определяется углом наклона магнитной стрелки к горизонту. Наибольшее наклонение наблюдается в районе магнитных полюсов. На общий фон магнитного поля накладывается влияние горных пород, содержащих ферромагнитные минералы (магнетит и некоторые другие), в результате чего на поверхности Земли возникают магнитные аномалии. Выявлением таких аномалий с целью поисков железных руд занимается магниторазведка. Исследования показали, что горные породы содержащие ферромагнитные минералы, обладают остаточный намагниченностью сохраняющей направление магнитного поля времени и места их образования. Палеомагнитные данные используются для восстановления особенностей магнитного поля древних эпох, а также для решения задач геохронологии, стратиграфии, палеогеографии. Они оказали большое влияние на разработку теории тектоники литосферных плит.
Тепло Земли. Тепловой режим Земли обусловлены двумя источниками: тепло, полученное от Солнца; тепло, выделяемое из недр Земли. На поверхности Земли основным источником тепла является Солнце. Прогревание Солнцем распространяется на незначительную глубину не превышающую 30 м. На некоторой глубине от поверхности располагается пояс постоянной температуры, равный среднегодовой температуре данной местности. В окрестностях Москвы на глубине 20 м от поверхности наблюдается постоянная температура, равная +4,2 0 . Ниже пояса постоянной температуры установлено увеличение температуры с глубиной, связанное с тепловым потоком, поступающим из внутренних частей Земли. Нарастание температуры в градусах Цельсия на единицу глубины называется геотермическим градиентом, а интервал глубины в метрах, на котором температура повышается на 1 0 , называется геотермической ступенью. Величина геотермической ступени меняется в широких пределах: на Кавказе 12 м, в Эмбенском районе 33м, Карагандинском бассейне 62 м, на Камчатке 2-3 м. В среднем геотермический градиент принимается около 30 0 С на 1км и соответствующее ему геотермическая ступень около 33м. Считают, что геотермическая ступень сохраняется до глубины 20км. Ниже рост температуры замедляется. По расчетом ученых на глубине 100 км температура, видимо достигает 1300 0 С. На глубине 400км – 1700 0 С, 2900км – 3500 0 С. Источниками внутреннего тепла Земли считают радиоактивный распад элементов, в процессе которого выделяется огромное количество тепла, энергию гравитационной дифференциации вещества, а также остаточное тепло, сохранившееся со времен формирования планеты.
Строение Земли. Земля характеризуется оболочным строением. Оболочки Земли, или геосферы, различаются составом, физическими свойствами, состоянием вещества и подразделяются на внешние, доступные для непосредственного изучения, и внутренние, исследуемые главным образом косвенными методами (геологическими, геофизическими, геохимическими). Внешние сферы Земли – атмосфера, гидросфера и биосфера составляют характерную особенность строения нашей планеты и играют важную роль в формировании и развитии земной коры.Атмосфера – газовая оболочка Земли, играет одну из главных ролей в развитии жизни на Земле и определяет интенсивность геологических процессов на поверхности планеты. Воздушная оболочка нашей планеты, общая масса которой оценивается в 5,3*10 15 m представляет смесь различных газов: азота (78,09%) , кислорода (20,95%), аргона (0,93%) . Кроме того, присутствует углекислый газ (0,03%) , водород, гелий, неон и другие газы, а также водяной пар (до 4%) , частицы вулканической, эоловой и космической пыли. Кислород воздуха обеспечивает процессы окисления различных веществ, а также дыхание организмов. В атмосфере имеется озон на высоте 20-30 км. Наличие озона обеспечивает защиту Земли от губительного для жизни воздействия ультрафиолетовых и других излучении Солнце. Углекислый газ и водяные пары служат регулятором температуры, так как конденсирует получаемое Землей тепло. Углекислый газ поступает в воздух в результате разложения организмов и их дыхания, а также при вулканических процессах, расходуется же для питания растений. Воздушные массы атмосферы находятся в постоянном движении под воздействием неравномерного нагревания поверхности Земли в различных широтах, неравномерного нагревания материков и океанов. Воздушные потоки переносят влагу, твердые частицы - пыль, существенно влияют на температуру различных областей Земли. Атмосферу подразделяют на пять основных слоев: тропосферу, стратосферу, мезосферу, ионосферу и экзосферу. Для геологии наибольшей интерес представляет тропосфера, непосредственно соприкасающаяся с земной поверхностью и оказывающая на нее существенное влияние. Тропосфера характеризуется большой плотностью, постоянным присутствием водяного пара, углекислоты и пыли, постепенным понижением температуры с высотой и существованием вертикальной и горизонтальной циркуляции воздуха.
Гидросфера - прерывистая оболочка Земли, включающая воды океанов, морей, озер и рек, подземные воды и воды, собранные в виде вечных снегов и льда. Основная часть гидросферы-Мировой океан, объединяющий все океаны, окраинные и связанные с ними внутриконтинентальные моря. Количество океанических вод суши 4млн.км 3 , материковых льдов около 22 млн.км 3 , подземных вод 196 млн. км 3 . Гидросфера занимает 70,8% земной поверхности (361 млн.км 2).средняя глубина составляет 3750 м, максимальная глубина приурочена к Марианскому желобу(11022м). Океанические и морские воды характеризуются определенным химическим составом и соленостью. Нормальная соленость вод Мирового океана составляет 3,5% (35 г солей на 1 л воды). Воды океана содержат почти все известные химические элементы. Подсчитано, что общее количество солей растворенных в воде Мирового океана, составляет 5*10 16 m. Карбонаты, кремнезем широко извлекаются из воды морскими организмами на построение скелетных частей. Поэтому солевой состав океанических вод резко отличается от состава речных вод. В океанических водах преобладают хлориды (88,7%) - NaCl, MgCl 2 и сульфаты (10,8%) , а в речных водах карбонаты (60,1%) - CaCO 3 и сульфаты(9,9%). Кроме солей в воде растворены и некоторые газы –главным образом азот, кислород, углекислый газ. Воды гидросферы совместно с растворенными в ней веществами активно участвует в химических реакциях, протекающих в гидросфере, а также при взаимодействии с атмосферой, земной корой и биосферой. Гидросфера, как и атмосфера, является действующей силой и средой экзогенных геологических процессов. Мировой океан играет огромную роль в жизни, как всей планеты, так и человечества. В океане и в его недрах находятся огромные запасы минеральных ресурсов, которые во все большем объеме привлекаются для нужд человечества (нефть, химическое сырье и др). Воды океанов подвергаются загрязнению нефтью и нефтепродуктами, радиоактивными и бытовыми отходами. Это обстоятельство приобретает угрожающие размеры и требует безотлагательного решения.
Биосфера. Биосферой называют область распространения жизни на Земле. Современная биосфера включает в себе всю гидросферу, верхнюю часть атмосферы (тропосферу). Ниже почвенного слоя живые организмы встречаются в глубоких трещинах, подземных водах, иногда в нефтеносных слоях на глубине в тысячи метров. В состав живых организмов входят не менее 60 элементов и главными из них являются C, O, H, S, P, K, Fe и некоторые другие. Живая масса биосферы в пересчете на сухое вещество составляет около 10 15 т. Основная масса живого вещества сосредоточена в зеленых растениях, способных аккумулировать солнечную энергию благодаря фотосинтезу. С химической точки зрения фотосинтез – окислительно- восстановительная реакция CO 2 + H 2 O->CH 2 O + O 2 , в результате который за счет поглощения углекислоты и воды синтезируется органическое вещество и выделяется свободный кислород. Биосфере принадлежит большая роль в энергетике Земли. За миллионы лет биосфера накопила в недрах колоссальные запасы энергии – в толщах углей, нефть, скопления горючего газа. Организмы являются важными породообразовательными земной коры.
Внутренние строение Земли. Изучение глубинного строения Земли - одно из главных задач современной геологии. Непосредственному наблюдению доступны лишь самые верхние (до глубин 12 – 15км) горизонты земной коры, выходящие на поверхность или вскрытые рудниками шахтами и буровыми скважинами.
Представления о строении более глубоких зон Земли, основывается главным образом на данных комплексах геофизических методов. Из них особое значение имеет сейсмический (греч. «сейсма» - сотрясения) метод, основанный на регистрации скорости распространения в теле Земли волн, вызываемых землетрясениями или искусственным взрывами. В очагах землетрясений возникают продольные сейсмические волны, которые рассматриваются как реакция среды на изменения объема, и поперечные волны, представляющие собой реакцию среды на изменения формы и поэтому распространяющиеся только в твердых телах. В настоящее время имеющиеся данные подтверждают сферически – симметричное строение недр Земли. Еще в 1897 г. профессор Геттингенского университета Э. Вихерт высказал мысль об оболочечном строением Земли, которая состоит из железного ядра, каменной мантии и земной коры. В 1910 г. югославский геофизик А. Мохоровичич, изучая особенности распространения сейсмических волн при землетрясении в районе города Загреб, установил на глубине 50 км поверхность раздела между корой и мантией. В дальнейшем эта поверхность была выявлена на различных глубинах, но всегда прослеживались четко. Ей дали название «поверхность Мохоровичича», или Мохо (М). 1914 г немецкий геофизик Б. Гуттенберг установил границу раздела ядра и мантии на глубине 2900км. Она получила название поверхности Вихерта – Гуттенберга. Датский ученный И. Леман в 1936г. обосновала существование внутреннего ядра Земли радиусом 1250км. Весь комплекс современных геолого-геофизических данных подтверждает идею об оболочечном строением Земли. Чтобы правильно понять главнейшие особенности этого строения, геофизики строят специальные модели. Известный геофизик В.Н. Жарков характеризует модель Земли: это «как бы разрез нашей планеты, на котором показано, как меняется с глубиной такие важнейшие ее параметры, как плотность, давление, ускорение силы тяжести, скорости сейсмических волн, температура, электропроводность и другие» (Жарков, 1983, с. 153). Наиболее распространена модель Буллена – Гуттенберга.
Земная кора – твердая верхняя оболочка Земли. Ее толщина изменяется от 5-12 км под водами океанов, до 30-40 км в равнинных областях и до 50-750км в горных районах. Мантия Земли распространяется до глубины 2900 км. Она подразделяется на две части: верхнюю до глубины 670 км и нижнюю до 2900 км. Сейсмическим методом в верхней мантии установлен слой в катором наблюдается понижение скорости сейсмических волн, особенно поперечных, и повышение электропроводности, что свидетельствует о состоянии вещества, отличающегося от выше- и нижележащих слоев. Особенности этого слоя, получившего название астеносфера (греч.астянос-слабый) объясняется его плавлением в пределах 1-2 до 10%, происходящим в результате более быстрого повышения температуры с глубиной, чем повышения давления. Астеносферный слой расположен блихе всего к поверхности под океанами, от 10-20 км до 80-200км, от 80 до 400 км под континентами. Земная кора и часть верхней мантии над астеносферой носит название литосфера. Литосфера холодная, поэтому она жесткая и может выдержать большие нагрузки. Нижняя мантия характеризуется дальнейшим увеличением плотности вещества и плавным нарастанием скорости сейсмических волн. Ядро занимает центральную часть Земли. В его составе выделяют внешнее ядро, переходную оболочку и внутреннее ядро. Внешнее ядро состоит из вещества нахлдящегося в расплавлено-жидком состоянии. Внутреннее ядро занимает сердцевину нашей планеты. В пределах внутреннего ядра скорости продольных и поперечных волн возрастает, что свидетельствует о твердом состоянии вещества. Внутреннее ядро состоит из сплава железа с никелем.
Состав и строение земной коры. Наиболее достоверные сведения имеются о химическом составе самой верхней части земной коры, доступной для непосредственного анализа(до глубины 16-20 км). Первые цифры о химическом составе земной коры были опубликованы в 1889 г. американским ученым Ф.Кларком. Впоследствии А.Е.Ферсман предложил называть процентное содержание элемента в земной коре кларком этого элемента. По данным А.Б.Ронова и А.А.Ярошевского (1976 г.), в составе земной коры наиболее распространены восемь элементов (в весовых %), составляющих в сумме свыше 98 %: кислород-46,50; кремний-25,70; алюминий-7,65; железо-6,24; кальций-5,79; магний-3,23; натрий-1,81; калий-1,34. По особеннстям геологического строения, геофизической характеристике и составу земная кора делится на три основных типа: континентальную, океанскую и промежуточную. Континентальная состоит из осадочного слоя толщиной 20-25 км, гранитного (гранитно-метаморфического) толщиной до 30 км и базальтового толщиной до 40 км. Океанская кора состоит из первого осадочного слоя толщиной до 1 км, второй-базальтовый толщиной 1,5-2,0 км и третий-габбро-серпентинитовый толщиной 5-6 км. Вещество земной коры состоит из минералов и горных пород. Горные породы состоят из минералов или продуктов их разрушения. Горные породы, содержащие полезные компоненты и отдельные минералы, извлечениекоторых экономически целесообразно, называют полезными ископаемыми.
Основная литература: 1
Контрольные вопросы:
1 Происхождение Солнечной системы.
2 Форма и размеры Земли.
3 Физические поля Земли.
4 Внутреннее строение Земли.
5 Строение и состав земной коры.
3 Тема лекции: Горные породы как вместилище нефти и газа . Горная порода – это природное, чаще всего, твердое тело, состоящее из одного (известняк, ангидрит) или нескольких минералов (песчаник полимиктовый, гранит). Иными словами это естественная природная ассоциация минералов. Все горные породы по происхождению (генезису) подразделяются на три больших класса: магматические, метаморфические и осадочные.
Магматические горные породы образовались в результате внедрения магмы (силикатного расплава) в земную кору и затвердевания последней в ней (интрузивные магматические горные породы) или излияния лавы (силикатного расплава) на дно морей, океанов или земную поверхность (эффузивные магматические горные породы). И лава и магма изначально – это силикатные расплавы внутренних сфер Земли. Магма, внедрясь в земную кору, затвердевает в ней неизмененной, а лава, изливаясь на поверхность Земли или на дно морей и океанов, теряет растворенные в ней газы, пары воды и некоторые другие компоненты. В силу этого интрузивные магматические горные породы по своему составу, структуре и текстуре резко отличаются от эффузивных. Примером наиболее распространенных магматических горных пород могут служить гранит (интрузивная порода) и базальт (эффузивная порода).
Метаморфические горные породы образовались в результате коренного преобразования (метаморфизма) всех других ранее существовавших горных пород под влиянием высоких температур, давлений и нередко с привносом в них или выносом из них отдельных химических элементов. Типичными представителями метаморфических горных пород являются мрамор (образовавшийся из известняка), различные сланцы и гнейсы (образовавшиеся из глинистых осадочных пород).
Осадочные горные породы образовались за счет разрушения других, ранее слагавших земную поверхность, пород и осаждения этих минеральных веществ в основном в водной, реже воздушной среде в результате проявления экзогенных (поверхностных) геологических процессов. Осадочные горные породы по способу (условиям) их образования подразделяются на три группы: осадочные обломочные (терригенные), органогенные и хемогенные.
Осадочные обломочные (терригенные) горные породы сложены обломками ранее существовавших минералов и горных пород (таблица 1). Органогенные горные породы состоят из остатков (скелетов) живых организмов и продуктов их жизнедеятельности (биологический путь образования) Хемогенные осадочные горные породы сформировались в результате выпадения химических элементов или минералов из водных растворов (таблица 2). Типичными представителями осадочных обломочных пород являются песчаники и алевролиты, осадочных органогенных - различного типа органогенные известняки, мел, угли, горючие сланцы, нефть, осадочных хемогенных - каменная соль, гипс, ангидрит. Для геолога-нефтяника осадочные горные породы выступают главенствующими, так как они не только вмещают 99,9% мировых запасов нефти и газа, а и согласно органической теории происхождения нефти и газа, являются генераторами этих углеводородов. Осадочные горные породы слагают верхний осадочный слой земной коры, который распространен по площади Земли не повсеместно, а только в пределах, так называемых, плит, которые входят в состав платформ – крупных стабильных участков земной коры, межгорных впадин и предгорных прогибов. Толщина осадочных пород колеблется в широких пределах от первых метров до 22-24 км в центре Прикаспийской впадины, расположенной в Западном Казахстане. Осадочный слой в нефтяной геологии принято называть осадочным чехлом. Под осадочным чехлом располагается нижний структурный этаж, именуемый фундаментом. Фундамент сложен магматическими и метаморфическими горными породами. Породы фундамента содержат всего 0,1 % мировых запасов нефти и газа. Нефть и газ в земной коре заполняют мельчайшие и мелкие поры, трещины, каверны горной породы, подобно тому как вода насыщает губку. Следовательно, чтобы порода содержала нефть, газ и воду она должна быть качественно отличной от пород не содержащих флюидов, т.е. она должна иметь поры, трещины или каверны, должна быть пористой. В настоящее время чаще всего промышленные скопления нефти и газа содержат осадочные обломочные (терригенные) горные породы, затем идут карбонатные породы органогенного генезиса и, наконец, карбонаты хемогенные (оолитовые и трещиноватые известняки и мергели). В земной коре пористые горные породы, вмещающие нефть и газ, должны переслаиваться с качественно иными породами, которые не содержат флюидов, а выполняют функцию изоляторов нефтегазонасыщенных тел. В таблицах 1 и 2 показаны литофации горных пород, вмещающих нефть и газ и служащих флюидоупорами.