/

Главнейшие осадочные породы органического и химического происхождения. Породы химического и органического происхождения

Химические осадочные породы образуются путем выпадения из водных растворов химических осадков. К этим породам относятся: различные известняки, известковый туф, доломит, ангидрит, гипс, каменная соль и др. Общей особенностью являются их растворимость в воде и трещиноватость.

Органогенные осадочные породы образуются в результате накопления и преобразования остатков животного мира и растений, отличаются значительной пористостью, растворяются в воде. К органогенным породам относятся: известняк-ракушечник, диатомит и др.

Подавляющее большинство пород этих двух групп имеют смешанное (биохимическое) происхождение.

Группы химических и органогенных пород обычно делятся на подгруппы по составу:

    карбонатные,

    кремнистые,

    железистые,

    галоидные,

    сернокислые,

    фосфатные и др.

Особо выделяются горючие породы, или каустобиолиты .

Карбонатные породы

Известняк – порода, состоящая из минерала кальцита. Он определяется по бурно протекающей реакции с HСl. Цвет белый, желтоватый, серый, черный. Известняки бывают органогенного и химического происхождения.

Органогенные известняки состоят из остатков организмов, которые редко сохраняются полностью, чаще они раздроблены а также изменены последующими процессами. Если известняк состоит из целых раковин, его называют известняк-ракушечник, а если из битых – детритусовый известняк.

Разновидностью органогенного известняка является мел , состоящий главным образом из мельчайших раковин фораминифер, порошковатого кальцита и панцирей простейших микроскопических морских водорослей. Мел – белая землистая порода, широко использующаяся в качестве сырья для портландцемента, побелочного материала и пишущего мела.

Известняки химического происхождения встречаются в виде плотных тонкозернистых масс:

    оолитовые известняки – скопления мелких шариков скорлуповатого или радиально-лучистого строения, соединенных известковым цементом;

    известковый туф (травертин) – сильнопористая порода, образующаяся в местах выхода на земную поверхность богатых растворенной двууглекислой известью подземных вод, из которых при улетучивании углекислоты или при остывании воды быстро выпадает избыток растворенного углекислого кальция;

Натечные образования кальцита – сталактиты, сталагмиты (рис. 9).

Известняки применяются в качестве строительного материала, удобрения, в цементной промышленности, в металлургии (в качестве флюса).

Доломит CaMg(CO 3) 2 – состоит из минерала того же названия. Внешне похож на известняк, отличается от него реакцией с соляной кислотой (реагирует в порошке), желтовато-белым, иногда буроватым цветом, большей твердостью (3,4–4). Доломиты образуются в морских бассейнах главным образом как вторичные продукты за счет известняков: растворенный в воде магний взаимодействует и вступает в соединение с кальцитом известняка. Этот процесс, называемый доломитизацией, ведет к полному уничтожению органических остатков. Для доломитов не типична тонкая слоистость; они часто слагают мощные скальные утесы. Доломиты применяются в качестве флюса, огнеупора и для удобрений.

Мергель – известково-глинистая порода, состоящая из кальцита и глинистых частиц (30–50 %). Цвет ее палево-желтый, коричневато-желтый, белый, серый. Внешне мергель мало отличим от известняка; распознается он по характеру реакции с соляной кислотой, от капли которой на поверхности мергеля остается грязно-сырое или обеленное пятно, обусловленное концентрацией на ме­сте реакции глинистых частиц. Образуется мергель в морях и озерах (рис. 10).

Kpe мнистые породы

Они могут быть и химического (кремнистый туф), и органогенного происхождения (кремень, диатомит, опока).

Кремнистый туф (гейзерит) состоит из пористой (реже плотной) массы опала. Цвет породы светлый, иногда пестрый. Образуется туф при выходе на поверхность горячих источников, в воде которых растворен кремнезем.

Кремень – тонкозернистый пятнистый или полосчатый агрегат халцедона, скрытокристаллической разновидности кварца. Образуется из распавшихся скелетных остатков кремневых организмов, то есть из геля кремнезема, который, постепенно теряя воду и уплотняясь, превращается в опал и затем в халцедон. Часто содержит включения органических остатков. Цвет преимущественно серый до черного или бурый, встречается в виде конкреций (желваков) в меловых известняках, никогда не образуя связных пластов . В каменном веке кремень благодаря высокой твердости (равной 7) служил важным материалом для изготовления оружия и орудий труда. В настоящее время используется как шлифовальный и полировальный материал.

Диатомит – пористая, легкая, белая, светло-желтая рыхлая или сцементированная порода, легко растирается в тонкий порошок, жадно поглощает воду. Состоит из мельчайших опаловых скорлупок диатомовых водорослей, скелетов радиолярий и игл губок, встречаются зерна кварца, глауконита, глинистых минералов. Применяется как фильтрующий материал и для получения жидкого стекла. Образуется диатомит из диатомового ила, находящегося на дне озер и морей.

Опока – кремнистая, пористая порода белого, серого, черного цвета, обладающая часто раковистым изломом. Наиболее твердые ее разновидности при ударе раскалываются с характерным звенящим звуком. Она состоит из зернышек опала и незначительной примеси остатков кремневых скелетов организмов, сцементированных кремнистым веществом.

Железистые породы

Среди пород этой подгруппы наиболее распространены сидерит (FeCO 3 – железный шпат) и лимонит.

Лимонит – механическая смесь гидроокисла железа с песчаным или глинистым материалом. По внешнему виду это чаще всего бобовые (оолитовые) или натечные массы. Цвет желтый, бурый, накапливается в болотах и озерах, поэтому часто называется болотной или озерной рудой.

Галоидные породы

Из галоидных пород наиболее распространена каменная соль , состоящая из минерала галита (NaCl), в природе она обычно окрашена в серый, рыже-желтоватый или красноватый цвет. Каменная соль обычно залегает слоями, имеет крупнозернистую структуру и блестит на солнце. Треть всей добываемой соли идет в пищу людям и животным, остальная часть используется в промышленности, для технических целей. В месторождении слои каменной соли нередко чередуются со слоями сильвина (KCl).

Сернокислые породы

Наиболее широко распространены гипс и ангидрит . Они образуются при выпадении из водных растворов в мелководных озерах, лагунах засушливых зон, где благодаря интенсивному испарению возникают перенасыщенные растворы.

Галоидные и сернокислые соли залегают обычно в виде пластов среди глинистых пород; последние их предохраняют от растворения подземными водами.

Гипс (CaSO 4 ∙ 2H 2 O) – белого цвета или слегка тонированный; крупнозернистый или волокнистый, с шелковистым блеском. От сходного ангидрита, имеющего твердость 3–4, отличается более низкой твердостью, равной 1,5–2. Широко применяется в строительстве. Путем обжига гипса из него удаляется 75 % кристаллизационной воды, но если к обожженному строительному гипсу добавить воду, то он быстро вновь поглощает ее, восстанавливая свое первоначальное водосодержание, что сопровождается увеличением объема. На этом основывается техническое использование гипса в качестве цемента и вяжущего материала.

Ангидрит (CaSO 4) – так называется как сама соляная порода, так и минерал, слагающий ее, похожа на каменную соль, белесовато-серого, желтоватого, голубоватого цвета, но имеет мелкозернистую структуру и не обладает соленым вкусом. Применяется в производстве минеральных удобрений и в строительстве. Ангидритовые слои представляют опасность при строительстве туннелей, так как при поступлении воды они чрезвычайно сильно разбухают и вследствие этого могут сдавить стены туннеля.

Фосфатные породы

К ним относятся многие осадочные породы, обогащенные кальциевыми солями фосфорной кислоты с содержанием Р 2 О 5 до 12–40 % и более. Фосфаты кальция представлены чаще апатитом .

В составе фосфоритов наблюдаются примеси кварца, кальцита, глауконита, остатки радиолярий, диатомей и других органических веществ. Фосфатные породы встречаются в виде конкреций и пластов. Образуются они как хемогенным, так и биогенным путем в морях и на континентах (в озерах, болотах, пещерах). В морях фосфориты возникают при выпадении химического осадка на глубинах от 50 до 150 м. Цвет фосфоритов серый, темно-серый, черный. Применяются как сырье для удобрения (суперфосфат) и получения фосфора.

Каустобиолиты

Это большая группа горючих углеродистых пород органического состава и органогенного происхождения, и потому, согласно строгому определению, не являются настоящими горными породами. Но, с другой стороны, они представляют собой составную часть твердой земной коры и частично бывают изменены в такой степени, что их органическую природу уже невозможно установить, а потому их причисляют к осадочным породам.

Каустобиолиты возникают путем углефикации скоплений растительного материала. Процесс углефикации состоит в постепенном повышении относительного содержания углерода в органическом веществе вследствие его обеднения кислородом (и в меньшей мере водородом). Повышенные давления и температуры, связанные с горообразующими и вулканическими процессами, вызывают диагенетические и метаморфические преобразования углей.

Каустобиолиты бывают твердыми (торф, бурый уголь, каменный уголь, антрацит, графит, горючие сланцы, асфальт, озокерит), жидкими (нефть) и газообразными (горючие газы). Свойства твердых каустобиолитов приведены в табл. 8.

Таблица 8

Свойства твердых каустобиолитов

Каустобиолиты

Плотность, г/см 3

Теплотворная

способность

(без блеска)

1500–2000 кал

(6280–8374 Дж)

Бурый уголь

Буровато-черный

2000–7000 кал

(8374–29 308 Дж)

Каменный уголь

7000–8500 кал

(29308–35588 Дж)

Антрацит

металловидный

8500–9000 кал

(35588–37681 Дж)

Металлический

Торф состоит из полуразложившихся болотных и древесных растительных остатков, содержащих в своем составе углерод (35–59 %), водород (6 %), кислород (33 %), азот (2,3 %). Торф – рыхлая, буровато-коричневая или черная порода. В зависимости от того, из каких растительных остатков состоит торф, различают сфагновый, осоковый и тростниковый торф. В сыром виде торф содержит до 85–90 % воды, при высушивании его до воздушно-сухого состояния в нем остается еще до 25 % воды. Торф используется для приготовления удобрений и технического воска.

Бурый уголь содержит 67–78 % углерода, 5 % водорода и 17–26 % кислорода. Это плотная темно-бурая или черная масса с землистым изломом, матовым блеском, черта темно-бурая. Твердость 1–1,5; плотность 1,2 г/см 3 . В составе бурых углей имеются примеси глинистых минералов, обусловливающие их высокую зольность.

Каменный уголь содержит углерода до 82–85 %. Порода черного цвета, плотная, блеск матовый, черта черная. Твердость от 0,5 до 2,5; плотность 1,1–1,8 г/см 3 .

Антрацит содержит углерода 92–97 %. Это твердая хрупкая порода серовато-черного цвета с сильным полуметаллическим блеском. Излом зернистый, раковистый. Твердость 2,0–2,5; плотность антрацита 1,3–1,7 г/см 3 . Цвет черты светло-черный. Образуется при высоких давлении и температуре (не ниже 300 °С).

Графит – кристаллический углерод; это высокометаморфизованный уголь, но он может иметь и неорганическое происхождение.

Горючие сланцы – сланцеватые, глинистые или мергелистые породы, в состав которых входит органическое вещество в виде рассеянного сапропеля (гнилостного ила). Горючие сланцы тонкослоисты, обладают темно-серым или бурым цветом; образовались они в процессе накопления отмерших микроводорослей и планктона. Применяются в качестве местного топлива и для получения жидких и газообразных летучих веществ, из которых получают нефтепродукты, газ, серу, олифу, дубильные экстракты, краски, ядохимикаты для защиты растений.

Нефть представляет собой смесь жидких и газообразных углеводородов. На долю других элементов (азота, кислорода, серы и др.) приходится 1–2 %. По внешнему виду это маслянистая жидкость, цвет изменяется от почти белого, желтого до темно-коричневого; соответственно меняется и плотность – от 0,76 до 1,0 г/см 3 . Лишь асфальтовые нефти имеют несколько большую плотность.

Янтарь (C 10 H 16 О) – затвердевшая смола хвойных деревьев, произраставших 25–30 млн. лет назад. Янтарь аморфен. Цвет его белый, желтый, коричневатый. Твердость 2–2,5. Прозрачен или просвечивает. Блеск жирный или матовый. Плотность 1,05–1,1 г/см 3 , плавится при температуре 300 °С. Горит, выделяя приятный запах. При трении легко электризуется. Встречается в виде глыб среди песчаных пород. Применяется в ювелирной промышленности и в отдельных медицинских препарата.

Основные осадочные породы органического и химического происхождения приведены в табл. 9.

Таблица 9

Основные породы органического и химического происхождения

Название

подгрупп

Органогенные породы

Хемогенные породы

Карбонатные

известняк коралловый, изве­стняк-ракушечник, известняк детритусовый, мел, мергель

известняк плотный, известняк оолитовый, известковый туф, натечный известняк, доломит, сидерит, мергель

Кремнистые

диатомит, опока

трепел, кремнистые туфы, кремень

Железистые

Галоидные

каменная соль

Сернокислые

гипс, ангидрит

Алюминиевые

Фосфатные

фосфориты

Каустобиолиты

торф, ископаемые угли, горючие сланцы, нефть, асфальт, озокерит, янтарь

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.



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.

Осадочные горные породы (ОГП) образуются при механическом и химическом разрушении магматических пород под действием воды, воздуха и органического вещества.

Осадочные горные породы – породы, существующие в термодинамических условиях, характерных для поверхностной части земной коры, и образующиеся в результате переотложения продуктов выветривания и разрушения различных горных пород, химического и механического выпадения осадка из воды, жизнедеятельности организмов или всех трёх процессов одновременно.

Под воздействием ветра, солнца, воды и из-за перепада температур магматические породы разрушаются. Сыпучие обломки магматических пород образуют рыхлые отложения и из них образуются слои осадочных пород обломочного происхождения. Со временем эти породы уплотняются и образуются сравнительно твёрдые плотные осадочные породы.

Более трёх четвертей площади материков покрыто ОГП, поэтому с ними наиболее часто приходится иметь дело при геологических работах. Кроме того, с ОГП генетически или пространственно связана подавляющая часть месторождений полезных ископаемых. В ОГП хорошо сохранились остатки вымерших организмов, по которым можно проследить историю развития различных уголков Земли. В осадочных породах содержатся окаменелости (фоссилии). Изучая их, можно узнать, какие виды населяли Землю миллионы лет назад. Фоссилии (лат. fossilis - ископаемый) - ископаемые остатки организмов или следы их жизнедеятельности, принадлежащих прежним геологическим эпохам.

Рис. Фоссилии: а) трилобиты (морские членистоногие найденные в кембрийском, ордовикском, силурийском и девонском периодах) и б) окаменевшие растения.

Исходным материалом при формировании ОГП являются минеральные вещества, образовавшиеся за счёт разрушения существовавших ранее минералов и горных пород магматического, метаморфического или осадочного происхождения и перенесённые в виде твёрдых частиц или растворенного вещества. Изучением осадочных горных пород занимается наука «Литология».

В формировании осадочных горных пород участвуют различные геологические факторы: разрушение и переотложение продуктов разрушения ранее существовавших пород, механическое и химическое выпадение осадка из воды, жизнедеятельность организмов. Случается, что в образовании той или иной породы принимает участие сразу несколько факторов. При этом некоторые породы могут формироваться различным путём. Так, известняки, могут быть химического, биогенного или обломочного происхождения.

Примеры осадочных горных пород: гравий, песок, галька, глина, известняк, соль, торф, горючий сланец, каменный и бурый уголь, песчаник, фосфорит и др.

Горные породы не вечны и они изменяются со временем. На схеме показан процесс круговорота горных пород.

Рис. Процесс круговорота горных пород.

По признаку происхождения осадочные породы 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 Si02 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.

Типичный пример: латериты, красноцветная порода богатая железом и алюминием в жарких и влажных тропических областях, образованная в результате выветривания горных пород.

Рис. Латеритные коры выветривания

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.


Натуральный камень – древнейший строительный материал. В связи с трудоемкостью обработки раньше из него возводили в основном культовые, оборонительные и дворцовые сооружения, многие из которых считаются чудесами света – египетские пирамиды, пирамида ацтеков, Великая Китайская стена, мавзолей Тадж Махал... Сегодняшний уровень развития камнеобработки позволяет использовать камень в массовом строительстве – как для внешней, так и для внутренней отделки зданий.
Но у каждого камня есть свои особенности, которые объясняются его физическими свойствами.

Происхождение и классификация горных пород

Камень относится к числу горных пород. Горными породами называют природные образования, состоящие из отдельных минералов и их ассоциаций. Изучением состава, происхождения и физических свойств горных пород занимается наука петрография. Согласно ее данным, по своему происхождению все породы делятся на триосновные группы:

1. Изверженные (первичные)
2. Осадочные (вторичные)
3. Метаморфические (видоизмененные).

Изверженные породы образовались непосредственно из магмы (расплавленной массы преимущественно силикатного состава), в результате ее охлаждения и застывания. В зависимости от условий застывания различают глубинные и излившиеся горные породы.
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: граниты, сиениты, лабрадориты и габбро.
Излившиеся породы образовались в результате вулканического извержения магмы, которая быстро остывала на поверхности при низкой температуре и давлении. Времени для образования кристаллов было недостаточно, поэтому породы этой группы имеют скрыто или мелкокристаллическую структуру и большую пористость: порфиры, базальты, вулканические туфы, пеплы и пемзы.

Осадочные горные породы называют вторичными, поскольку они образовались в результате разрушения изверженных пород или из продуктов жизнедеятельности растений и животных организмов. Один из способов формирования этих горных пород – химические осадки, образующиеся в процессе высыхания озер и заливов. В результате в осадок выпадают различные соединения, которые со временем превращаются в травертин, доломит. Общая особенность этих пород – пористость, трещиноватость, растворяемость в воде.
К обломочным осадочным породам относятся сцементированные отложения (песчаники, брекчии, конгломераты) и рыхлые (пески, глины, гравий и щебень). Сцементированные отложения образовались из рыхлых. Например, песчаник – из кварцевого песка с известковым цементом, брекчия – из сцементированного щебня, а конгломерат – из гальки. Еще известны породы органического происхождения – известняки и мел. Они образуются в результата жизнедеятельности животных организмов и растений.

Метаморфические 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 которым относятся мрамор и кварциты, а также сланцеватые – гнейсы и сланцы.

СВОЙСТВА ГОРНЫХ ПОРОД

Декоративность
Важное свойство горных пород, позволяющее использовать их в качестве облицовочного материала, – декоративность. Имеется в виду эстетическая привлекательность природного камня, в первую очередь его цвет и рисунок.

Прочность
Если говорить об использовании натурального камня в строительстве, то в этом смысле одним из важнейших его свойств является прочность, от которой зависит износостойкость материала. Чем прочнее камень, тем дольше он прослужит.
В зависимости от твердости минералов, входящих в состав горной породы и в значительной степени определяющих ее свойства, камни условно делятся на три группы:
прочные – кварциты, граниты, габбро;
средней прочности – мрамор, известняки, травертины;
низкой прочности – рыхлые известняки, туфы.

Плотность
Плотность – это масса единичного объема вещества. От этого показателя зависит вес конструкции: чем выше плотность камня, тем конструкция будет тяжелее. По плотности камни делятся на легкие (плотность до 2200 кг/м3) и тяжелые (плотность более 2200 кг/м3). Плотность зависит от пористости породы и минералов, входящих в ее состав.

Пористость
Пористость камня, который используется в качестве облицовочного материала, является одной из важнейших его характеристик. От пористости зависит водопоглощение и, соответственно, соле и кислотостойкость. А это основные показатели, влияющие на долговечность материала. Кроме того, общая пористость определяет прочность, теплопроводность, полируемость, обрабатываемость, декоративность камня и другие качественные характеристики. С повышением общей пористости снижается прочность и объем камня, ухудшается его полируемость, но уменьшается вес изделия и улучшается его способность к обработке.

Водопоглощение, соле, кислото и морозостойкость
Другим важным свойством горных пород, связанным с пористостью, является показатель водопоглощения. От него и от минерального состава материала зависит кислото- и солестойкость камня, а также его морозостойкость. Ведь при замерзании вода в порах увеличивается в объеме на 9%, создавая мощное давление. Вода, проникая в поры материалов, оставляет на них после высыхания концентрированные растворы солей. Из них начинается рост кристаллов, создающих огромное кристаллизационное давление. При высоком водопоглощении и низкой пористости под этим давлением в материале образуются трещины. При высокой пористости камня кристаллизационное давление распределяется равномерно, и новые трещины не образуются (яркий пример – известняк). Кислотостойкость – свойство пород и материалов реагировать с различными кислотами, разрушая или преобразовывая горные породы. Мрамор реагирует на кислоты, в том числе на пищевые (лимонная, уксусная). Мрамор, травертины, известняки и доломиты разрушаются от действия соляной кислоты. Правда, в природе в свободном виде она не встречается, но в городах, где хлориды используют для борьбы со снегом, этот фактор риска значительно возрастает.
Все это означает, что в наружной отделке зданий лучше использовать породы, которые не разрушаются под воздействием неблагоприятных факторов и долго сохраняют свой внешний вид, гранит и известняк. Известняк хорош для цокольных конструкций. Недаром во всех крупных городах, стоящих в долинах рек и имеющих многовековую историю (Лондон, Париж, Кельн, Москва), все цоколи зданий сложены из известняка. В Москве, кстати, из известняка сложен цоколь стен и башен Московского Кремля. Для цоколя можно использовать и гранит, но в этом случае движение солей пойдет по кладочным швам.

Классификация пород по степени истираемости

Интенсивность людского потока

Фактурная обработка поверхности камня

Для придания камню дополнительной эстетики его подвергают различной фактурной обработке, которая может выявить и подчеркнуть декоративные свойства камня или, наоборот, затушевать их. В процессе такой обработки лицевую часть каменной плиты обрабатывают различными инструментами, создавая декоративный рельеф.
Фактура «Скала». Грубый рельеф камня получается в результате скалывания больших кусков с обрабатываемой детали. Получается естественный скол камня с перепадами высот рельефа до 5 – 15см. Эта фактура выполняется как механически, так и вручную.
Точечная фактура. Ровная поверхность с точечными выбоинами.
Пиленая фактура. Достигается путем обработки камня алмазными дисковыми пилами. В итоге получается шероховатая поверхность с продольными канавами и перепадами высоты до 5 мм.
Термообработка. Под воздействием высокотемпературной газовой струи поверхность камня становится шероховатой, со следами шелушения и хорошо выраженной структурой. Перепад высот – до 5 мм.
Шлифованная фактура. Ровная, слегка шероховатая поверхность камня со следами обработки абразивным инструментом. Перепад высот – 2 мм. Рисунок, цвет и структура камня проявляются в данном случае слабо, но общий фон становится светлее.
Лощеная фактура. Гладкая матовая поверхность без видимых следов обработки абразивным инструментом, с явно выраженным рисунком камня.
Полированная фактура. Иногда процесс полировки называют еще накаткой глянца, так как для этой фактуры характерен зеркальный блеск поверхности. Гладкая поверхность камня четко отражает детали предметов. Полировка полностью выявляет и подчеркивает природный цвет и рисунок камня.
людского потока

ПРИМЕНЕНИЕ ГОРНЫХ ПОРОД

Граниты
Гранит (от латинского «гранум» – зерно) – самая распространенная горная порода. Имеет ярко выраженную зернисто-кристаллическую структуру и состоит в основном из полевых шпатов, кварца, слюды и других минералов. По величине зерен граниты делятся на мелкозернистые, среднезернистые, крупнозернистые. Цветовая «палитра» гранита чрезвычайно богата. Чаще всего встречается серый гранит разных оттенков – от светлого до темного. Бывает также розовый, оранжевый, красный, голубовато-серый и иногда голубовато-зеленый гранит. Исключительно редки граниты с голубым кварцем. Наиболее ценными в декоративном отношении считаются следующие разновидности гранитов: мелкозернистые светло-серые с голубым оттенком, насыщенно темно-красные и зеленовато-голубые. Гранит хорошо полируется, сохраняя зеркальный блеск поверхности в течение долгого времени, легко поддается теске, что позволяет создавать различные фактуры. Для создания декоративных эффектов некоторые разновидности гранитов подвергают термической обработке. Светло-серые граниты приобретают после этого нежный сахарно-белый оттенок.
Благодаря своим высоким механическим показателям и эксплуатационным свойствам гранит широко применяется в строительстве цокольных конструкций, в облицовке набережных, фасадов зданий, а также пола в местах с большим человекопотоком. Мелкозернистый гранит используют в скульптуре (поскольку его структура позволяет проводить ударную обработку), а крупнозернистый – для возведения монументальных сооружений. Очень часто к гранитам относят сиениты, которые отличаются от гранитов менее выраженной зернистостью и отсутствием кварца (благодаря этому они лучше поддаются обработке). Сиениты темнее гранитов: обычно они имеют серый, темно-серый, серо-голубой, темно-розовый цвета. Применяются в строительстве точно так же, как и граниты.

Габбро
Габбро – глубинная зернисто_кристаллическая порода. Имеет ту же структуру, что и гранит: мелко-, средне- и крупнозернистую. Отличается повышенной вязкостью и стойкостью к выветриванию. В габбро отсутствует кварц, поэтому камень легко поддается механической обработке, очень хорошо полируется и долго сохраняет блеск поверхности. Габбро представлен цветовыми оттенками от темного серо-зеленого до черного. Благодаря некоторой прозрачности плагиоклаза полированная поверхность камня приобретает хорошо выраженную глубину, что выгодно отличает габбро от других горных пород черного цвета. Например, от базальта. Довольно эффектно выглядит сочетание черного полированного и светло-серого сколотого
габбро, которое используют при составлении рисунков и орнаментов. В качестве облицовочного материала обычно применяют мелкозернистый зеленовато-черный и черный габбро. Габбро отлично переносит морозы. Поэтому его широко используют для облицовки фасадов, отделки общественных зданий, при создании монументальных сооружений, реже – в частных интерьрах. Полы из габбро в местах с интенсивным движением быстро теряют полировку.

Лабрадориты
Название этому камню дал полуостров Лабрадор, где он был впервые обнаружен. Лабрадорит – глубинная зернисто-кристаллическая порода, основным составляющим которой является плагиоклаз лабрадор. Выделяют два вида лабрадоритов: черные и серые.Чаще встречаются черные лабрадориты.
Особенный декоративный эффект придают этому камню мерцающие радужные пятна на поверхности: сине-зеленых, васильковых, золотисто-желтых, красных оттенков. Камни в голубых, синих и зеленоватых тонах увеличивают декоративную ценность породы. Лабрадорит чаще всего используется в полированном виде. Камень обладает высокой прочностью и морозостойкостью, что позволяет с успехом применять его во внешней отделке зданий. Но его используют и внутри помещений – для облицовки полов, цоколей стен, колонн. Кстати, черный лабрадорит использовали при строительстве храма Христа Спасителя в Москве в 1851 году.

Песчаники
Песчаник – осадочная порода, состоящая из сцементированного песка. К наиболее прочным относятся кремнистые песчаники. Песчаники бывают серого, зеленого, красного, желтого, коричневого и бурого цветов. Декоративными считаются мелко-зернистые красные, шоколадно-коричневые и зеленые разновидности песчаника, которые с успехом используются для наружной облицовки. В московских и петербургских зданиях, построенных в XIX – начале XXвека, хорошо сохранилась облицовка из польского песчаника серо-зеленого, желтого и розового оттенков. А Соборная площадь Московского Кремля облицована люберецким песчаником.
Однако песчаник довольно пористый материал, поэтому использовать его для отделки элементов, соприкасающихся с водой, нежелательно (в первую очередь речь идет о цокольных конструкциях). Песчаники не поддаются полировке, поэтому самые популярные фактуры песчаника – фактура скалывания, пиленая, иногда шлифованная фактура.

Известняки
Это порода органического и органо_химического происхождения, состоящая главным образом из кальцита, часто с примесью кварца, глинистых и песчаных частиц. Нередко содержит остатки известковых скелетов ископаемых организмов. Известняки имеют белый, светло-серый, желтоватый, реже – розоватый цвета. Наиболее ценными в декоративном смысле считаются белые известняки с желтым и розовым оттенком. В зависимости от структуры известняк делится на плотный, пористый и мраморовидный. Плотные известняки используются при изготовлении плит для наружной и внутренней облицовки. К ним относятся, в частности, знаменитые мячковские, коробчеевские и ковровские известняки, из которых русские архитекторы возводили чудеса белокаменного зодчества. В группе известняков встречаются и морозостойкие разновидности. Чтобы в этом убедиться, достаточно посмотреть на прекрасно сохранившиеся постройки XIII – XIV веков. Среди пористых известняков тоже выделяют несколько разновидностей. Например, оолитовые известняки имеют грубозернистую структуру с округлыми кальцитовыми образованиями. Обычно они применяются как строительный материал для стен, реже – для облицовки фасадов. Ракушечные известняки (ракушечники) – довольно пористые породы, состоящие из раковин моллюсков и их обломков, скрепленных известковым цементом. Некоторые виды ракушечников считаются декоративными: например, чисто-белые, розовые, золотисто-желтые с большим содержанием ракушек. Ракушечники легко поддаются обработке режущим инструментом, а некоторые виды можно даже полировать (правда, без получения декоративного блеска). Ракушечники широко используются в качестве строительного материала для стен, а также для наружной и внутренней облицовки зданий.

Мрамор
Название «мрамор» произошло от греческого «мармарос», что значит – блестящий. Эта зернисто-кристаллическая порода появилась в результате перекристаллизации известняка и доломита под воздействием высокой температуры и давления. Но в строительстве словом «мрамор» называют не только этот камень, но и другие породы, похожие на него. Например, мраморовидные известняки и доломиты. В подавляющем большинстве мрамор хорошо поддается обработке любыми инструментами, что позволяет расширить и без того богатый спектр его цветов. Например, полировка усиливает рисунок и цвет мрамора, шлифовка снижает его яркость и четкость,а фактура скалывания абсолютно скрывает рисунок, но значительно осветляет общий фон. Хотя это можно отнести к любому камню. По декоративным свойствам, возможностям обработки и широте применения мрамор делят на белый, серый и цветной.
Белый мрамор практически не содержит примесей, поэтому он часто однороден, имеет мелко- и среднезернистую структуру. Этот мрамор легко поддается обработке. Наиболее ценным считается мелкозернистый белый мрамор, который славится теплым тоном и тем, что он просвечивается. Этот камень также называют статуарным, так как его широко используют в скульптуре. Белый мрамор считается очень капризным, домашним камнем, что связано с его особой структурой: он слабо защищен от образования пятен и пожелтения. Это касается в первую очередь недорогих сортов. Такой мрамор следует с осторожностью применять при облицовке фасадов. Безусловно, его технические характеристики позволяют переживать и лютые морозы, и механические повреждения, однако через некоторое время он может потерять свою красоту и блеск, потускнеть и покрыться желтыми пятнами. Серый мрамор чаще всего неоднороден имеет слоистую расцветку. Характерный рисунок серого мрамора – «облачный» и «снежно-пейзажный». Этот вид мрамора легко обрабатывается и полируется. Его так же как и белый мрамор используют для наружной и внутренней облицовки. Среди цветного мрамора редкими считаются сине-голубые разновидности. Все они хорошо поддаются полировке. Теплостойкие качества мрамора позволяют применять этот камень для наружной облицовки каминов или помещений, связанных с повышенной температурой. Коэффициент водопоглощения мрамора так же, как у гранита, довольно низкий, поэтому его можно использовать при строительстве бассейнов, ванн и фонтанов. Но лучше всего отделывать мрамором интерьеры.

Кварцит
Мелкозернистые породы, которые образовались при перекристаллизации кремнистых песчаников и состоят в основном из кварца. Бывают серого, розового, желтого, малиново-красного, темно-вишневого и иногда белого цветов. Кварцит считается очень красивым камнем, особенно малиново-красные и темно-вишневые его разновидности. Фактура скалывания значительно осветляет общий фон камня, чем часто пользуются, совмещая ее с контрастным цветом полированной фактуры. Кварцит отличается очень высокой твердостью и относится к труднообрабатываемым материалам, однако поддается полировке очень высокого качества.
Этот камень применяют в монументальном искусстве и при строительстве уникальных архитектурных сооружений (например, при сооружении храма Спаса на Крови). Кроме того, на протяжении многих столетий кварцит использовался и как ритуальный камень: из него сделан саркофаг Наполеона, Александра II, верхняя часть Мавзолея Ленина.

Сланец
Эта плотная и твердая горная порода образовалась в основном из сильно уплотнившейся глины, которая частично перекристаллизовалась под высоким односторонним давлением. Характерная особенность сланцев – способность раскалываться на тонкие пластины. Цвета – темно-серый, черный, серо-коричневый, красно-коричневый. Сланец довольно долговечный материал, поддается обработке (расслаивается на тонкие пластины), некоторые виды можно полировать. Однако часто сланцы используют вообще без всякой обработки, потому что их поверхность на месте раскола сама по себе достаточно декоративна. Сланец используют в наружной и внутренней облицовке стен и полов. Например, полы Исаакиевского собора в Санкт_Петербурге частично сделаны из сланца. В Европе им часто покрывают крыши домов.

Полудрагоценные камни
К их числу относятся в основном горные породы, которые еще называют декоративно-поделочными камнями: яшма, оникс, опал, малахит, лазурит. Эти камни встречаются гораздо реже и ценятся гораздо больше прочих. Облицовывать ими большие участки поверхности довольно дорого, поэтому чаще всего полудрагоценными камнями отделывают небольшие элементы интерьера: детали колонн, подоконников, ванных комнат, а также мозаичные фрагменты. Одним из самых распространенных декоративно-поделочных камней считается оникс (в переводе с греческого «ноготь»). Ониксы имеют слоистое или радикально-лучистое строение. Бывают белого, светло-желтого, желтого, коричневого, темно-бурого, бледно-зеленого цветов. В рисунке чередуются полосы разных оттенков. Большинство мраморных ониксов просвечиваются, иногда на глубину до 30 – 40 мм. Оникс хорошо обрабатывается режущими и шлифовальными инструментами и поддается полировке высокого качества. Яркий пример использования оникса в отделке интерьера – витражи на станции метро «Динамо» в Москве.

КАКИЕ ПРОБЛЕМЫ МОГУТ ВОЗНИКНУТЬ С ОБЛИЦОВКОЙ ИЗ КАМНЯ

Пожелтение – проблема в первую очередь всех светлых сортов мрамора. Некоторые виды мрамора, например «Коэлга», могут желтеть сами по себе, особенно если этому способствует внешняя среда (морозы, перепады температуры). Мрамор, в отличие от гранита, считается очень капризным, домашним камнем, поэтому его следует с осторожностью применять при облицовке фасадов. У появления желтого пятна может быть и другая, «механическая» причина. Скажем, если во время укладки в бетонную стяжку случайно попал какой-нибудь металлический предмет (к примеру, гвоздь). Под воздействием воды и воздуха он может начать ржаветь. Этот процесс сразу же отразится на мраморной плите – ведь на мраморе хорошо проступают пятна. К сожалению, этот участок мраморной плиты очистке не подлежит. Чтобы мрамор не пожелтел, его нужно укладывать на белые клеевые составы. На кухне мраморную облицовку нужно использовать осторожно, особенно если делать из мрамора столешницу. Если же все-таки без мраморной столешницы не обойтись, ее обязательно нужно защитить гидрофобными химическими составами. Потускнение грозит в основном полированным мраморам, уложенным на пол. С течением времени блестящая полировка мрамора стирается, уступая место тусклой шероховатости. Мрамор подвержен истиранию больше, чем, например, гранит. Поэтому полированный мрамор не рекомендуется укладывать в местах интенсивного движения: в прихожей, холле и т.п. Чтобы мрамор не потускнел, с самого начала можно использовать шлифованный камень с вощением. Здесь та же ситуация, что и с деревянным полом. Если покрыть его лаком, то он со временем сотрется, а для восстановления внешнего вида потребуется снять старый лак и нанести новый. Если же дерево покрыть воском, то в дальнейшем после нанесения спецсредств оно легко восстанавливает свой блеск. То же самое и с мрамором. Потускневший полированный мраморный пол требует переполировки, а вощеный мрамор достаточно заново покрыть специальным составом. Блес получается более глубокий и матовый, не такой зеркальный, как при полировке. Кроме того, полированный мрамор впитывает воду, а вощение создает гидрофобную защиту.
Сильное скольжение – свойство полированного гранита, уложенного на улице (на крыльце, на лестнице) или на полу. Коэффициент скольжения гранита с таким видом обработки очень высок.
Если прибавить к этому такие погодные условия, как дождь или снег, то хождение по полированной поверхности становится травмоопасным. Поэтому на улице не рекомендуется использовать полированный гранит без противоскользящих полос, нанесенных с помощью корунда или методом термообработки.

УХОД ЗА ПРИРОДНЫМ КАМНЕМ

Сейчас существует различные химические средства, позволяющие дольше сохранить натуральный цвет и блеск природного камня. Специальной шпаклевочной массой, подобранной по цвету, можно устранить мельчайшие трещинки и поры на поверхности камня, образующиеся в процессе его механической обработки. Это предохранит облицовку от попадания туда микроорганизмов. В зависимости от области применения камня его обрабатывают водо - или грязеотталкивающим составом. Кроме того, есть средства для постоянного ухода за изделиями из камня. Скажем, мягкие чистящие шампуни для ежедневного ухода и для разового применения (например, для удаления пятен). Специальные полироли придают блеск полированным поверхностям, грязезащитные средства снижают риск посадить пятно на каменную облицовку, различные защитные вещества препятствуют возникновению царапин и других механических повреждений. Это, конечно, далеко не все химические составы, предназначенные для ухода за камнем. На самом деле их гораздо больше.



Поделиться