Породы химического и биохимического происхождения

Породы этой группы образуются в результате различных химических процессов, а также жизнедеятельности животных и растительных организмов как в водной среде, так и на поверхности суши. Породы химического и органогенного происхождения рассматриваются совместно, так как очень часто эти две группы связаны взаимными переходами, и генезис их не всегда можно установить точно. В одной породе могут присутствовать компоненты и хемогенные и органогенные.

Классифицируют эти породы обычно по химическому составу и выделяют следующие наиболее распространенные группы пород:

1. карбонатные породы, в которых породообразующие минералы представлены минералами-карбонатами (кальцитом и доломитом);

2. кремнистые породы, сложенные минералами кремнезема (опалом, халцедоном и кварцем);

3. эвапориты (сернокислые и галоидные породы), состоящие из минералов сульфатов и галоидов;

4. фосфатные породы,главный минерал которых апатит;

5. железистые породы, содержащие карбонаты, сульфиды или гидроксиды железа;

1. каустобиолиты (углеродистые горючие ископаемые).

Карбонатные породы

К карбонатным породам относятся осадочные образования, сложенные на 50 и более процентов карбонатными минералами. Наиболее часто этими минералами являются кальцит, доломит, реже арагонит. В зависимости от преобладания в составе осадков кальцита или доломита выделяются две основные группы карбонатных пород – известняки и доломиты, связанные между собой переходными (смешанными) разностями.

Известняки являются наиболее распространенными карбонатными породами. Они на 50 и более процентов состоят из кальцита. По происхождению известняки разделяются на органогенные (биогенные), биохемогенные, хемогенные и обломочные. При диагностике известняков следует прежде всего использовать реакцию с разбавленной соляной кислотой, при воздействии которой они бурно вскипают.

Для биогенных известняков основными породообразующими компонентами являются различной степени сохранности скелеты беспозвоночных и остатки водорослей. Их органическое происхождение часто можно определить макроскопически: даже невооруженным взглядом в их составе можно различить раковины и обломки раковин.

Известняки, которые состоят из хорошо сохранившихся раковин брахиопод или створок моллюсков, называют ракушняками.

Известковые туфы – крупнопористые породы, формирование которых связано с отложением кальцита из подземных вод и минеральных источников.

Обломочные известняки состоят из карбонатных обломков различных раковин.

Доломиты – это карбонатные породы, сложенные на 50 и более процентов одноименным минералом. По генезису доломиты являются хемогенной породой.

Доломиты образуются двумя путями:

1. путем химического выпадения СаМg(СО₃)₂ из рaстворов. Для них характерны слойчатые текстуры, микро- и тонкозернистые структуры.

2. за счет замещения СаСО₃ доломитом; структуры их яснокристаллические, нередко с «теневыми» структурами первичной породы.

Макроскопически отличить известняки от доломитов бывает очень трудно. Диагностическим признаком служит реакция с 5% соляной кислотой: доломиты вскипают только будучи растертыми в порошок.

Карбонатные породы в природных условиях часто создают смешанные известняково-доломитовые разности. В составе карбонатных пород помимо карбонатных минералов могут принимать участие глинистый и обломочный материал. При их количестве меньше 5% порода относится к чистой, более высокое содержание отражается в названии породы.

Мергели – породы промежуточного состава в ряду глина - известняк. Их основной составной частью являются кальцит (около 50%) или доломит и глинистый материал. Примесь глинистого материала в известняке определяется по «грязному» пятну, оставшемуся на образце после воздействия на него разбавленной соляной кислотой.

Описание известняков и доломитов должно проводиться в следующем порядке:

1. Название.

2. Цвет.

3. Крепость (твердость).

4. Излом (раковистый, землистый, ступенчатый, крупнокристллический и др.).

5. Основной структурно-генетический тип (например биогенный оолитовый, микрозернистый и т.д.).

6. Наличие и характеристика примесей.

7. «Особые приметы» (поры, каверны, стилолиты и пр.).

8. Текстура породы (хаотичная, слойчатая, плитчатая и т.д.).

Кремнистые породы (силициты)

Кремнистыми породами называются осадочные образования, содержащие более 50% кремнезема в форме биогенных, биохемогенных и хемогенных компонентов. Основными минералами кремнистых пород являются опал, халцедон, кристобалит, кварц.

По генезису силициты подразделяются на биогенные и хемогенные. Формирование биогенных силицитов обусловлено развитием органических остатков, строящих свой скелет из кремнезема, который они извлекают из морской воды. Хемогенные известняки представлены колломорфным кремнеземом и микрозернистой основной массой.

Диатомиты – скопления микроскопических скелетов диатомовых водорослей, состоящих из опала. Они белого цвета, микропористые (пористость их достигает 95 %), мягкие и очень легкие. Эти породы похожи на мел, но не реагируют с соляной кислотой и более легкие, чем мел. От белых каолиновых глин диатомиты отличаются отсутствием пластичности и меньшим удельным весом. Отличительный их признак – способность интенсивно впитывать воду. Каждый студент может это проверить, прикоснувшись к образцу языком: диатомит тут же к нему «приклеится».

Трепелы очень похожи на диатомиты, но имеют коллоидно-химическое происхождение. Они состоят из мельчайших сфер-зернышек опала. Окраска пород светлая, характерна высокая пористость.

Опоки отличаются от трепелов более темной окраской – от темно-серой до черной. Кроме того, эти породы более твердые и «звонкие» (при ударе молотком) в отличие от диатомитов и трепелов – «глухих» пород. При раскалывании образуются остроугольные обломки с раковистым изломом. Состоят опоки из кремнистых минералов с примесью редких спикул губок и радиолярий.

Кремень встречается в осадочных породах в виде конкреций и стяжений разной формы. Характерны серо-желтые, красно-коричневые и черные окраски. Часто имеют концентрически-зональное внутреннее строение. Сложены халцедоном, загрязненным глинистыми примесями. Образуются в породах за счет коагуляции гелей кремнезема в пустотах.

Яшмы – темные, красные, реже зеленоватые, желтоватые и голубые, полосчатые или пятнистые породы, сложенные микрозернистым халцедоном или кварцем. Имеют вулканогенно-осадочное происхождение.

Эвапориты

К соляным породам (эвапоритам) относятся различные осадочные образования главным образом хемогенного происхождения, состоящие из минералов класса хлоридов, сульфатов и некоторых других. Они залегают в виде пластов, прослоев, линз различной мощности. Иногда в результате тектонических напряжений соли создают купола, штоки и другие постседиментационные формы залегания.

По минеральному составу среди них выделяются сульфатные, хлоридные и смешанные породы.

Главные минералы соляных пород – ангидрит, гипс, галит.

Соляные породы содержат в различном количестве обломочные примеси, представленные обычно глинистыми, реже алевритистыми и песчаными фракциями.

Сульфатные эвапориты

К ним относятся в первую очередь ангидрит и гипс.

Ангидрит – чаще всего тонкозернистая порода, голубовато-серого, реже белого и красноватого цвета. При гидратации ангидриты переходят в гипсы со значительным изменением объемов, текстуры и структуры. При этом в слоистых ангидритах возникает мелкая слойчатость – плойчатость. Ангидрит обычно встречается в ассоциациях с гипсом, доломитом, каменной солью и глиной.

Гипс представляет собой породу белого, серовато-белого, розового цвета, зернистую (от мелко- до крупнозернистой), слоистую. При погружении гипсы теряют воду и переходят в ангидриты. Гипс отличается от ангидрита меньшей твердостью (2 по шкале Мооса), он царапается ногтем.

Хлоридные эвапориты

Среди них наиболее часто встречаются каменная соль, карналлитовая, сильвиновая породы.

Каменная соль – одна из самых распространенных соляных пород. Основной ее частью является минерал галит. Диагностические признаки: кристаллическая структура, массивная, слоистая или пятнистая текстура, соленый вкус, легко растворяется в воде. При высоких давлениях каменная соль становится пластичной и приобретает способность «течь» – перемещаться из участков с высоким давлением в участки с низким давлением.

Фосфатные породы

Фосфориты – главные представители этой группы. Фосфориты являются осадочными образованиями, образующимися в морских условиях.

Главной составной частью фосфоритов являются аморфные или микрокристаллические фосфаты кальция группы апатита. В них присутствуют также примеси кварца, глауконита, кальцита и других карбонатных минералов. Окраска фосфоритов жёлто-бурая или бурая до черной, но встречаются и светлоокрашенные разновидности этих пород. Главные типы фосфоритов – это желваковые (конкреционные) и пластовые (плитные).

Желваки различной формы обычно распространены среди глинистых отложений, часто они представлены шарообразными формами с гладкой поверхностью и имеют радиально-лучистое внутреннее строение агрегатов. Такие фосфориты известны в центральной части России (Воронежская, Тамбовская области и др.), в бассейнах рр. Цильмы и Выми (Республика Коми).

Пластовые фосфориты образуют сплошную плиту песчано-фосфо-ритового состава, чётко выделяющуюся среди вмещающих пород.

Фосфориты трудно определять визуально: они часто похожи, например, на песчаники. Одним из признаков фосфоритов является «чесночный» запах или запах жженой кости, который можно чувствовать при трении обломков фосфоритов.

Фосфориты используются в сельском хозяйстве для получения фосфорных удобрений (суперфосфат и др.) и в химической промышленности для получения фосфорных кислот.

Железистые породы

Железистые породыпо химическому составу можно разделить на 3 главные группы: окисные, карбонатные и сульфидные.

Промышленный интерес представляют окисные железные руды, которые состоят из окислов и гидроокислов железа – лимонита, гематита гетита, гидрогетита и часто образуют крупные месторождения. Обычно они имеют желто-коричневую окраску, обусловленную присутствием лимонита. Образуются в прибрежной зоне морей в озерах при хемогенном осаждении минералов железа. Часто эти руды имеют оолитовые структуры (состоят из мелких шариков – оолитов).

Сульфидные железные породы встречаются в различных осадочных породах в виде горизонтов конкреций или отдельных стяжений пирит-марказитового состава. Характеризуются большим удельным весом и металлическим блеском. При окислении замещаются лимонитом и покрываются ржавой коркой. Промышленного значения не имеют.

Карбонатные железные породы представлены в осадочном разрезе линзами и небольшими прослоями карбоната железа – сидерита. Для сидерита характерена желтовато-серая окраска, кристаллически-зернистая структура, массивная или слоистая структура.

Каустобиолиты (углеродистые породы)

Органические компоненты живой материи после их гибели подвергаются окислению и превращаются в СО₂ и воду. В зависимости от места захоронения органические остатки могут подвергаться только частичному или неполному окислению. Органическое вещество (ОВ), которое не испытало полного разложения и погребается, становится компонентом накапливающегося осадка. В составе органического вещества основная роль принадлежит органическому углероду (С_орг) – 50-60%.

В земной коре присутствуют скопления органического вещества, в которых оно служит основной массой. К ним относятся так называемые каустобиолиты (горючие полезные ископаемые органического происхождения), включающие торф, сапропель, горючие сланцы, ископаемые угли, нефти, битумы и горючие газы.

Органические остатки, накапливающиеся в виде осадков, бывают двух типов – торфяные или гумусовые, которые образуют «ряд углей», и сапропелевые, формирующие «ряд нефти».

Торф – скопление растительных остатков разной степени разложения. Он представляет собой волокнистую массу землистого, бурого цвета, обычно содержащую терригенные примеси и минеральные новообразования. Содержание углерода в органической массе – около 55-60% (без воды и золы).

Торф образуется в торфяниках и болотах из захороненных растительных остатков, которые разлагаются в условиях затрудненного доступа кислорода (обычно под слоем воды) при участии бактерий.

Ископаемые угли являются горючим непрозрачным некристаллическим твердым веществом, окраска которого варьирует от бурой до черной. Они могут быть тусклыми и блестящими, имеют малую плотность (от 1 до 1,8 г/см³), небольшую твердость – от 0,5 до 2,5. Как правило, угли хрупкие, с раковистым или занозистым изломом.

По генезису ископаемые угли делятся на два типа:

1. гумусовые, образовавшиеся из остатков древесной растительности, (из спор, кутикул, коры и других смолистых частей древесных растений);

2. сапропелевые, сформированные из скоплений водорослей.

Главная примесь в углях – обломочный песчано-глинистый материал, содержание которого изменяется от нескольких % до 50%, затем следуют сульфиды железа, карбонаты железа и ряд других минералов.

Уголь классифицируется по маркам в зависимости от физического состава. Эта классификация основывается на степени изменения – «метаморфизации» – растительного вещества и продуктов его разложения. Выделяются бурые, каменные угли и антрациты.

Бурый уголь является низшим членом угольного ряда. Он бурого цвета, хрупкий, обычно сохраняет структуру первичной древесины, содержит много влаги, быстро сгорает с дымящим пламенем. Большая часть бурых углей имеет меловой или более молодой возраст.

Каменный угольхарактеризуется более высокой степенью углефикации, т.е. содержит больший процент углерода и меньше воды; цвет от темно-серого до черного, в различной степени блестящий, реже матовый. Большинство углей имеют тонкую полосчатость, образованную переслаиванием блестящих и тусклых пластов. Эти угли легко горят.

Антрациты – наиболее метаморфизованные разности ископаемых углей. Они характеризуются ярким полуметаллическим блеском и раковистым изломом. В них высокое содержание углерода – до 91-97%. Антрациты горят не так быстро, как угли, сгорание происходит с небольшим пламенем, которое дает много тепла и мало дыма.

Горючие сланцы – сланцеватые тонкодисперсные темно-серые, бурые или коричневые породы, обогащенные органическим веществом. Они горят коптящим пламенем, с выделением густого дыма.

Нефти –представляют собой жидкости от светло-желтого до темно-коричневого цвета со специфичным запахом и маслянистым блеском. Согласно господствующим представлениям, нефть образуется из рассеянного органического вещества при захоронении осадка и погружении его в зоны высоких температур и давлений. Залежи нефти накапливаются в пористых и трещиноватых породах – коллекторах, которые перекрываются непроницаемыми породами – флюидоупорами.