Библиотека

2. КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ О МИНЕРАЛАХ И ГОРНЫХ ПОРОДАХ

Земная кора - каменная оболочка планеты -состоит из минерального вещества. В геологии ее именуют литосферой («литое» по-гречески означает камень, «сфера» -шар). В литосфере непрерывно происходят геологические процессы, в результате которых минеральное вещество меняет свой состав, строение, форму. Одним из результатов геологических процессов является образование месторождений полезных ископаемых - особых скоплений минерального вещества в глубинах земной коры или на ее поверхности, количество и качество (химические и физические свойства) которого позволяют организовать его промышленную добычу.

Как источник месторождений полезных ископаемых и среда их закономерного формирования земная кора с древних времен изучается геологическими науками. Отдельные стороны жизни земной коры изучаются различными геологическими дисциплинами. Геохимия рассматривает закономерности миграции химических элементов. Минералогия и петрография изучают первичные, элементарные формы вещественного состава земной коры - минералы и горные породы. Геоморфология изучает рельеф земной поверхности. Стратиграфия описывает закономерности формирования осадочных толщ, тектоника - закономерности движения и перемещения отдельных частей коры. В настоящее время геология как наука представлена десятками самостоятельных научных дисциплин.

В геологических науках земная кора предстает в виде сложной динамической системы, состоящей из множества разнообразных элементов, частей, соединений, находящихся в сложном взаимодействии.

Как известно, первичной ячейкой всякого вещества является атом химического элемента. Однако в минеральном царстве, законы которого определяют условия формирования месторождений полезных ископаемых, помимо химических элементов и их соединений, рассматриваются особые, более сложные формы: минералы, горные породы и геологические формации.

Минерал - природное или искусственное вещество, обладающее определенным химическим составом, а также - в силу строго определенных физико-химических условий образования - определенными физическими, механическими, другими свойствами и структурой строения.

Разные минералы могут иметь одинаковый химический состав. Например, из углерода состоят разные по своим свойствам вещества: минералы алмаз и графит. Своеобразным минералом является и вода. Точнее, вода - всем известное химическое соединение Н2О - образует несколько видов минеральных форм: многолетнемерзлые ископаемые льды, подземные воды и ряд других.

Способность одинаковых или близких по химическому составу веществ приобретать различную минеральную форму -быть разными минералами - называется полиморфизмом.

Существует и противоположное явление - изоморфизм, когда природные вещества, отличающиеся по химическому составу, образуют сходные минеральные формы и относятся к одному виду минералов. Чаще всего изоморфные группы образуют сложные руды, содержащие в своем составе железо, марганец, кобальт, никель.

Минералы располагаются в земной коре в виде отдельных единичных или локальных проявлений (кристаллов и кристаллических сростков - друз, самородков металлов и сплавов, жеод и конкреций, разного рода естественных натеков - сталагмитов, сталактитов и т.д.), а также входят в состав горных пород, слагающих толщи земной коры, ее слои, пласты и линзы, и различные геологические тела больших размеров, измеряемых нередко десятками километров.

Вся земная кора состоит из минералов. Но познание закономерностей ее строения и закономерностей формирования месторождений невозможно только лишь на основе изучения свойств минералов.

Горная порода - агрегат минеральных зерен, слагающих толщи земной коры, формирующих геологические тела и характеризующийся более или менее определенным минеральным составом (количественным соотношением входящих в минеральный агрегат зерен различных минералов), структурой и текстурой, обусловливающих размеры и взаимную ориентацию зерен.

Горная порода может состоять из минералов одного или нескольких видов. В первом случае горная порода называется мономинеральной, во втором - полимерной. К мономинеральным горным породам относятся мрамор (горная порода, состоящая из минерала кальцита), кварцит (горная порода, состоящая из минерала кварца), перидотит (горная порода, состоящая из минерала оливина) и некоторые другие горные породы.

Среди полиминеральных горных пород наиболее распространены гранит (горная порода, состоящая из минералов кварца, полевого шпата и слюды) и дунит (горная порода, состоящая из оливина, пироксена, роговой обманки). В общей сложности геологи выделяют многие десятки видов горных пород и их разновидностей.

Горные породы, по своим свойствам пригодные к использованию в качестве минерального сырья, могут являться полезными ископаемыми и в случае образования достаточных запасов и условий залегания образуют месторождения полезных ископаемых. К таким горным породам относятся каменные угли, каменные соли, мрамор и гранит (если они обладают необходимыми декоративными и механическими свойствами). Горные породы, окружающие тело полезного ископаемого, называются вмещающими.

Горные породы отличаются друг от друга как внутренним строением, так и физическими свойствами и геологическими условиями образования.

По своему происхождению все горные породы разделяются на три большие группы:

•  магматические - образовавшиеся в результате остывания расплавленной в недрах Земли магмы;

•  осадочные - образовавшиеся в результате осаждения и накопления частиц минерального вещества, отделившегося от первичных пород в результате деятельности воды, солнца и ветра (экзогенных факторов);

•  метаморфические - образовавшиеся в результате термического и силового воздействия толщ земных недр на магматические и осадочные горные породы.

Распространение этих пород в земной коре неодинаково: литосфера на 95 % состоит из магматических и метаморфических пород и только 5 % ее объема составляют осадочные породы. В то же время осадочными породами покрыто более 75 % земной поверхности.

Магматические породы (табл. 2.1), образовавшиеся в глубоких недрах Земли, носят название интрузивных. Если застывание магмы происходит на поверхности Земли, то образуются эффузивные или излившиеся горные породы. Эффузивные горные породы, образовавшиеся из магмы того же состава, что и интрузивные породы, именуются эффузивными аналогами данных пород.

Свойства пород во многом определяются входящими в их состав основными, так называемыми породообразующими, минералами. Но и первичное звено в цепи форм минерального вещества - химические элементы и их элементарные соединения - весьма заметно влияют на свойства горных пород. Разумеется, влияние химических элементов на свойства горных пород реализуется чаще всего не непосредственно, а через образуемые химическими элементами минералы. Например, кремний, кальций, алюминий, не обладая сами по себе высокой твердостью, образуют весьма твердые минералы группы гранатов, наличие которых в горной породе придает ей высокую абразивность. Более того, оказывается, что некоторые характеристики химического состава не теряют своего Значения и сами по себе, не растворяются в характеристиках минералов, а сохраняют свое собственное значение главных классификационных признаков. К таким показателям, в частности, относится содержание кремнекислоты Si0₂ в породе. В зависимости от содержания Si0₂ (в %) все породы делятся на следующие группы.

Ультра основные, менее ................................ 45
Основные .................................................... 45-52
Средние ...................................................... 52-65
Кислые ....................................................... 65-75

В отличие от минералов, межвидовые границы которых фиксируются весьма строго (отсутствуют переходные смешанные формы минеральных видов), четких границ, отделяющих горные породы одного вида от родственных горных пород нет - между горными породами разного вида существуют переходные смешанные формы.

Последовательный переход от одного типа горных пород к другому в зависимости от минерального состава лучше всего представить диаграммой (рис. 2.1). На этой диаграмме показано соотношение количества основных породообразующих минералов в горных породах различных типов: относительное количество того или иного минерала соответствует длине отрезка вертикальной прямой, проходящего через зону данного минерала от наименования горной породы.

Рис. 2.1. Диаграмма изменения минерального состава изверженных горных пород

Гранит, например (см. рис. 2.1), включает 35 % калиевого полевого шпата, 30 % кварца, 15 % плагиоклаза, 8 % биотита и 12 % роговой обманки. Возрастание доли калиевого полевого шпата и уменьшение доли кварца в составе горной породы постепенно приближает ее к другому типу - сиениту.

Горные породы имеют определенную генетическую связь с месторождениями полезных ископаемых. Приуроченность месторождений определенных полезных ископаемых к определенным типам горных пород имеет очень сложную природу и обусловливается, с одной стороны, геохимическими особенностями элементов, образующих минералы, а с другой -взаимодействием различных горных пород в рамках геоформации.

Геоформация - последняя ступенька, замыкающая цепь закономерных форм организации минерального вещества: химический элемент - минерал — горная порода.

Геоформациями называются устойчивые сочетания горных пород, характеризующиеся определенными условиями происхождения. С определенными геоформациями связываются определенные месторождения полезных ископаемых. Дунит -перидотитовые формации ультраосновных пород связаны с месторождениями хрома, платины, железа, никеля. К геоформациям габброидных основных пород приурочены месторождения титаномагнетитовых и медно-никелевых руд. Большое разнообразие геоформаций, включающих в себя сочетание различных пород, требует применения специальных геологических методов раскрытия закономерностей образования и размещения месторождений - формационного и фациаль-ного анализа. Эти, а также некоторые другие специальные геологические методы изучения земной коры являются формой реализации системного подхода в геологии, когда законы минерального царства постигаются через исследование роли каждой формы организации минерального вещества, слагающего земную кору.

Изверженные горные породы, рассмотренные выше, относятся к первичным горным породам. С их образованием геологические процессы и в том числе процессы формирования месторождений не прекращаются: под действием экзогенных факторов (физических воздействий солнца, водных потоков, ветра, гравитационных сил планеты, а также химической активности воздуха и воды) продолжается образование новых минералов, горных пород и геоформаций. Разложение первичных горных пород, механическое перемещение и переотложение продуктов разрушения формирует толщи, так называемых осадочных горных пород и связанных с ними геоформаций.

Рис. 2.2. Схема формирования осадочных горных пород

Разложение первичных изверженных горных пород - сложный процесс, в котором в разной степени проявляют себя химические, физические, механические и даже биологические факторы. Собственно осадочные горные породы в связи с этим по преобладанию тех или иных факторов делятся на осадки: механические (пески, гравийно-галечниковые отложения, глины), химические (каменные соли, фосфориты, бокситы, доломиты), биогенные (некоторые виды известняков, ракушечники, каменные угли, торф). Схема формирования осадочных горных пород представлена на рис. 2.2.

Таблица 2.2 Классификация механических осадков

Образование вблизи интрузий (крупных тел изверженных пород) активных в физико-химическом отношении зон с повышенными температурой и давлением, наличием активных флюидов (гидротерминальный и пневматолитовый процессы), а также перемещения крупных участков земной коры (тектонические процессы), сопровождающиеся высокими температурами и давлениями, приводят к изменению осадочных и первичных изверженных горных пород. При этом наблюдаются явления метаморфизма. Метаморфизм горных пород проявляется в перекристаллизации, уплотнении, спекании, изменении химического и минерального состава. В результате образуются метаморфические горные породы: песчаники (результат метаморфизма песков), сланцы (результат метаморфизма глин и кор выветривания).

В свою очередь, метаморфические породы, так же как и изверженные, подвергаются выветриванию и служат материалом для образования осадочных пород.

В технологии бурения наибольшее значение имеют свойства механических осадков - их классификация представлена в табл. 2.2.

"Разведочное бурение" / А.Г. Калинин, О.В. Ошкордин, В.М. Питерский, Н.В. Соловьев, "Недра" М 2000

Вернуться в списку статей