Состав Земной коры. Минералы и горные породы

Состав Земной коры:

О-47, Si-28,

Al–8, Fe- 4, 87%,

Ca,K,Na,Mg - 11%

92% массы ЗК – минералы - алюмосиликаты

Известно 10 млн химических соединений. Из них, несколько тысяч неорганических соединений. Минералов – 4000. Известно 3000 разновидностей минералов, возникающих вследствие примесей и вариаций в структуре кристаллической решетки.

МИНЕРАЛ

Природное хим. соединение кристаллической структуры, образовавшееся на Земле как результат геологических и геохимических процессов или эквивалентных процессов на внеземных телах Вселенной.

Свойства минералов. Однородны (формула), упорядочены –кристаллическая структура.

История изучения минералов.

1669 Н.Стеннон – закон постоянства углов.

1775 К. Линней - классификация минералов.

1824_Й. Берцелиус классификация минералов по химическому составу

1828_ Ул. Николь – измерение поляризационных свойств минералов.

1849_ Г.Сорби – минералогический микроскоп. Анализ минералов в шлифах.

1912_М_Лауэ_открытие дифракции Х-лучей на кристаллах

1913_У. и Л. Брегг- расшифровка структуры кристаллической решетки минерала

1931-У.Брегг Расшифровка и классификация структур силикатов.

Современные методы исследования минералов: ИКС, электронная микроскопия,

микрозондовый анализ, люминсцентный анализ, ядерно-магнитный резонанс.

В XIX-открыто 1000 минералов. Благодаря У. и Л. Брегам открыто 800 минералов-силикатов.

Многообразие минералов.

Литосфера на 95 % образована силикатами и содержит всего 200 безводных минералов.

На Луне обнаружено 90 минералов, в метеоритах – 175. В Земной коре образовалось более 2000 минералов с использованием воды и групп ОН^-

Распределение минералов в Земной коре.

1. Алюмосиликаты - 90% массы Земной коры (М_ЗК)

1а. Слоистые силикаты - 1,1% М_ЗК

они составляют 50% осадочных горных пород.

2. Окислы и гидроокислы - 5% М_ЗК

Известно 200 минералов. Они включают 30 химических элементов.

3.Карбонаты – 1,5%М_ЗК

4.Сульфиды – 40 минералов

5.Галогениды -100 минералов

6.Сульфаты -300 минералов - 0,1% М_ЗК

7.Соли кислородных кислот: SO₄ - SiO₃ - PO₄

8.Самородные химические элементы –30 минералов.

Около 40 минералов являются породобразующими. Они составляют 99% Мзк.

По генезису минералы делят:

1.эндогенные (Силикаты,кварц,оливин…)

2.Экзогенные (гипс, кальцит, глинистые минералы…)

3.Метаморфические минералы (слюды, роговая обманка,хлорит…)

Горные породы.

Горные породы - природные минеральные агрегаты с устойчивым составом и структурой, залегающие в виде самостоятельных тел в Земной коре.

Горные породы повторяют системную организацию минералов на новом уровне.

Состав горных пород – минералы (у минералов –атомы). Строение горных пород- устойчивые пространственные сочетания минералов (у минералов геометрическая упорядоченность). Форма горных пород – самостоятельные тела в Земной коре (у минералов - правильные многогранники).

Магматические горные породы образуются при застывании магмы. Их состав и строение определяются химическим составом магмы, термодинамическими условиями и динамикой ее охлаждения в Земной коре.

Магматические горные породы определяют по ассоциации минералов и структуре.

Гранит, например, состоит из кварца-30%, плагиоклазов-30%, калиевых полевых шпатов-25%, слюд-10%, темноцветных минералов – 5%.

По условиям формирования магматические породы делят на интрузивные, эффузивные, пирокластические. Первые образуются на большой глубине, остывают медленно с образованием полнокристаллических структур. Вторые – возникают из магмы в верхних слоях Земной коры при быстром остывании и обладают стекловатыми, порфировыми и скрытокристаллическими структурами. Пирокластические породы образуются при литификации вулканического пепла.

Формы залегании магматических горных пород -дайка, силл, лаполит, лакколит,

шток, батолит. Общие свойства пород - высокая прочность (300-400 МПа), водонепроницаемость, инертность по отношению к агрессивным средам,

нерастворимость, возможна трещиноватость.

ОСАДОЧНЫЕ ПОРОДЫ

Распространение: масса - 5% Земной коры. Площадь распространения - ¾ суши.

Механизм образования: разрушение - минералов и горных пород на поверхности Земной коры под действием физических, химических и органических агентов выветривания.

Процесс формирования осадочных пород включает разрушение - перенос-осаждение

Он определяет состав, форму, размер обломков, их структурную организацию.

Этапы преобразования осадка в горную породу:

Диагенез - дегидратация, окислительно-восстановительные реакции, кристаллизация солей, уплотнение, цементация.

Катагенез –изменение горных пород под влиянием факторов среды, удержание

равновесия с окружающей средой.

ГЕНЕТИЧЕСКИЕ ТИПЫ горных пород: обломочные, хемогенные, органогенные.

Обломочные породы по размерам обломков делят на: грубые, песчаные, дисперсные.

Грубые обломочные породы делят на угловатые и окатанные (глыба,валун, щебень-галька, дресва-гравий), рыхлые и сцементированные (брекчия, конгломерат, песчаник, алевролит, аргиллит).

Виды природного цемента: силикатный, карбонатный, глинистый, железистый.

Дисперсные горные породы состоят из песчаной, пылеватой и глинистой гранулометрических фракций. Породы определяют по соотношению гранулометрических фракций – гранулометрическому составу (глина, суглинок, супесь).

определяющим является содержание глинистой фракции (глина - > 30%, суглинок - 10-30%, супесь – 3-10%).

Хемогенные породы составляют 14% от объема всех осадочных отложений.

Образуются при выпадении солей из концентрированных растворов (в усыхающих морях и лагунах, минеральных источниках) в ходе реакций гидролиза, окисления – восстановления.

Примеры: гипс, ангидрит, известняк, мергель, глинистые минералы, пирит, известковый и кремнистый туфы и др.

Прочность пород зависит от состава и структуры.

ОРГАНОГЕННЫЕ горные породы - продукт жизнедеятельности организмов (моллюски, планктон, фораминиферы, микроорганизмы).

Примеры: известняк, известняк-ракушечник, диатомит, трепел, опока и др.

Прочность и структура органогенных пород определяются органическими остатками их цементацией.

ОБЩИЕ СВОЙСТВА ОСАДОЧНЫХ ГОРНЫХ ПОРОД.

Чаще всего высокая пористость. Низкая прочность, хорошая водопроницаемость. Структура пород определяет их прочность и сжимаемость.

Структуры осадочных горных пород разнообразны: обломочные, пелитовые, кристаллические, слоистые, зернистые, аморфные, органогенные и др.

ФОРМЫ ЗАЛЕГАНИЯ осадочных горных пород.

Слой - геологическое тело, однородная осадочная горная порода, ограниченная

2-мя параллельными поверхностями напластования, имеющий постоянную

мощность и большую площадь распространения.

Элементы: подошва, кровля, мощность (истинная, вертикальная)

Пласты разделяют по выдержанности мощности: пласт - линза – выклинивающийся пласт.

Положение слоев пространстве: горизонтальное - наклонное – складка.

Сочетание слоев -несогласие (угловое, стратиграфическое)

ДИСЛОКАЦИИ (деформации): нарушение первоначального залегания пласта.

Пликативные дислокации: моноклиналь, складка

Элементы складки: шарнир–линия общего максимального перегиба слоев: соевая поверхность, ось, крыло, замок, ядро.

ТИПЫ складок - прямые, наклонные, лежачие, ветвящиеся.

ЗНАЧЕНИЕ в инженерной геологии. При деформациях формируется трещиноватость, увеличивается водопроницаемость, снижается прочность, увеличивается сжимаемость, ускоряется выветривание.

ДИЗЪЮНКТИВНЫЕ ДИСЛОКАЦИИ: сдвиг, сброс, взброс, горст, грабен.

ЭЛЕМЕНТЫ: сместитель, крыло – лежач, висячее.

МЕТАМОРФИЧЕСКИЕ ПОРОДЫ

Метаморфизм – существенное изменение структуры, минерального и химического состава горных пород под воздействием глубинных растворов, газов, температуры и давления.

Типы метаморфизма. Региональный. Контактовый. Динамо-метаморфизм.

Региональный метаморфизм.

Факторы: эволюционный рост температуры и давления на обширных пространствах при прогибаниях Земной коры.

Ряды метаморфизма:

Примеры горных пород: глинистый сланец => филлит=> кристаллический сланец => гнейс. Известняк => мрамор. Песчаник кварцевый => кварцит.

Контактовый метаморфизм.

Факторы: высокое давление, температура, перегретые газы и растворы на контакте с магматическими телами, внедрившимися в Земную кору.

Примеры. Хлорит, серпентин, диопсид, мрамор, скарн, грейзен.

Динамо-метаморфизм.

Факторы. Высокие давления и температура, формирующиеся в зонах интенсивного складкообразования в Земной коре.

Примеры горных пород. Тектонические брекчии, милониты, глинистые и кристаллические сланцы и др.

Структуры, характерные для метаморфических горных пород: полнокристаллические, зернистые, ориентированные сланцеватые, плойчатые, очковые.

Свойства метаморфических горных пород:

n Высокая прочность

n Высокая упругость

n Анизотропия свойств!!

n Сланцеватость

n Возможна трещиноватость

n Низкая устойчивость на склонах.