Экзогенные процессы (извне рожденные)
Протекают в верхних частях земной коры на ее границе с внешней геосферой Земли под воздействием энергии солнечной радиации и сил гравитации.
2.2.1 Геологическая деятельность атмосферы
Выветривание горных пород подразделяется на :
– Физическое
Происходит под воздействием сезонных и суточных колебаний температуры воздуха, замерзания и оттаивания воды, находящейся в порах и трещинах горных пород (морозное выветривание) и т.д;
– Химическое
Состоит из нескольких процессов: окисления, гидратации, растворения и гидролиза, которые протекают с участием или в присутствии воды. При окислении сульфидов меди в медистых песчаниках картамышской свиты нижнепермских отложений Донбасса в зоне химического выветривания (до глубины 40-50 см) образуются гидрокарбонаты меди – азурит и малахит – «медная шапка» сульфидных месторождений меди.
Гидратация заключается в поглощении минералами воды: переход ангидрита в гипс
CaSo4 + 2H2O=CaSO4 . 2H2O
ангидрит гипс
Растворение и гидролиз протекают при совместном воздействии воды, углекислоты и органических кислот. Растворению особенно подвержены хлоридные, сульфатные и карбонатные осадочные породы (карстовые процессы).
Гидролиз характерен для силикатов и алюмосиликатов и заключается в разложении минералов.
Так, при гидролизе ортоклазов образуются каолиниты.
– Органическое выветривание
Поверхностные зоны земной коры подвержены воздействию организмов. Так, разложение горных пород организмами (бактериями) приводит к образованию почв (в частности, чернозема).
В результате выветривания накапливаются рыхлые, песчаные и глинистые породы, называемые элювием. Перенесенные и переотложенные породы называются делювием.
2.2.2 Геологическая деятельность ветра
Воздух в атмосфере циркулирует по схеме, которая включает в себя экваториальную штилевую полосу, северо-восточные и юго-восточные пассаты, субтропические зоны высокого давления с нисходящими воздушными потоками, образующими атмосферные фронты, господствующие западные ветры в средних широтах, полярные северо-восточные и юго-восточные ветры, которые расходятся по спирали от полярных областей высокого давления и, наконец, блуждающие пояса циклоничных ураганов.
Геологическая деятельность подвижных воздушных масс особенно интенсивна в пустынях и полупустынях, открытых и не покрытых растительностью горных областях. Геологическая деятельность ветра приводит преимущественно к разрушению горных пород, транспортировке и аккумуляции продуктов разрушения. Масштабы этой работы зависят от скорости ветра и его влияния на слабосцементированные (рыхлые) породы – дефляция, а также от действия переносимых ветрами твердых частиц – коразия. В результате дефляции образуются дюны и барханы.
2.2.3 Геологическая деятельность атмосферных осадков
Важнейшими факторами, определяющими направление и интенсивность экзогенных геологических процессов, является наличие влаги в атмосфере. Равновесие плотностей воздуха и водяного пара определяет возможность перераспределения влаги в атмосфере у поверхности Земли, при котором атмосфера играет роль аккумулятора влаги и средства ее транспортировки. При 100 % относительной влажности наступает концентрация пара, образование облаков и выпадение осадков.
При таянии снега и ледников, при атмосферных осадках образуются воды поверхностного стока, площадные, русловые. Разрушительное действие вод поверхностного стока проявляется в образовании оврагов, обвалов, лавин, селей, оползней.
2.2.4 Геологическая деятельность рек (речная эрозия)
Зависит от характера движения воды и ее скорости (глубинная и боковая эрозия) Конечным результатом речной эрозии является выработка профиля равновесия реки, который представляет собой кривую изменения высот дна реки на всей протяженности ее русла. Многолетние наблюдения за эрозионными процессами, показали, что ложе реки в основном разрушается за счет трех основных факторов: механического разрушения (абразии), гидравлического выпахивания и растворения. В результате образуются речные аллювиальные террасы.
2.2.5 Геологическая деятельность подземных вод
Подземные воды принадлежат к основным экзогенным факторам, которые осуществляют значительную геологическую работу по разрушению пород, переносу продуктов разрушения и образованию новых отложений.
Вода присутствует в горных породах в форме парообразной, гигроскопической, пленочной, капиллярной, гравитационной (превалирует).
Химически связанная вода: конституционная – в ионной форме в кристаллических решетках, кристаллизационная – постоянное количество в кристаллических решетках (гипс CaSO4 .2H2O), гидратная – в свободном пространстве кристаллической решетки.
Подземные воды образовались преимущественно в результате инфильтрации (преобладает) и конденсации.
Подземные воды делятся на безнапорные и напорные. Отдельно выделяются карстовые воды, образовавшиеся при растворении горных пород, гидратации, окислении и гидролизе и приводящие к образованию соединенных пустот и каналов.
Карстовые явления тесно связаны обычно с карбонатными (известняк, доломит, мел и т.д.) и некарбонатными породами (гипс, ангидрит, каменные и калийные соли) породами.
В зонах многолетней мерзлоты выделяются надмерзлотные воды (связанные с сезонными колебаниями темепературы), межмерзлотные (связанные с надмерзлотными) и подмерзлотные (в пластах-коллекторах под толщей многомерзлотных пород). Деятельность этих вод подобна деятельности собственно подземных вод.
Схема круговорота воды на Земле представлена на рисунке 2.8.
1,4 – испарение воды; 2,3 – выпадение осадков;
5 – просачивание выпавшей воды (инфильтрация); 6,7 – сток воды; 8 – перенос водяного пара
Рисунок 2.8 – Схема круговорота воды на Земле
2.2.6 Геологическая деятельность снега и льда
Разрушительные процессы связаны с метелями, лавинами и снеготаянием.
Большую роль играют ледники, которые образуются из твердых атмосферных осадков в тех районах, где их отлагается больше, чем истаивает и испаряется, а это участки, удобные по характеру рельефа для накопления снега и расположенные выше снеговой границы. Движение ледника происходит под действием силы тяжести благодаря текучести льда. Скорость движения ледников пропорциональна наклону ложа и массе льда. Разрушение ложа ледника вмерзшими в лед обломками горных пород называется экзарацией.
Обломки горных пород, впаянные в тело ледника, называют мореной. В зависимости от характера образования и пространственной ориентировки в теле ледника различают морены поверхностные, внутренние и донные движущиеся. Выделяются в отдельную группу ледоходы, которые на реках разрушают берега.
2.2.7 Геологическая деятельность морей и океанов
Наиболее ярко проявляются в разрушении (абразии) береговой полосы, переносе (транспортировке) образовавшихся продуктов разрушения и накоплении морских осадков.
Разрушительная работа морского прибоя проявляется вдоль всей береговой линии материков и островов, но скорость разрушения различна и зависит от высоты и направления удара волн, глубины побережья, механической прочности пород, слагающих берег, наличия в движущейся воде обломочного материала.
Береговая линия знакопеременно перемещается или в сторону суши (при трансгрессии моря) или в сторону моря (при регрессии).
Трансгрессивная и регрессивная серии осадков, непосредственно следующие одно за другой, образуют цикл седиментации (осадконакопления). При многократном повторении циклов седиментации формируются толщи осадочных пород цикличного строения (многокилометровая угленосная толща Донбасса).
2.2.8 Геологическая деятельность озер и болот
На дне озер в результате геологических процессов интенсивно накапливаются различного рода осадки – озерные отложения. В холодных климатических зонах накапливаются обычно песчано-глинистый материал, умеренных – к ним добавляются железо, кремнезем, карбонаты, торф, сапропель и т.д., в засушливых – отлагаются карбонаты, хлориды, сульфаты.
Особый интерес представляют химические осадки соленых озер (при солености более 30 %).
Геологическая деятельность болот заключается в накоплении растительных остатков, из которых в дальнейшем образуется торф. Главную роль при этом играют влаголюбивые растения (мхи, водоросли, осока, тростник, камыш, хвощи и т.д.).
ОСНОВЫ ПЕТРОГРАФИИ
Петрография – учение о горных породах.
Горные породы представляют собой совокупность минеральных агрегатов и бывают полиминеральными или мономинеральными.
Горным породам свойственно постоянство химического и минералогического состава и определенные условия залегания.
Горные породы, содержащие полезные компоненты, извлечение которых экономически целесообразно, считаются полезными ископаемыми.
Породы характеризуют по структуре, текстуре, минеральному составу, форме залегания и другим признакам.
Под структурой горных пород понимают совокупность признаков, обусловленных степенью кристалличности, абсолютными и относительными размерами и формой кристаллов, способом их сочетания между собой, а также внешними особенностями отдельных минеральных зерен и их агрегатов.
Текстура породы – это особенность внешнего ее строения, определяемая характером размещения минеральных зерен, их ориентировкой и окраской.
Форма залегания – это форма того объема, которые занимает в пространстве горная порода.
По происхождению горные породы подразделяются на:
– Магматические (изверженные);
– Осадочные;
– Метаморфические.
Магматические породы
Образуются в результате кристаллизации при остывании магмы – природного силикатного расплава в недрах Земли, или магмы, излившейся на ее поверхность. Породы, которые образовались на глубине при остывании магмы, носят название интрузивных (внедрившихся, глубинных), а на поверхность – эффузивных (излившихся).
Структуры магматических пород подразделяются:
– по кристалличности (полнокристаллические, неполнокристаллические, стекловатые);
– по абсолютному размеру зерен (крупнозернистые – зерна крупнее 5 мм, среднезернистые – 2-5 мм, мелкозернистые – 0,1-2мм, тонкозернистые – менее – 0,1 мм);
– по относительному размеру зерен (равномерно- и неравномернозернистые структуры).
Среди текстур изверженных горных пород различают массивную, пятнистую, пузыристую, миндалекаменную и флюидальную.
Основными породообразующими минералами изверженных магматических пород являются кварц, калиевые полевые шпаты, плагиоклазы, пироксены, амфиболы, слюды, оливин, нефелин. В зависимости от их содержания в породах породообразующие минералы подразделяют на главные (более 10 %), второстепенные (3-10 %) и акцессорные (редкие – менее 3 %).
Наиболее распространенными формами залегания магматических горных пород являются:
– для интрузивных – батолиты, штоки, лакколиты, дайки, жилы;
– для эффузивных – потоки, купола, покровы.
Формы залегания магматических пород изображены на рисунке 3.1.
Рисунок 3.1 – Формы залегания магматических горных пород
Осадочные породы
Возникли в экзогенных условиях (на поверхности Земли). Образовались в результате разрушения ранее образовавшихся пород магматического, метаморфического и осадочного генезиса.
Среди осадочных пород выделяют структуры: грубообломочную (псефитовую – обломки более 2 мм), песчаную (псаммитовую – обломки 2-0,1 мм), пылеватую (алевритовую – обломки 0,1-0,01 мм), глинистую (пелитовую – обломки менее 0,01 мм). Эти структуры характерны для механических (обломочных) пород.
Для пород химического и органического генезиса характерны крупнозернистые структуры – обломки более 0,25 мм; среднезернистые – 0,1-0,25 мм, мелкозернистые – 0,05-0,1 мм; тонкозернистые – 0,05 мм. По форме обломки могут быть равно- и разнозернистыми, оолитовыми, листоватыми, волокнистыми. Они могут быть окатанными, полуокатанными и угловатыми.
Основным текстурным признаком осадочных пород является слоистость, т.е. чередование слоев пород различной структуры, цвета и состава.
Различают слоистость горизонтальную (осадконакопление происходило в слоистых условиях) и косую, характерную для эоловых (перенесенных ветром) и речных (в условиях водных течений) отложений.
Главнейшими породообразующими минералами осадочных пород являются кварц, кальцит, каолинит, опал, гипс, слюда, минералы железа и др.
3.2.1 Обломочные породы
В зависимости от размера обломков, их формы и состояния выделяются различные грубообломочные породы (табл. 3.1)
Таблица 3.1 – Характеристика грубообломочных пород
| Обломки | Размер обломков, мм | ||
| 2-10 | 10-200 | более 200 | |
| Неокатанные: рыхлые сцементированные Окатанные: рыхлые сцементированные | Дресва Гравий | Щебень Брекчия Галька Конгломераты | Глыбы Валуны |
Примером может служить брекчия – агрегат сцементированных угловатых обломков, и конгломерат, состоящий из окатанных обломков (гравий, галька, валуны), и связующего их цемента. Несцементированные обломки - гравий, галька, валуны – встречаются в долинах рек и озер, по берегам морей, в предгорных и горных областях, в ледниковых отложениях. Широко используются в строительстве.
3.2.2 Песчаные породы (псаммиты)
В зависимости от степени уплотнения они подразделяются на рыхлые (пески) и сцементированные (песчаники). По размеру зерен пески и песчаники делятся на грубозернистые (2-1 мм), крупнозернистые (1-0,5 мм), среднезернистые (0,5-0,25 мм), мелкозернистые (0,25-0,1 мм).
Пески и песчаники используются как строительные материалы.
3.2.3 Алевритовые породы
Являются переходным типом между псаммитами и глинистыми породами – пелитами. К ним относятся алевриты (рыхлые) и алевролиты (сцементированные породы) с размерами зерен от 0,1 до 0,01 мм.
К алевритам относятся лесс и лессовидные суглинки.
3.2.4 Глинистые породы
К глинам относятся породы, содержащие более 30 % частиц диаметром менее 0,005 м. Различают глины остаточные, т.е. оставшиеся на месте разрушения горных пород (кора выветривания) и переотложенные.
Глины – связные несцементированные горные породы, состоящие из каолинита, монтмориллонита и других глинистых минералов. При насыщении водой размокают и становятся пластичными.
3.2.5 Породы химические и органические
Возникают в результате различных химических процессов, а также жизнедеятельности животных и растительных организмов в водной среде и на суше (реже).
По химическому составу подразделяются на карбонатные (известняки-ракушечники, мел, известковые туфы, сталактиты, сталагмиты и т.п.), кремнистые (диатомиты, трепелы, опоки, яшмы), железистые (оолитовые железные руды, сидерит), каустобиолиты (торф, уголь, антрацит, битуминозные породы, нефть).
Метаморфические породы
Метаморфизм – комплекс процессов изменения структуры, минералогического, а иногда и химического состава горных пород под влиянием высокой температуры, давления и химической активности глубинных растворов.
Выделяют следующие основные типы метаморфизма:
– региональный – обусловлен высокими давлениями и температурой на больших площадях и в пространстве;
– динамометаморфизм – обусловлен высоким давлением при низких температурах (например, движения по сместителям крупных разрывных нарушений), вызывает интенсивное дробление минеральных зерен;
– Контактовый – связан с воздействием на контактирующие породы высокой температуры, паров и растворов при внедрении магматического расплава;
– Пневматолито-гидротермальный – развивается при интенсивном привносе в породу новых веществ горячими газонасыщенными растворами, подымающимися от остывающего магматического очага.
Контактовый, пневматолито-гидротермальный и динамометаморфизмы обычно объединяют в понятие «Локальный» метаморфизм.
3.3.1 Породы регионального метаморфизма
Особенно значительные изменения претерпевают глинистые породы.
Глины переходят в аргиллиты, далее в глинистые сланцы. В них наблюдаются скопления мельчайших частиц, кварца, слюды (серицита), хлорита, кристаллы пирита, углистые частицы.
При возрастании количества кристаллических частиц порода твердеет и превращается в кровельные или аспидные сланцы.
При дальнейшем увеличении температуры происходит полная перекристаллизация глинистого вещества и образование филлитов – микрозернистых кристаллических пород с тонкосланцеватой текстурой. Филлиты обычно состоят из тонкочешуйчатой массы серицита, хлорита и кварца.
При повышении давления и температуры филлиты переходят в кристаллические сланцы, характерные сильным шелковистым блеском и более крупными чешуйками слюды. Обычно кристаллические сланцы состоят из кварца и слюды (мусковита или биотита), хлорита, часто содержит гранат и графит.
На самой высшей стадии метаморфизма глинистых пород кристаллические сланцы преобразуются в гнейсы, отличающиеся массивной гнейсовой (полосчатой) текстурой. Состав гнейсов близок к составу гранитов, т.е. преобладают полевые шпаты (микроклин и плагиоклаз), кварц, присутствуют биотит, мусковит, иногда пироксены, амфиболы, гранаты.
Кварцевые песчаники с кремнистым цементом при метаморфизме превращаются в кварциты.
При перекристаллизации известняков образуются мраморы, состоящие из кальцита.
Кислые и средние магматические породы (граниты, диориты) переходят в гнейсы и слюдяные сланцы.
Габбро и базальты на низшей стадии метаморфизма преобразуются в зеленые (хлоритовые) сланцы, а в дальнейшем – в амфиболиты, состоящие из роговой обманки и плагиоклаза.
Дуниты (ультраосновные породы) переходят в змеевики (серпентиниты), в состав которых входит серпентин с примесью магнетита и хлорита.
3.3.2 Породы динамометаморфизма
Продуктом динамометаморфизма являются:
– Тектонические брекчии, состоящие из угловатых и линзовидных обломков раздробленных первичных пород, сцементированных мелкораздробленным материалом тех же пород;
– Милониты – породы, состоящие из мелкоперетертого материала первичных пород (обычно сланцеватые и тонкополосчатые).
3.3.3 Породы контактового метаморфизма
Образуются в условиях интенсивной перекристаллизации вмещающих пород, обусловленной высокотемпературным воздействием на них интрузивных магматических масс без заметного участия давления. При этом на контакте возникают очень крепкие, микрозернистые породы с массивной текстурой – роговики.
3.3.4 Породы пневматолито-гидротермального метаморфизма
К породам этого вида метаморфизма относятся скарны и грейзены.
Скарны возникают на контактах интрузивных и карбонатных пород в результате контактово-метасоматических процессов под воздействием постмагматических растворов. Главные породообразующие минералы скарнов – пироксен, плагиоклаз и гранат, рудные минералы.
Грейзены образуются в результате изменения горных пород преимущественно кислого состава (гранитов, липаритов, дацитов). Обычно состоят из кварца и светлой слюды и имеют крупно-кристаллическую структуру.