Обломочные породы

Обломочные породы образуются из осколков разрушающихся материнских пород. Поскольку разрушение идет преимущественно на суше, обломочные породы называют еще терригенными. Они составляют около 20% осадочных пород. Обломки составляют в терригенных породах не менее половины; кроме них присутствуют хемогенный и биогенный цемент и поры. Таким образом, особенности обломочной породы – ее сложность. Обломки генетически связаны с источником сноса, их материал первично сформировался в высокотемпературных зонах магматизма и метаморфизма.

По структуре, т. е. по величине обломков, обломочные породы делят на:

1. 
   крупнообломочные (псефиты), состоящие из обломков более 1 мм в поперечнике;
   

2) среднеобломочные (песчаные - псаммиты), состоящие из обломков от 1 до 0,1 мм в поперечнике;

Размеры зерен в полевых условиях определяют по диаграмме:

Форма обломков, как и их состав, сохраняет следы всех этапов осадочного процесса, но главное, форма связана с размерами, а поэтому способом переноса и протяженностью пути: валуны, гальки и гравий перекатываются по дну быстрыми потоками и вскоре оббивают углы, округляются. Крупнозернистые песчаники в основном также волочатся по дну и обычно окатаны; мелкозернистые пески и алевриты окатаны слабее, а вот мелкий алевролит, который переносится во взвеси вместе с глинистыми частицами, обычно угловатый. Кроме того, форму обломков меняют и вторичные процессы: регенерация и коррозия.

При визуальном описании обломки делят на:

– угловатые,

– полуугловатые,

– полуокатанные

– окатанные.

Существуют способы формализованного описания формы обломков на основании сравнения их контура с окружностью. По степени окатанности и по содержанию кварца и других устойчивых минералов говорят о "зрелости" обломочной части породы, т.е. степени ее проработки осадочным процессом. Следует точнее описывать форму обломков, т.к. по ней можно предположить, в каких условиях они образовались. Так, морская галька имеет преимущественно плоскую форму, речная – яйцевидную и т. д.

В случае преобладания зерен какого-либо одного минерала его название прибавляется к названию породы: песок глауконитовый, песок слюдистый и т. д. При преобладании цемента в зависимости от его состава песчаники могут называться железистыми, известковистыми, кремнистыми и др.

Типичным представителем алевритов является лесс.

Породообразующими компонентами являются кварц, полевые шпаты, реже обломки пород. Второстепенными могут быть слюды, хлорит, глауконит, обломки скелетов организмов. Акцессорные минералы чаще всего представлены цирконом, сфеном, турмалином, апатитом, минералами группы эпидота и другими тяжёлыми минералами. Помимо этого, могут встречаться аутигенные акцессорные минералы: гидроксиды железа, пирит, лейкоксен, цеолит и др.

В зависимости от условий образования выделяют суглинки разных типов. Широко распространены моренные суглинки, образовавшиеся из материала, принесенного ледниками. Происхождение накладывает соответствующий отпечаток на облик этой породы, характеризующейся слабой сортировкой слагающего ее материала: наряду с глинистыми, пылеватыми и песчаными частицами в них можно встретить обломки размерами от гравия до валунов разнообразной формы, величины и состава.

Лёссовидные суглинки имеют также смешанный состав – в них помимо пылеватых частиц (0,05-0,005 мм), характерных для лёссов, содержится значительное количество более мелких. Лёссовидные суглинки, подобно лёссам, обладают большой пористостью, содержат карбонатную примесь. Обычно лёссовидные суглинки, намокая, не уменьшаются в объеме, но встречаются и просадочные разности.

ГЛИНИСТЫЕ ПОРОДЫ

На долю глинистых пород приходится больше 50% от объема всех осадочных пород. Они состоят из частиц менее 0,01 мм и содержат обычно свыше 30% тончайших частиц, размером менее 0,001 мм. В большинстве случаев глинистые породы образуются при выветривании магматических и других пород. Главными породообразующими минералами являются каолинит, гидрослюды, (иллит), монтмориллонит и смешанно-слойные образования. Важными компонентами иногда являются хлорит, оксиды и гидроксиды железа и алюминия, глауконит и опал. Второстепенные минералы представлены кварцем, халцедоном, слюдами, полевыми шпатами. Новообразования в порах, трещинах и в виде конкреций представлены карбонатами (кальцитом, сидеритом), сульфатами (гипсом), сульфидами (пиритом), оксидами и гидроксидами железа и марганца. В глинистых породах обычно много органического материала. Это обломки растительных частиц различной степени углефикации или органическое вещество, рассеянное и сконцентрированное в линзы, прослои.

Структуры глинистых пород пелитовые, алевро-пелитовые, псаммо-пелитовые. В зависимости от расположения и формы частиц различают структуры: ориентированные (микрослоистая, сланцеватая); неориентированные (беспорядочно-зернистая, хлопьевидная, волокнистая).

Текстуры глинистых пород слоистые и неслоистые. Преобладают слоистые текстуры, чаще всего горизонтально-слоистые. Среди неслоистых текстур различаются пятнистые, комковатые.

По степени литифицированности среди глинистых пород выделяются глины – легко размокающие породы, и аргиллиты – сильно уплотненные глины, потерявшие способность размокать.

Образовавшиеся глинистые минералы в зависимости от местных условий либо оставались на месте образования, либо переносились водой, льдом или ветром в другие места. В первом случае глины называют остаточными или первичными (или элювиальными), во втором – осадочными или вторичными. Остаточные (первичные) глины обычно характеризуются непостоянством состава. Их зерновой состав, как правило, изменяется от тонкодисперсных (пылевидных) разновидностей в верхней части залежи до грубодисперсных (зернистых) — в нижней, еще ниже остаточные глины постепенно переходят в неразложившееся материнские (полевошпатовые) породы. Осадочные (вторичные) глины обычно более равномерны по составу и свойствам. Различают делювиальные, ледниковые и лёссовидные осадочные глины.

Глины в сухом состоянии образуют крепкие агрегаты, дающие землистый или раковистый излом, имеющие мелкопористую текстуру, растирающиеся в порошок. Глины энергично впитывают влагу, при этом размокают и становятся пластичными и водоупорными. Окраска глин разнообразна и зависит как от состава глин, так и от примесей. По составу минералов, слагающих основную массу глин, выделяют их разности:
Каолинитовые глины, или каолины, состоят преимущественно из каолинита; в чистом виде имеют белый или светло-серый цвет, жирные на ощупь, в воде не разбухают. Являются ценным сырьем для изготовления фарфора, фаянса, огнеупорного кирпича и др.
Монтмориллонитовые глины состоят преимущественно из монтмориллонита; цвет светло-серый с желтоватым и зеленоватым оттенком, на ощупь жирные, намокая, становятся очень пластичными и увеличиваются в объеме – разбухают. Применяются для очистки многих продуктов, в парфюмерии, для приготовления буровых растворов. Na-монтмориллонитовые глины или бентониты (бентонитовые глины) обладает резко выраженными коллоидными, в том числе сорбционными свойствами. Для щелочных бентонитов характерны высокая пластичность и разбухаемость. Кроме монтмориллонита в бентоните часто присутствуют гидрослюды, каолинит, палыгорскит, кристобалит, цеолиты и другие минералы. Бентониты образуются в результате диагенетических изменений вулканического стекла и пепла в водных бассейнах, главным образом морских, при подводном и субаэральном выветривании и гидротермальных процессах, а также при седиментации в бассейнах кремнезёма и карбонатов кальция. Все крупные месторождения бентонитовых глин образовались путем подводного разложения вулканических пеплов и туфов.
Нонтронитовая глина – землистая глинистая порода зеленовато-жёлтого или зелёного цвета. Мягкий на ощупь, жирен. Представляет собой смесь собственно нонтронита и монтмориллонита. Образуется в основном при выветривании железосодержащих силикатов различных ультраосновных изверженных и метаморфических горных пород. Образуется при экзогенных процессах, при выветривании богатых железом и магнием пород, преимущественно изверженных, а также в ряде месторождений металлических, в частности железных руд. Обычно устанавливается в более низких горизонтах коры выветривания.
Гидрослюдистые глины – землистые породы белой, серой, зеленой или пестрой окраски. В воде не разбухают. Применяются для изготовления огнеупорного кирпича и различных керамических изделий.

Широко развиты в природе полиминеральные глины, в которых одновременно присутствуют многие глинистые минералы, а в обломках также и другие минеральные примеси (кварц, слюды и др.). Окраска разнообразная, реакция с водой также различна и зависит от преобладающего минерала. Применяются для изготовления кирпича и грубой керамики.

На долю карбонатных пород в осадочной оболочке Земли приходится около 14%.

Основные минералы – кальцит, доломит, арагонит, сидерит. В виде примесей присутствуют глинистые минералы, обломочные частицы, сульфиды и оксиды железа, остатки обугленного вещества. Важными породообразующими компонентами карбонатных пород являются органические остатки – фораминиферы, мшанки, кораллы, криноидеи, брахиоподы, известковые водоросли и другие. Наиболее характерные представители группы карбонатных пород – известняки, доломиты и породы смешанного состава.
Наиболее распространенными породами этой подгруппы являются известняки – мономинеральные породы, состоящие из кальцита, в связи с чем свойства, присущие этому минералу, могут быть использованы и для определения известняков. Наиболее типичный признак – интенсивная реакция с соляной кислотой, цвет известняков обычно светлый – белый, светло-желтый, светло-серый, но примесями может быть изменен в любой, вплоть до черного. Известняки бывают и органогенного, и химического происхождения.

Органогенные известняки образуются из скопления раковин моллюсков, брахиопод, построек коралловых полипов, обломков скелетов морских ежей и лилий, простейших (фораминифер) и других мелких морских животных и растений, обычно сильно измененных процессами диагенеза и превращенных в плотную, иногда мелкозернистую породу, состоящую главным образом из углекислого кальция (кальцита) с небольшими примесями кремнезема, глинозема и углекислого магния.

В зависимости от преобладания остатков тех или иных организмов различают: раковинный известняк (ракушечник), состоящий преимущественно из раковин моллюсков, брахиоподовый известняк, коралловый известняк, фузулиновый известняк, нуммулитовый известняк и т.д. Известняки, состоящие из сильно битой ракуши, называют детритовыми.

Структура мергелей – пелитоморфная, текстура – массивная, слои­стая или пятнистая, причем последняя – вследствие неравномерного распределения окраски. В мергелях также нередко встречаются остатки фауны, но обычно в небольшом количестве и до органогенных структур дело не доходит! Окраска мергелей, как и других карбонатных пород, зависит от красящих примесей. Чаще всего встречается серая, светло-серая и зеленовато-серая.

Карбонатные породы широко используются в различных отраслях промышленности — металлургии, для изготовления: огнеупоров, в строительном деле и пр.

Сидериты состоят из одноименного минерала. Образуют небольшие залежи и округлые конкреции мелко- и микрозернистого строения (сферосидериты).
КРЕМНИСТЫЕ ПОРОДЫ

Кремнистые осадочные породы представляют собой образования, практически полностью состоящие из кремнезема. Основные породообразующие минералы – группа кремнезема – кварц, кварцин, лютецин, халцедон, опал. Наряду с кремнеземом в этих породах могут присутствовать обломочный материал песчано-алевритовой размерности, глинистые минералы, оксиды железа, карбонаты. Кремнистые породы разделяются на три группы по условиям образования: хемогенные (кремнистые туфы (гейзериты), кремниевые конкреции или кремни, фтаниты или лидиты, железистые кварциты), органогенные (диатомиты, радиоляриты, спонголиты) и хемобиогенные (яшмы, трепелы и опоки).

Главный минерал трепела и опоки – опал встречается в виде мельчайших шариков микроскопического размера и в цементе. Кроме опала в составе опок и трепелов встречается кальцит, глауконит и терригенные примеси. При содержании последних более 50 %, принято говорить об опоковидных породах. Опоки и трепелы образуются из диатомитов и спонголитов, претерпевших катагенетические преобразования, растворение, перекристаллизацию и переотложение кремнезема.

К соляным породам принадлежат различные осадочные образования, главным образом, хемогенного происхождения, состоящие из минералов класса хлоридов, сульфатов. Они залегают в виде пластов, прослоев, линз различной мощности. Иногда в результате тектонических движений соляные породы образуют купола, штоки и другие вторичные, постседиментационные формы залегания.

Главные минералы соляных пород – ангидрит, гипс, галит, сильвин, карналлит, мирабилит, глауберит, бишофит, эпсомит. Второстепенные – карбонаты (сода, магнезит, доломит), минералы бора, оксиды и гидроксиды железа, сульфиды железа, органическое вещество.

Соляные породы обычно содержат в различном количестве терригенные примеси, которые представлены, главным образом, глинистыми, реже алевритовыми частицами.

Текстуры соляных пород массивные, слоистые, сталактитовые, пятнистые. Структуры – кристаллически-зернистые, спутанно-волокнистые, натечные, метасоматические.
Гипсовые породы сложены минералом гипсом. Гипс образует кристаллы таблитчатого, призматического, иногда волокнистого облика. Цвет – белый, желтоватый, буроватый, красноватый. Твердость – 1,5 (чертится ногтем), хрупкий. Блеск – стеклянный. Спайность – совершенная. Нередко встречается в виде сплошных зернистых, иногда в виде волокнистых масс. Структура обычно средне- и мелкозернистая, иногда волокнистая, текстура – массивная.
Ангидрит обычно встречается в виде сплошных зернистых масс. Цвет белый, серый, голубоватый, желтоватый и красноватый. Твердость 3 - 3,5, спайность –- совершенная. От гипса ангидрит отличается по твердости, а от похожего на него кальцита – по отсутствию реакции с соляной кислотой. Структура и текстура ангидритовых пород такие же, как и у гипсовых.
Каменная соль сложена галитом (NaCl), в виде примеси содержит небольшое количество других хлористых и сернокислых солей, ангидрита, оксидов железа и терригенных частиц. Она бесцветна или окрашена в серые, красные и синие тона. Серая окраска связана с примесью ангидрита и терригенных частиц, красная – гематита, синяя – с рассеяным в галите металлическим натрием.

Обычно каменная соль имеет тонкую слоистость – результат изменения условий осаждения; кристаллически-зернистую структуру; отмечаются следы растворения в виде стилолитовых швов

В группу железистых пород объединяются природные образования осадочного происхождения, отличающиеся высоким содержанием железа. Последнее присутствует в виде оксидов и гидрооксидов (лимонит, гематит, гётит, гидрогетит), карбонатов закиси (сидерит), сульфидов (пирит, марказит), лептохлоритов (шамозит). Помимо минералов железа, в породах нередко отмечаются значительные количества кремнезема (до 30-40 %), глинозема (до 25 %), кальцит, глауконит, хлориты, глинистые минералы и терригенные примеси – кварц, полевые шпаты, слюды.

Главными представителями пород этой группы являются бурые железняки, сидериты и лептохлориты.
Бурые железняки представляют собой природную смесь гидрооксидов железа (гётита, гидрогётита, лимонита и др.). Окраска пород бурая, красновато-бурая, оранжево-желтая. Внешне это рыхлые, пористые, кавернозные или плотные массивные образования нередко оолитовой () или бобовой () структуры. Источником железа для формирования бурых железняков являются кристаллические породы, содержащие многочисленные железистые минералы. При процессах выветривания железо переходит в гидрооксид и перемещается водами в виде механической взвеси и коллоидов гидрооксида железа.

Икряная железная руда, представляет собой рыхлую породу, состоя­щую из округлых образований размером от 1 до 10-15мм, сложенных лимонитом. Цвет их - охристо-бурый.

Сидеритовые породы состоят, в основном, из сидерита, но содержат и значительное количество примесей – обломки кварца, полевых шпатов, глинистый материал, обугленный растительный детрит, иногда мелкие остатки фауны. В связи с присутствием органического вещества окраска сидеритов темно-серая, серая, иногда черная. При выходе на поверхность породы приобретают бурый цвет вследствие окисления. Это плотные, хрупкие породы с твердостью 3,5-4,5. Сидериты образуют обычно конкреции среди глинистых и алевритовых пород. Конкреции с поверхности часто бывают покрыты каемкой буровато-коричневого цвета из гидроокислов железа. Структура – пелитоморфная, текстура – массивная.

Формируются они в болотах и торфяниках речных и дельтовых осадках в восстановительной, застойной обстановке и щелочной среде.

Марганцевые породы среди осадочных образований распространены ограниченно — это породы, содержащие свыше 10% оксида марганца.

Основные марганецсодержащие минералы в осадочных породах – оксиды: псиломелан, пиролюзит, манганит и в меньшей мере карбонаты – родохрозит и манганокальцит. В качестве примесей часто в значительных количествах (более 10-20 %) , присутствуют глинистые минералы, оксиды железа, кремнезем, кальцит, сидерит и некоторые другие. Породы, содержащие более 10 % марганца, относятся к рудам.

Внешний облик пород разнообразен – встречаются землистые, оолитовые, бобовые, конкреционные разности, а также кристаллические и плотные. По составу минералов марганца, рассматриваемые породы относятся к полиминеральным. Среди них можно выделить окисные и карбонатные.

На дне современных морей и океанов широко распространены железо-марганцевые конкреции. Главные рудные компоненты – трехвалентное железо и четырехвалентный марганец, в форме гидроксидов. Суммарное содержание последних может достигать 65%- Среднее содержание марганца в конкрециях составляет 15-17%. Рудное вещество конкреций обычно представляет собой мягкую, землистую, пористую массу черно-коричневого или черного цвета. Встречаются также плотные, крепкие образования.

Карбонатные руды (родохрозит) представлены кристаллически-зернистыми, почковидными и шаровидными агрегатами с радиально-лучистым или сферолитовым строением. Цвет их розоватый или буроватый. Они сложены карбонатом марганца – родохрозитом. Твердость у него 3,5-4,5, черта – белая. Структура чаще кристаллически-зернистая, текстура массивная. Карбонатные руды марганца по внешнему виду очень похожи на мергели и известняки, но отличаются от них отсутствием реакции с соляной кислотой. Структура чаще кристаллически-зернистая, текстура – массивная.

Алюминистые осадочные породы представляют собой скопление оксидов и гидроксидов алюминия (глинозема), среди которых преобладают диаспор, бёмит и гидраргиллит. Содержание оксидов алюминия колеблется в широких пределах, составляя преимущественно 30-50 %.

Значительное место в алюминистых породах занимают примеси, среди которых основными являются оксиды железа (10-15 %), шамозит, каолинит, карбонаты кальция и магния, а также обломочные минералы – кварц, полевые шпаты, мусковит, рутил и др.

Главнейшими алюминистыми осадочными породами являются латериты и бокситы.

По происхождению бокситы разделяются на две крупные группы: остаточные (псевдоморфные) и переотложенные (осадочные). Подавляющее большинство переотложенных бокситов в процессе диа- и катагенеза приобретают различные разновидности бобовых и оолитовых структур. Характерны также конгломератовые и брекчиевые структуры. Бобовины в бокситах обычно представлены затвердевшими сгустками колломорфного вещества гиббсит-гематитового состава. Часто бобовины несут следы переноса (обломаны, либо стёрты края, сортированы по крупности и пр.). Основная масса добываемых бокситов используется для получения алюминия, иногда – для изготовления огнеупоров и адсорбентов.

К фосфатным относятся породы, содержащие не менее 10 % Р₂О₅. Наиболее известны из них фосфориты, основной составной частью которых являются минералы – соли фосфорной кислоты – гидроксилапатит, фторапатит, карбонатапатит, а также аморфный фосфат – коллофанит. В качестве примесей в фосфоритах присутствуют глинистый материал, карбонаты кальция и магния, обломочные зерна, органическое вещество, а также аутигенный опал, халцедон, глауконит и пирит.

В зависимости от состава примесей фосфориты внешне могут быть похожими на другие осадочные породы – песчаники, известняки, глины. Для того чтобы уверенно диагностировать фосфориты, необходимо произвести качественную реакцию на фосфор. С этой целью образец смачивают несколькими каплями смеси, состоящей из азотной кислоты и раствора (15-20 % концентрации) молибденовокислого аммония. Появление фосфорной соли молибдена ярко-желтой окраски свидетельствует о присутствии фосфора.

Окраска фосфоритов обычно темная, серая, коричневато-серая, зеленовато-серая. Она обусловлена присутствием примесей – органического вещества, сульфидов железа, глауконита. Чистые фосфориты имеют белый цвет.

По условиям образования различают пластовые, конкреционные фосфориты, костяные брекчии и терригенные фосфатные породы.

Пластовые – геосинклинальные фосфориты залегают в виде пластов мощностью от нескольких сантиметров до 15-17 метров, окрашены обычно в темные тона. Макроскопически похожи на песчаники, кремень, яшму. В шлифах видно, что частицы покрыты концентрическими слоистыми оболочками фосфата, а сцементированы они аморфным фосфатом, кальцитом или доломитом. Структура у этих пород – псаммитовая, текстура – массивная или слоистая.

Конкреционные фосфориты разделяют на радиально-лучистые и желваковые. Радиально-лучистые фосфориты представляют собой шаровидные образования размером от единиц до 20 сантиметров, имеющие хорошо выраженную радиально-лучистую структуру. Структура – сферолитовая, текстура – массивная. Желваковые фосфориты слагаются однородными стяжениями фосфата, имеющими разнообразную форму. В них часто встречаются сложенные кальцитом обломки фауны и фосфатизированные растительные остатки. Поверхность первичных желваков шероховатая, а переотложенных – глянцевая. Структура – пелитоморфная, текстура – массивная.

Костяные брекчии – породы желто-бурого цвета, довольно пористые, состоят из позвонков рыб и других костей, сцементированных карбонатным, песчано-глинистым или фосфатным цементом.

Терригенные фосфатные породы представлены ракушечниками, сложенными остатками фосфатных раковин беззамковых брахиопод, и песчаниками, в которых обломочный материал сцементирован фосфатным веществом.

Образование фосфоритов в морских водоёмах происходит в результате гибели и разложения организмов, освобождении P₂O₅, накопленного в телах организмов. Осаждение фосфатных минералов происходило в осадке в раннем диагенезе из иловых растворов, где концентрация P₂O₅ в 4−5 раз выше, чем в морской воде.

Фосфориты являются одним из основных видов сырья для производства удобрений. Кроме того, они используются в химической промышленности для получения фосфора и его соединений.

КАУСТОБИОЛИТЫ

Каустобиолиты образуются из растительных и животных (планктон) остатков, преобразованных под влиянием биохимических, химических и других геологических факторов. Эти породы обладают горючими свойствами и поэтому имеют очень важное практическое значение. К ним относятся породы угольного ряда (торф, ископаемые угли, горючие сланцы) и битумного ряда (нефть и продукты ее изменения (природный асфальт, озокерит), а также природный газ.

Породы ряда углей, представляющие собой различные степени разложения растительных организмов в условиях с затрудненным доступом кислорода или без кислорода, пользуются в природе широким распространением.
Торф представляет собой более или менее рыхлую, землистую, пористую, желтую, бурую или черную гумусовую массу, содержащую в большем или меньшем количестве видимые остатки растительности. В виде примеси присутствует терригенный материал. Образуется в болотах при неполном перегнивании растительности в присутствии воды и при недостаточном притоке кислорода. По содержанию углерода торф стоит в ряду углей на последнем месте (углерода около 55-60%). Структура – органогенная, текстура – массивная.
Ископаемые угли образуются преимущественно из древесной растительности (гумусовые угли), меньше из водорослей (сапропелевые угли). Во всех углях присутствует терригенная примесь. В углях процесс разложения органических веществ заходит значительно дальше, чем в торфе.
Бурые угли – плотная, темно-бурая или черная порода, с землистым, редко раковистым изломом, обычно с матовым блеском. Черта темно-бурая. Неразложившиеся части растений практически отсутствуют. Содержание углерода в них примерно 60-70%. Среди бурых углей выделяют две разновидности: лигнит и землистый уголь.

Лигнит – уголь, состоящий из остатков стволов и древесных веток, твердый и вязкий. Структура – органогенная, текстура – массивная.

Землистый уголь имеет землистое строение. Он состоит из обугленного растительного детрита. Структура детритовая, текстура – землистая.
Каменные угли – результат еще более глубоко зашедшего процесса разложения органического вещества в условиях повышенного давления и температур. Содержание углерода в них увеличивается до 82-92%. Порода черная, более плотная, чем бурый уголь, с землистым изломом, обычно с матовым блеском и черной чертой (пачкает руки). Структура пелитоморфная, текстура массивная или полосчатая.
Антрациты – содержат углерода до 97%. Это еще более плотные породы серовато-черного цвета с сильным полуметаллическим блеском. Излом неровный, раковистый; рук не пачкает. Структура пелитоморфная, текстура – массивная.

Плотность углей возрастает от 0,7г/см³ у торфа до 1,6 г/см³ у антрацита, твердость от 1 у бурых углей до 2,5 у антрацита.