Метаморфтық тау жыныстары
Дәріс. Тау жыныстарының қысқаша сипаттары. Кен туралы түсінік
Жер қабаттарын құрайтын барлық тау-жыныстары үлкен үш түрлі топқа бөлінеді: магмалық, шөгінді және метаморфтық.
Жер астынан балқып шыққан магмадан қатайып пайда болған тау жыныстарын магмалық деп атайды. Тау жыныстарының ұсақ кесек қиыршықтарынан, құмдарынан, саздарынан, судағы химиялық ерітінділердің тұнбасынан, жануарлар мен өсімдіктердің қалдықтарынан құралған таужыныстарын шөгінді тау жыныстары деп атайды.
Бастапқы кейпін өзгертіп екінші түрге айналған тау жыныстарын метаморфтық тау жынысы деп атайды.
Тау жыныстарының минералдық және химиялық құрамын, құрылысын, шығу-тегін, геологиялық және географиялық таралуын, олардың өзара қатынасын зерттейтін ғылым петрография деп аталады.
Осы жыныстардың жер қыртысында орналасуы түрліше. Жердің үстіңгі қыртысы массасының 75%-і шөгінді жыныстардың, 25%-і магмалық және метаморфтық жыныстардың үлесіне тиеді. Жердің 16 км-ге дейінгі қабатында магмалық жыныс үлесі 95%, қалған 5%-і шөгінді және метаморфтық жыныстар.
Магмалық жыныстардың жіктелуі (классификациясы)
Магмалық жыныстардың жіктелуі олардың химиялық құрамына, струк-турасына, кремний тотығының мөлшеріне негізделген. Осыған сәйкес магма-лық жыныстар былайша жіктеледі:
Ультранегізділер, SiO2 мөлшері 45–52%-тен төмен
Негізділер SiO2 мөлшері 45–52%
Орташа қышқылдар, SiO2 мөлшері 42–65%
Қышқылдар SiO2 мөлшері 65–75%
Сілтілер SiO2 мөлшері 40– 45%
Бұлардың әрқайсысы көптеген топтарға бөлінеді.
Шөгінді жыныстарға магмалық, метаморфтық және бұрын жиылып қатайған шөгінді жыныстардың үгіліп ыдырауынан түзіледі. Үгіліп ыдыраған бөлшектер тау жынысына айналғанша бірнеше сатыдан өтеді. Ол сатыларға шөгіндінің таралуы, осы материалдың көшіп тасымалдануы, жаңа орынға жетіп шөгуі жиылуы, түрлену нәтижесінде тығыздалуы, тау жынысына айналуы жатады.
Шөгінді жыныстар қуысты, кеуекті, тығыздығы төмен және құрамында жануарлардың, өсімдіктердің қалдықтары болады. Минералдық шикізаттардың, демек адамзат пайдаланатын қазба байлық деп аталатын барлық заттардың 80%-і осы шөгінді жыныстардан өндіріледі. Сондықтан шөгінді жыныстарды зерттеудің мұнай, газ, көмірдің көптеген басқа бағалы қазындылардың шоғырлану орындарын іздеу мен барлауда маңызы зор.
Шөгінді жыныстар жаратылысына байланысты әр түрлі белгілеріне қарай бірнеше топқа бөлінеді. Олар негізі үш топқа: механикалық шөгінділер, химиялық шөгінділер және органикалық шөгінділер бөлінелі. Бұлардың әрқайсысы кезегінше көп топтарға бөлінеді.
Метаморфтық тау жыныстары
Магмалық және шөгінді жыныстар жердің терең қабатына түссе немесе жаңадан көтерілген магмалық ыстықтыққа ұшыраса, олар қысым және температура әсерінен әр түрлі өзгерістерге ұшырап, өзінің бастапқы түрін жоғалтып, соның нәтижесінде минералдық және химиялық құрамы өзгереді. Осындай өзгерістерден пайда болған жыныстарды метаморфтық жыныстар деп атайды. Мысалы, ізбестас метаморфтың әсерінен кристалданып, тығыздалып мраморға айналады.
Тау жыныстарын өзгертуші әрекеттердің негізгі түрлері мыналар: 1) жоғары температура, 2) жоғары қысым, 3) магмадан бөлінген заттардың әсері, 4) су ерітінділерінің әсері.
Сонымен біз тау жыныстары туралы қысқаша мәліметтерді қарастырдық. Олардың түрлерінің өте көп екендігіне көзіміз жетті. Енді оның бәрін білудің қажеті не деген сұраққа жауап ізделік. Біріншіден, оның барлығына біз жан-жақты тоқталғымыз жоқ. Себебі олардың басым көпшілігі адамзат қажетіне сай келмейді. Екіншіден, олармен танысуымыздың себебі кен деген ұғымды толығырақ түсіну үшін қажет (2-сурет). Оған мамандар әр түрлі анықтамалар береді. Жалпылай айтсақ, кен деп құрамында бағалы зат бар минералдар мен тау жыныстарының жиынтығы. Мұндай минералдарды кен минералдары депте атайды не болмаса пайдалы қазындылар дейді.
Осы уақытқа дейін біз құрамында бағалы зат бар минералдардың көпшілігімен таныстық. Олар химиялық құрамы жағынан болсын көптеген топтарға бөлінеді екен. Кейбір минералдар тек бір элементтен ғана тұрса, көпшілігі бірнеше элементтерден тұратын химиялық қосылыстар түрінде болатынын білдік. Мұнымен қатар Менделеев кестесіндегі көптеген элементтердің аттарында атаған жоқпыз. Оның басты себебі – жер қойнауында ол элементтердің өзіне тән химиялық қосылыс, яғни минерал құрмауы болды. Оның да түсінікті себебі бар. Химиялық қосылыс жер қойнауында болсын не жасанды түрде пайда болуы үшін өзара реакцияға түсетін элементтердің атомдарының (иондарының) концентрациялары белгілі мөлшерден аз болмауы керек. Пәннің бастапқы дәрістерінде көптеген элементтердің жер қыртысында қанша екені кесте түрінде келтірілді. Одан көп элементтердің өте аз кездесетінін білдік. Сондықтан олар жеке минералдар құрамаған. Екінші бір жай- бірсыпыра элементтер жер қойнауында (дәлірек, қыртысында) аз болсада минералдар құрап, жеке кен орындарын құраған. Оның сыры –ол элементтердің жердің әр аймағында әр түрлі шоғырлануында, ал кейбірінің үлесі жоғары болса да жер қыртысында біркелкі жайылып, шашырап кетуінде. Олар соған сәйкес сирек кездесетін не шашыранды элементтер деп аталады. Сонда оларды адамзат қалай тауып және қажетіне жаратып жүр? Ол элементтердің атомдары басқа минералдар түзілгенде солардың кристалдық торларына кіреді. Әрине, кез-келген элемент кез келген минерал құрамына кірмейді. Ол үшін элементтің параметрлері (валенттігі, иондық не атомдық радиустары) кристалдық тор параметрлеріне сәйкес келулері керек. Қазіргі кезде бірсыпыра элементтердің қандай минералдардың құрамына кіретіндері анықталған.
Бұл келтірілген мәселеге көбірек тоқталу себебіміз сол, кен байытуда минералдардың басты қасиеттеріндегі айырмашылықтар пайдаланылады. Егер минерал құрамына «бөтен» элемент енсе, онда минерал қасиетінде де өзгеріс болады.
2–сурет. Кен орындарының пайда болуы
Минералдардың жіктелуін қарағанда олардың көп топқа бөлінуімен таныстық (сульфидтер, тотықтар, оттекті тұздар т.б.) қазіргі кезде адамзаттың қажетіне тарауда ең маңыздыларына сульфидтер жатады. Әсіресе ауыр түсті металдар (мыс, қорғасын, мырыш, никель, сынап, висмут, сурьма және т.б.) негізінде сульфидті минералдарынан алынады. Олар шығатын кен орын-дарында әрдайым оттекті тұздар азды-көпті кездесіп отырады, әсіресе жер бетіне жақын қабаттарда. Мысалы, галенит (PbS) шығатын жерде англезит (PbSO4), церуссит (PbCO3), мыс сульфидтері шығатын жерде малахит [CuCO3*CH(OH)2], азурит [2CuCO3*Cu(OH)2], сфалерит (ZnS) шығатын жерде смитсонит (ZnCO3) және т.с.с. Кей жерлерде осы тотықты минералдар (тотығу зоналарында) азды-көпті қоры бар кен орындарында құрайды. Бұл аталған ауыр түсті металдар минералдары көпшілік жағдайда бірге (бір кенде) кездесіп отырады.
Сол сияқты бірсыпыра тотықты бағалы минералдарда көбінде бірге кездеседі. Мысалы, қалайы, минералдарда көбінде бірге касситерит (SnO2), вольфрам минералдары (вольфрамит (Mn,Fe)(WO4), шеелит (CaWO4), титан минералы ильменит (FeTiO3) және т.б.
Сульфидті минералдар жердің терең қабаттарынан тау жыныстарымен бірге көтеріліп шықса, тотықты минералдар жоғарғы қабаттарда пайда болады.
Кеннің түрлері
Жоғарыда келтірілген деректерден жер қойнауындағы заттардың бәрі пайдалы қазбалар бола бермейтінін көрдік. Техника қарыштап дамыған бүгінгі заманда минералды шикізат жер қойнауында шоғырланған аймақтардан, кен орындарынан алынады. Енді өндірістік масштабта өндірілетін кен түрлерінің сипатына тоқталайық. Олар әртүрлі тұрғыдан зерттеліп сараланады.
Қазба байлық түрлері жалпы үш топқа бөлінеді: металды қазба байлық-тар, металл емес қазба байлықтар және жанғыш қазба байлықтар.
Металдықазба байлықтар барлық минералдардың минералды көзі болып табылады. Металл емес қазба байлықтардан өндірістік әр салаларында қолда-нылатын заттар, оларды өңдеу арқылы тұздар, фосфаттар, бораттар, сол сияқты құрылыс материялдары алынады. Жанғыш заттарға көмір, мұнай, торф, сланец және газдар жататыны мәлім.
Пайдалы минералдардың пайда болуы тау жыныстарының жаратылы-сымен тығыз байланысты. Сондықтан кендер де сол үш топқа бөлінеді: эндо-генді, экзогенді және метаморфты.
Кендерді пайдалану тұрғысынан алсақ та, онда кеннің құрамына кіретін пайдалы заттардың түрлері тағы да тау-жыныстарын білумен байланысты екен.
Енді қысқаша кендегі әр түрлі минералдың тау-жыныстарының қандай түрлерімен тығыз байланысты екеніне тоқталайық. Әр түрлі элементтердің минералдарының бірге кездесуі олардың физикалық, химиялық және физико-химиялық қасиеттерінің ұқсастығының айғағы. Мұндай қасиеттерге: тығыздық, кристалды торларының энергия мөлшері, ерігіштік, булану температуралары, қаттылығы, тоқ өткізгіштік, магниттік және т.б. жатады.
Жоғарыда тау жыныстарының қандай топтарға бөлінетіні келтіріледі. Жер қыртысында алдымен қатаятыны сілтілі жыныстар, оларда кальций, фос-фор, темір, фтор және т.б. кездеседі.
Хром, магний, платина, темір өте негізді жыныстармен бірге жиі ұшыра-сады.
Негізді жыныстарда темірмен бірге титан, ванадий, никель, мыс, кобальт, платина, палладий т.б. элементтер кездесіп отырады.
Қышқыл және өте қышқыл жыныстарда көбінесе вольфрам, молибден, қалайы, литий, фтор, бор, висмут, ниобий, тантал кездеседі.
Қышқыл және орташа қышқыл жыныстардың құрамында түсті және сирек кездесетін минералдар: мырыш, қорғасын, күміс, алтын, кадмий, германий, висмут, кобальт, никель, уран, сынап, сурьма т.б. кездеседі.
Әрине бұған қарап жер қыртысында барлық минералдар рет-ретімен кездеседі екен деген ұғым тумауы керек. Белгілі бір кен аймағының табиғатын, тау жыныстарының құрамын тексере келе ол аймақтан қандай минералдардың кездесуін алдын-ала жорамалдауға болады.
Енді кендердің ең басты түрлерімен танысайық.
Кеннің аттары, әдетте, оның құрамындағы негізгі заттың (металдың не метал еместің) атымен аталады. Сондықтан алдымен металдардың қандай топтарға бөлінетіндігімен танысайық. Ең алдымен барлық металдар қара және түсті металдар болып екіге бөлінеді. Қара металдарға жататындар темір, марганец және хром.
Түсті металдар бірнеше топқа бөлінеді: ауыр түсті металдар (мыс, қорғасын, мырыш, никель, кобальт), жеңіл металдар (алюминий, магний, бериллий), сирек кездесетін металдар (бастылары тантал, ниобий, бериллий, литий, молибден, титан, сынап, сурьма, вольфрам және т.б.), шашыранды түрде кездесетін металдар (индий, галий, германий, рений, селен, теллур және т.б.).
Металдардың бөлінуіне сай кендер бірнеше топқа бөлінеді. Сондай-ақ әр топқа кіретін кендердің аттары олардың құрамындағы басты металдар аттарымен аталады. Негізгі кен түрлеріне төмендегілер жатады.
Қара металл кендері: а) темір кендері; б) хром кендері; в) марганец кендері;
Ауыр түсті металдар кендері:
| а) мыс кендері; | е) қорғасынды – мырыш кендері; |
| б) мыс – мырышты кендер; | ж) қорғасынды – барит кендері; |
| в) мыс – қорғасынды кендер; | з) қорғасынды – мырышты – барит кендері; |
| г) мыс – молибденді кендер; | и) мыс – қорғасын – мырышты кендер; |
| д) мыс – никельді кендер; | к) никельді кендер. |
Асыл металл кендері.Мұнда алтын мен күміс бірге кездеседі. Бұлар алтынды кендер деп аталады.
Жеңіл металл кендері – боксит кендері (алюминий), бериллий кендері.
Сирек кездесетін металл кендері:
| а) молибден кендері; | ж) литий кендері; |
| б) вольфрам – молибден кендері; | з) циркон кендері; |
| в) вольфрам кендері; | и) висмут кендері; |
| д) бериллий кендері; | к) сынап – сурьмалы кендер; |
| е) вольфрам – қалайы кендері; | л) қалайы кендері. |
Шашыранды кездесетін элементтер осы кендердің құрамынан табылады.
Металл емес қазба байлықтардың басты кендері мыналар:
| а) алмаз кендері; | е) асбест кендері; |
| б) графит кендері; | ж) бор кендері; |
| в) фосфат кендері; | з) флюорит кендері; |
| г) күкірт кендері; | и) тұздардың кен орны және т.б. |
| д) барит кендері; |
Кендердің құрамында қанша металл болуына байланысты бір металды және көп металды болып бөлінеді. Әдетте бір металды кендер сирек кездеседі. Мыс кендерінде рений, селен, теллур жиі кездеседі. Бұған қарамастан мыс кені бір металды болып саналады.
Келтірілген кендердің өздеріне тән ерекшеліктері де бар. Мысалы, қара металл кендерінде Ғе, Мn және Cr тотықты минералдар түрінде кездеседі. Мұның себебі жер бетіне жақын жатып, бастапқы күйден өзгеруінде. Дүние жүзінде темірдің 30%-ті шөгінді кен орындарынан, ал 60%-ке жуығы мета-морфты кен орындарынан алынады. Марганецтің 80%-ті шөгінді кен орын-дарынан өндіріледі.
Ауыр түсті металл кендеріндегі металдар негізінен сульфидті минералдар түрінде кездеседі. Кен орындары көбінесе экзогенді кен орнына жатады. Бұл кендерде металдың мөлшері аз болады.
Мыс, мыс – никельді және мыс – мырышты кендердің бір ерекшеліктері кейде олардың негізі сульфидтерден тұрады, демек жыныс минералдары аз болады. Бірақ олардың орнын толтырып тұратын бір ғана минерал бар. Ол – пирит. Мұндай кендерді тұтас сульфидті кен деп атайды. Бұларда бағалы минерал түйіршіктері өте ұсақ мөлшерде болады. Мұндай кен түрлерін сеппелі кендер деп аталады.
Сирек кездесетін металл кендерінде пайдалы минералдар тотыққан минералдар түрінде кездеседі. Тек молибден, висмут және сынап сульфидті минерал түрінде болады. Бұларда металл мөлшері өте аз болады. Мысалы, молибден кендерінде металдың мөлшері 0,005–0,1% ғана.
Сирек кездесетін металдардың кен орындары эндогенді кен түріне жатады. Әсіресе, вольфрам, қалайы, титан, бериллий, цирконий және т.б. шашыранды кен орындарынан жиі табылады.
Кеннің қандай да бір түрінің маңыздылығы оның құрамындағы бағалы заттардың мөлшеріне байланысты. Осыған байланысты кендер –бай, кедей және мардымсыз болып бөлінеді. Бірақ былай бөлу тек шартты түрде ғана. Мысалы, 30-жылдары (өткен ғасырда) құрамында 0,5% мысы бар кен мардымсыз деп саналса, ал қазір құрамында 0,2-0,15 % мыс бар кендер өңдеуге болады деп саналады. Өйткені кен өңдеу әдісі дамып жетіледі.
Әдебиет: 1-нег. (323-360), 2-нег. (103-116), 3- нег. (15-28)
1. Тау жыныстарының саралануы.
2. Қандай жыныстар магмалық деп аталады.
3. Шөгінді жыныстар қалай құралады.
4. Метаморфтық жыныстардың пайда болуы.
5. Магмалық жыныстардың жіктелуі.
6. Пайдалы қазбалардың көбі қандай жыныстарда кездеседі.
7. Кен дегеніміз не.
8. Көптеген элементтердің минерал құрамау себебі.
9. Шашыранды элементтер қалай өндіріледі.
10. Қандай металдар минералдары көбінде бірге кездеседі.
11. Кендер қандай түрлерге бөлінеді.
12. Темірдің көбі қандай кен орындарынан өндіріледі.
13. Ауыр түсті металдар кені қандай типке (эндогенді, экзогенді, метаморфты) жатады.
14. Кеннің атауы немен байланысты.
15. Тұтас және сеппелі кендердің айырмашылықтары.