Го́рные поро́ды

Горные  породы. Основные понятия. 
 
Го́рные поро́ды — природная совокупность минералов более или менее постоянного минералогического состава, образующая самостоятельное тело в земной коре. Планеты земной группы и другие твёрдые космические объекты состоят из горных пород.

По происхождению горные породы делятся на три группы: магматические (эффузивные и интрузивные), осадочные  и метаморфические.

Магматические и метаморфические  горные породы слагают около 90 % объёма земной коры, однако, на современной  поверхности материков области  их распространения сравнительно невелики. Остальные 10 % приходятся на долю осадочных  пород, занимающие 75 % площади земной поверхности.

Магматические горные породы по своему происхождению делятся на эффузивные и интрузивные. Эффузивные (вулканические) горные породы образуются при изливании магмы на поверхность Земли. Интрузивные горные породы, напротив, возникают при изливании магмы в толще земной коры.

Разделение горных пород на магматические, метаморфические и осадочные не всегда очевидно. В осадочных горных породах, в процессе диагенеза, уже при очень низких (в геологическом смысле) температурах, начинаются минеральные превращения, однако породы считаются метаморфическими при появлении в них новообразованного гранита. При умеренных давлениях начало метаморфизма соответствует температуре 300 °C.

При высоких степенях метаморфизма стирается грань между метаморфическими и магматическими горными породами. Начинается плавление пород, смешение новообразованных расплавов с явно внешними. Часто наблюдаются постепенные переходы от явно метаморфических, полосчатых пород, к типичным гранитам. Такие процессы относятся к ультраметаморфизму.

Отдельно стоят мантийные породы. С одной стороны, условия в  мантии таковы, что даже если порода изначально была магматической, она  всё равно претерпела бы в мантии изменения. В целом для основного  объёма мантии остаётся дискуссионным  вопрос, была ли она когда-то в расплавленном  состоянии. С другой стороны, по минералогии  мантийные породы во многом идентичны  породам магматическим. Поэтому  к ним применяется номенклатура магматических пород с вариациями.

Есть магматические комплексы, текстурные признаки которых напоминают текстурные особенности осадочных  пород. Это расслоённые основные интрузии. В некоторых из них наблюдаются  типичные для осадочных горных пород  градационная расслоенность, косая слоистость, ритмичное строение толщи, наличие скоплений тяжёлых минералов. Однако, вместо осадочных алевролитов, песчаников и гравелитов, такие комплексы сложены обычными магматическими породами. Неоднократно образование таких объектов объяснялось метаморфизмом осадочных пород, но такая интерпретация не могла объяснить наличие резких контактов между комплексом и вмещающими породами. На сегодня общепризнанно, что такие объекты формируются в результате гравитационного осаждения минералов из конвектирующего расплава. То есть процесс имеет много общего с осадконакоплением, но среда, переносящая вещество, в данном случае не вода, а магма.

Описанием и классификацией магматических  и метаморфических горных пород  занимается Петрография, изучением  их генезиса — Петрология. Описанием, классификацией и анализом условий  образования осадочных горных пород  занимается Литология, в которой  выделяется самостоятельный раздел — Петрография осадочных пород. С Литологией тесно связана родственная ей Седиментология, занимающаяся изучением условий образования современных осадков. Поскольку отсутствуют строгие определения понятий «осадок» и «осадочная порода», то различие между осадком и осадочной горной породой не всегда ясно. Эти науки тесно связаны с геохимией и минералогией.

Карбонатные породы

Группа карбонатных пород широко распространена в осадочной оболочке, слагая толщи мощностью сотни  и тысячи метров. К этой группе принадлежат  породы, в которых карбонатная  фракция преобладает над некарбонатными компонентами.

Главнейшие породообразующие компоненты пород – карбонатные минералы, в первую очередь – кальцит, доломит, примеси обломочного и глинистого материала. В зависимости от соотношения  этих основных составляющих карбонатные  породы делятся на известково-доломитовую, терригенно-карбонатную и карбонатно-глинистую  группы.

Известково-доломитовая группа включает в качестве ведущих породообразующих минералов кальцит и доломит. Порода, содержащая 50% и более кальцита, называется известняком, 50% и более  доломита – доломитом. Наиболее чистые разности известняков содержат от 95 до 100% кальцита. Таковыми же будут содержания доломита CaMg(CO3)2 в чистых доломитах. Васе остальные разности известково-доломитовой группы являются породами смешанного состава.

Таблица 1 – Классификация известково-доломитовых  пород (по С. Г. Вишнякову)

Группа терригенно-карбонатных  пород представляет относительно разнородное  сообщество, включающее доломит, известняк  с преобладанием доломита или  кальцита с обязательной примесью терригенной  составляющей различной размерности, а также известняки и доломиты глинистые, алевритовые, песчаные, гравийные, галечниковые. Выделяемые некоторыми литологами карбонатно-терригенные породы с содержанием карбонатов менее 50% строго к карбонатным породам не относятся. Это обломочные породы, сцементированные карбонатным материалом.

Как и кластические обломки, в составе  карбонатов часто отмечается примесь  глинистого вещества. Ряд карбонатных  пород, известняков и доломитов, включающих глинистый материал, завершается  мергелем с содержанием глинистой  компоненты 25-50%.

Наиболее типичными представителями  карбонатных пород являются образования  известково-доломитовой группы: известняки и доломиты.

Известняки – карбонатные породы, состоящие на 50% и более из кальцита и арагонита. Есть две основные формы  нахождения кальцита, позволяющие определить происхождение породы. Это хемогенный кристаллически-зернистый кальцит  и кальцит, образующий скелетные  части организмов, микроводорослевые структуры, оолиты, пеллеты,  комки и сгустки.

Скелетные части организмов обычно представлены обломками раковин, ядрами различных организмов, растительными  остатками, их обрывками. К настоящему времени установлены многие тысячи видов организмов, захороненных и  сохранившихся в карбонатных  породах. Они обладают определенной формой, особенностями морфологии и  строения кальцитовой массы скелетных  остатков. Наиболее распространенные группы организмов, замещающиеся карбонатами, представлены следующими формами:

животные организмы: фораминиферы (фузулиниды, милиолиды, глобигерины и др.), коралловые полипы, строматопоры, мшанки, иглокожие, морские ежи, брахиоподы и моллюски (пелециподы, гастроподы и др.), остракоды и пр.;

растительные организмы: кокколитофориды (планктонные одноклеточные водоросли), микроскопические сине-зеленые водоросли (цианофиты), зеленые, красные и др.

Механизм и условия образования  известняков, их генетические особенности  определяют выделение двух основных типов: биогенного и хемогенного. В  качестве промежуточного выделяют хемогенно-биогенный тип.

Биогенные известняки состоят преимущественно  из скелетных частей организмов или  биогенного водорослевого кальцита с биоморфными (цельно-раковинными) и органогенно-детритовыми структурами. Значительную часть биогенного детрита образуют обломки раковин брахиопод и пелеципод, состоящие из кальцита грубоволокнистого строения, арагонита микрокристаллического, пелитоморфного, гастропод, фораминифер с микрокристаллической и тонковолокнистой структурой стенок раковин. Животные организмы извлекают известь CaCO3 для строения раковин из морской воды. Отмирая, раковины погружаются на дно, образуя детритовый и илоподобный осадок, превращающийся при диагенезе в известняки-ракушечники с характерными биморфными, или органогенно-детритовыми структурами.

Детритовые известняки на зоодетритовые и фитодетритовые. Зоодетритовые содержат в качестве основного компонента – обломки скелетных частей беспозвоночных – створок тонко- и толстостенных брахиопод, остракод, губок, мшанок, раковины фораминифер, членики, реже чашечки криноидей. Среди них выделены такие разновидности как полидетритовые (из остатков разных видов организмов), криноидные, криноидно-брахиоподные, спикуловые и др. Многими разновидностями представлены фитодетритовые известняки, в основном, в зависимости от родового состава водорослей. Это доницелловые, микрофитоллитовые, фурусталатовые и иные разновидности. В оолитовых известняках рифовых и биогермных образований ядрами оолитов служат фораминиферы, членики криноидей, обрывки водорослей.

Известняки, состоящие из частей известкового скелета морских лилий (криноидеи), называются криноидными и включают круглые членики их стебельков. Значительные по мощности и площадному развитию пласты органогенных известняков – строматолитов слагают продукты жизнедеятельности сине-зеленых водорослей. Растительные организмы – водоросли, покрытые кальцитовыми пластинками (кокколитофориды) и водоросли, не обладающие кальцитовым скелетом, поглощает углекислоту из воды. В результате их жизнедеятельности биохемогенным путем образуются неясноволнисто-слоистые образования (строматолиты).

Своеобразной формой залегания  биогенных известняков, образующих органогенные постройки, являются ископаемые рифы. Это прочные каркасные образования, сложенные скелетными остатками  организмов, часто живущих колониями  – кораллы, губки, строматопоры, мшанки, серпулы, пелециподы, и многие другие (фораминиферы, брахиоподы). Прочность рифовой постройке придают обволакивающие ее водоросли. Могут подниматься над водой, образуя рифовые острова, вытягиваться на сотни километров. Мощность рифовых образований иногда достигает 1000 м и более.

Рифовые гряды по краю островной  или береговой отмели называются барьерными рифами. В Тихом океане барьерный риф протягивается  вдоль восточных берегов Австралии  на 1900 км. Вытянутые вдоль берега барьерные рифовые постройки  обозначаются как береговые рифы. Кольцеобразные рифовые образования  с мелкой лагуной в центральной  части известны в литературе под  названием атоллы. Предпосылки для быстрого развития рифовых образований имеются лишь в тропических и субтропических областях. Именно в тропических морях вода пересыщена углекислым кальцием и существует богатая фауна организмов с известковым скелетом. Эти условия весьма благоприятны для быстрой биохимической фиксации углекислого кальция вне зависимости от биологического вида, формирующего рифы и биогермы. Необходимо иметь в виду, что рифоподобные банки известны на глубине и в очень холодных морях северной части Атлантического океана.

Для рифовых построек характерны биогермные известняки, слагающие образования разнообразной формы – от линзовидных до штокоподобных. Основные биогермообразователи – сине-зеленые и зеленые водоросли. Встречаются и строматолитовые разности биогермных известняков. Многочисленные, тесно сплетенные нити водорослей, слагают основную массу. Промежутки заполняются микро-, мелкозернистым кальцитом.

Известковые породы могут возникнуть на суше. Это известковые туфы, травертины – натечные и корковые образования  подземных источников, разгружающихся на поверхности. К этой же категории  принадлежат натечные формы известняков  – сталактиты и сталагмиты, формирующиеся  в пещерах. Известковый туф это  обычно пористая ноздреватая масса  рыхлая, иногда плотная, кристаллического строения, часто с отпечатками  и остатками листьев растений. Сталактиты и сталагмиты в поперечном сечении обычно имеют концентрически-зональное  сложение. В условиях поверхности  в засушливых климатических зонах  за счет капиллярного поднятия и испарения  влаги формируются приповерхностные скопления карбонатного материала  – калькреты, панцири.

Хемогенные известняки образуются при осаждении кальцита из пересыщенных карбонатом кальция растворов вод  морей, океанов, в водоемах суши с  аридным климатом. За счет хемогенного  кальцита возникли пелитоморфные, некоторые оолитовые, кристаллически-зернистые известняки и карбонатные конкреции, стяжения при перераспределении карбонатного материала в терригенных осадках в ходе диагенеза. Чистые известняки белые, но за счет примесей других веществ могут приобретать различные окраски: желтоватые, буроватые (примесь оксидов железа), серую до черной (присутствие органического вещества), зеленоватую (за счет некоторых силикатов).

Доломиты сложены в основном (на 50% и более) одноименным минералом. Часто отмечается примесь аутигенных кальцита, гипса, ангидрита, кремнезема, окислов железа, глинистого вещества, отмечаются целестин, флюорит, соли, тонкорассеянное органическое вещество, пирит или марказит, терригенные обломки. Органические остатки в доломитах редки и плохой сохранности. Обычно это ядра, реже отпечатки. По внешнему виду мало отличаются от известняков, что обуславливают необходимость их испытания слабым (2-5%) раствором соляной кислоты. Цвет доломитов белый, желтовато-белый, красноватый, желтый, зеленоватый, серый до черного (присутствие органического вещества). Битуминозные доломиты окрашены в коричневый цвет. Как правило, образует зернистые массы различной размерности от микрозернистых до крупнозернистых, могут быть кавернозными за счет пустот (каверн) выщелачивания. Органогенные биоморфные структуры встречаются редко.

Доломиты – обычная составная  часть карбонатных и фоленосно-гипсоносных толщ. По генезису они подразделяются на первично-осадочные, сингенетические и диагенетические, и вторичные или эпигенетические.

Карбонатные илы быстро затвердевают, литифицируются и подвергаясь разрушению под действием волн образуют обломки, называемые интракластами. Последние цементируются продолжающим осаждаться карбонатным материалом, либо механически переносятся, сортируются как обычный обломочный материал. После осаждения они подвергаются уплотнению, цементации, образуя известняки с кристаллически-зернистой связующей массой. Часто в таких известняках отмечаются комочки микрозернистого ила (пеллеты), терригенные обломки, ооиды – обломки раковин, зерна с оболочкой, оболочками хемогенного карбоната.

При катагенезе карбонатные породы могут быть подвергнуты выщелачиванию, перекристаллизации с появлением таких текстурных особенностей как фунтиковая текстура, стилолитовые швы, вторичная пористость. Вторичная пористость связана по Э. Ф. Емлину с селективным растворением компонентов карбонатной породы, с доломитизацией (образование пор за счет уменьшения объема), с разложением организмов, имеющих внешний скелет (криноидеи, кораллы и др.).