Реферат на тему карбонатные породы

Обновлено: 07.07.2024

Карбонатные породы широко распространены в осадочной оболочке, слагая толщи мощностью сотни и тысячи метров. К этой группе принадлежат породы, в которых карбонатная фракция преобладает над некарбонатными компонентами.

Главнейшие породообразующие компоненты пород – карбонатные минералы, в первую очередь – кальцит, доломит, примеси обломочного и глинистого материала. В зависимости от соотношения этих основных составляющих карбонатные породы делятся на:

Известково-доломитовую группу.
Терригенно-карбонатную группу.
Карбонатно-глинистую группу.

Известково-доломитовая группа

Известково-доломитовая группа включает в качестве ведущих породообразующих минералов кальцит и доломит. Порода, содержащая 50% и более кальцита, называется известняком, 50% и более доломита – доломитом. Наиболее чистые разности известняков содержат от 95 до 100% кальцита. Таковыми же будут содержания доломита CaMg(CO₃)₂ в чистых доломитах. Васе остальные разности известково-доломитовой группы являются породами смешанного состава.

Таблица 1 – Классификация известково-доломитовых пород (по С. Г. Вишнякову)

Терригенно-карбонатная группа

Группа терригенно-карбонатных пород представляет относительно разнородное сообщество, включающее доломит, известняк с преобладанием доломита или кальцита с обязательной примесью терригенной составляющей различной размерности, а также известняки и доломиты глинистые, алевритовые, песчаные, гравийные, галечниковые. Выделяемые некоторыми литологами карбонатно-терригенные породы с содержанием карбонатов менее 50% строго к карбонатным породам не относятся. Это обломочные породы, сцементированные карбонатным материалом.

Как и кластические обломки, в составе карбонатов часто отмечается примесь глинистого вещества. Ряд карбонатных пород, известняков и доломитов, включающих глинистый материал, завершается мергелем с содержанием глинистой компоненты 25-50%.

Таблица 2 – Классификация терригенно-карбонатных пород (по И. В. Хворовой)

При катагенезе карбонатные породы могут быть подвергнуты выщелачиванию, перекристаллизации с появлением таких текстурных особенностей как фунтиковая текстура, стилолитовые швы, вторичная пористость. Вторичная пористость связана по Э. Ф. Емлину с селективным растворением компонентов карбонатной породы, с доломитизацией (образование пор за счет уменьшения объема), с разложением организмов, имеющих внешний скелет (криноидеи, кораллы и др.).

Пористость карбонатных, карбонатно-терригенных накоплений, лежащая в основе образования пластов-коллекторов, играет важную роль в геологии нефти и газа.

Основные обстановки карбонатного осадконакопления – морские, в которых накапливаются мелководные и глубоководные карбонатные илы, шельфовые, где формируются фораминиферовые, оолитовые известняки, ракушечники, пеллетовые пески, рифовые, банково-рифовые образования.

Карбонатно-глинистая группа

Таблица 3 – Классификация карбонатно-глинистых пород (по С. Г. Вишнякову)

Наиболее типичными представителями карбонатных пород являются образования известково-доломитовой группы: известняки и доломиты.

Известняки

Известняки – карбонатные породы, состоящие на 50% и более из кальцита и арагонита. Есть две основные формы нахождения кальцита, позволяющие определить происхождение породы. Это хемогенный кристаллически-зернистый кальцит и кальцит, образующий скелетные части организмов, микроводорослевые структуры, оолиты, пеллеты, комки и сгустки.

Скелетные части организмов обычно представлены обломками раковин, ядрами различных организмов, растительными остатками, их обрывками. К настоящему времени установлены многие тысячи видов организмов, захороненных и сохранившихся в карбонатных породах. Они обладают определенной формой, особенностями морфологии и строения кальцитовой массы скелетных остатков. Наиболее распространенные группы организмов, замещающиеся карбонатами, представлены следующими формами:

животные организмы: фораминиферы (фузулиниды, милиолиды, глобигерины и др.), коралловые полипы, строматопоры, мшанки, иглокожие, морские ежи, брахиоподы и моллюски (пелециподы, гастроподы и др.), остракоды и пр.;
растительные организмы: кокколитофориды (планктонные одноклеточные водоросли), микроскопические сине-зеленые водоросли (цианофиты), зеленые, красные и др.

Механизм и условия образования известняков, их генетические особенности определяют выделение двух основных типов: биогенного и хемогенного. В качестве промежуточного выделяют хемогенно-биогенный тип.

Биогенные известняки

Биогенные известняки состоят преимущественно из скелетных частей организмов или биогенного водорослевого кальцита с биоморфными (цельно-раковинными) и органогенно-детритовыми структурами. Значительную часть биогенного детрита образуют обломки раковин брахиопод и пелеципод, состоящие из кальцита грубоволокнистого строения, арагонита микрокристаллического, пелитоморфного, гастропод, фораминифер с микрокристаллической и тонковолокнистой структурой стенок раковин. Животные организмы извлекают известь CaCO₃ для строения раковин из морской воды. Отмирая, раковины погружаются на дно, образуя детритовый и илоподобный осадок, превращающийся при диагенезе в известняки-ракушечники с характерными биморфными, или органогенно-детритовыми структурами.

Детритовые известняки делятся на зоодетритовые и фитодетритовые. Зоодетритовые содержат в качестве основного компонента – обломки скелетных частей беспозвоночных – створок тонко- и толстостенных брахиопод, остракод, губок, мшанок, раковины фораминифер, членики, реже чашечки криноидей. Среди них выделены такие разновидности как полидетритовые (из остатков разных видов организмов), криноидные, криноидно-брахиоподные, спикуловые и др. Многими разновидностями представлены фитодетритовые известняки, в основном, в зависимости от родового состава водорослей. Это доницелловые, микрофитоллитовые, фурусталатовые и иные разновидности. В оолитовых известняках рифовых и биогермных образований ядрами оолитов служат фораминиферы, членики криноидей, обрывки водорослей.

Известняки, состоящие из частей известкового скелета морских лилий (криноидеи), называются криноидными и включают круглые членики их стебельков. Значительные по мощности и площадному развитию пласты органогенных известняков – строматолитов слагают продукты жизнедеятельности сине-зеленых водорослей. Растительные организмы – водоросли, покрытые кальцитовыми пластинками (кокколитофориды) и водоросли, не обладающие кальцитовым скелетом, поглощает углекислоту из воды. В результате их жизнедеятельности биохемогенным путем образуются неясноволнисто-слоистые образования (строматолиты).

Своеобразной формой залегания биогенных известняков, образующих органогенные постройки, являются ископаемые рифы. Это прочные каркасные образования, сложенные скелетными остатками организмов, часто живущих колониями – кораллы, губки, строматопоры, мшанки, серпулы, пелециподы, и многие другие (фораминиферы, брахиоподы). Прочность рифовой постройке придают обволакивающие ее водоросли. Могут подниматься над водой, образуя рифовые острова, вытягиваться на сотни километров. Мощность рифовых образований иногда достигает 1000 м и более.

Рифовые гряды по краю островной или береговой отмели называются барьерными рифами. В Тихом океане барьерный риф протягивается вдоль восточных берегов Австралии на 1900 км. Вытянутые вдоль берега барьерные рифовые постройки обозначаются как береговые рифы. Кольцеобразные рифовые образования с мелкой лагуной в центральной части известны в литературе под названием атоллы. Предпосылки для быстрого развития рифовых образований имеются лишь в тропических и субтропических областях. Именно в тропических морях вода пересыщена углекислым кальцием и существует богатая фауна организмов с известковым скелетом. Эти условия весьма благоприятны для быстрой биохимической фиксации углекислого кальция вне зависимости от биологического вида, формирующего рифы и биогермы. Необходимо иметь в виду, что рифоподобные банки известны на глубине и в очень холодных морях северной части Атлантического океана.

Для рифовых построек характерны биогермные известняки, слагающие образования разнообразной формы – от линзовидных до штокоподобных. Основные биогермообразователи – сине-зеленые и зеленые водоросли. Встречаются и строматолитовые разности биогермных известняков. Многочисленные, тесно сплетенные нити водорослей, слагают основную массу. Промежутки заполняются микро-, мелкозернистым кальцитом.

Известковые породы могут возникнуть на суше. Это известковые туфы, травертины – натечные и корковые образования подземных источников, разгружающихся на поверхности. К этой же категории принадлежат натечные формы известняков – сталактиты и сталагмиты, формирующиеся в пещерах. Известковый туф это обычно пористая ноздреватая масса рыхлая, иногда плотная, кристаллического строения, часто с отпечатками и остатками листьев растений. Сталактиты и сталагмиты в поперечном сечении обычно имеют концентрически-зональное сложение. В условиях поверхности в засушливых климатических зонах за счет капиллярного поднятия и испарения влаги формируются приповерхностные скопления карбонатного материала – калькреты, панцири.

Карбонатные илы быстро затвердевают, литифицируются и подвергаясь разрушению под действием волн образуют обломки, называемые интракластами. Последние цементируются продолжающим осаждаться карбонатным материалом, либо механически переносятся, сортируются как обычный обломочный материал. После осаждения они подвергаются уплотнению, цементации, образуя известняки с кристаллически-зернистой связующей массой. Часто в таких известняках отмечаются комочки микрозернистого ила (пеллеты), терригенные обломки, ооиды – обломки раковин, зерна с оболочкой, оболочками хемогенного карбоната.

Хемогенные известняки

Хемогенные известняки образуются при осаждении кальцита из пересыщенных карбонатом кальция растворов вод морей, океанов, в водоемах суши с аридным климатом. За счет хемогенного кальцита возникли пелитоморфные, некоторые оолитовые, кристаллически-зернистые известняки и карбонатные конкреции, стяжения при перераспределении карбонатного материала в терригенных осадках в ходе диагенеза. Чистые известняки белые, но за счет примесей других веществ могут приобретать различные окраски: желтоватые, буроватые (примесь оксидов железа), серую до черной (присутствие органического вещества), зеленоватую (за счет некоторых силикатов).

Доломиты

Доломит, Прилеп, Македония

Доломиты сложены в основном (на 50% и более) одноименным минералом. Часто отмечается примесь аутигенных кальцита, гипса, ангидрита, кремнезема, окислов железа, глинистого вещества, отмечаются целестин, флюорит, соли, тонкорассеянное органическое вещество, пирит или марказит, терригенные обломки. Органические остатки в доломитах редки и плохой сохранности. Обычно это ядра, реже отпечатки. По внешнему виду мало отличаются от известняков, что обуславливают необходимость их испытания слабым (2-5%) раствором соляной кислоты. Цвет доломитов белый, желтовато-белый, красноватый, желтый, зеленоватый, серый до черного (присутствие органического вещества). Битуминозные доломиты окрашены в коричневый цвет. Как правило, образует зернистые массы различной размерности от микрозернистых до крупнозернистых, могут быть кавернозными за счет пустот (каверн) выщелачивания. Органогенные биоморфные структуры встречаются редко.

Доломиты – обычная составная часть карбонатных и фоленосно-гипсоносных толщ. По генезису они подразделяются на первично-осадочные, сингенетические и диагенетические, и вторичные или эпигенетические.

Известняки и доломиты. Структурно-генетическая классификация известняков. Основные типы пород. Коралловые, мшанковые, водорослевые известняки. Особенности биогермных известняков. Карбонатные породы смешанного состава. Происхождение карбонатных пород.

Рубрика	Геология, гидрология и геодезия
Вид	реферат
Язык	русский
Дата добавления	30.07.2015
Размер файла	20,7 K

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

К карбонатным породам относятся породы, которые на 50% и более сложены карбонатными минералами: кальцитом - CaCO3 , арагонитом - CaCO3, доломитом - Ca,Mg(CO3)2, реже сидеритом - FeCO3 и анкеритом Ca(Fe, Mg )[CO3]2.

Поскольку кальцит и доломит слагают мощные пласты и толщи известняков и доломитов, а анкерит и сидерит встречаются в осадочных породах в качестве включений, конкреций, в рассеянном виде, поэтому чаще рассматривают лишь известково-магнезиальные карбонатные породы.

По минералогическому составу известково-магнезиальные карбонатные породы подразделяются на известняки и доломиты. Эти породы часто содержат глинистую, алевритовую и песчаную примесь. Кроме того, встречаются карбонатные породы смешанного состава.

Известняками называются карбонатные породы, которые на 50% и более сложены минералом кальцитом.

Выделяются 4 структурные, и по существу - это структурно-генетические группы карбонатных пород (М.С.Швецов,1958):

4) значительно измененные

В пределах групп по форме, размеру и соотношению структурных элементов (раковин, кристаллов, обломков и т.д.) выделяют типы пород.

Структурно-генетическая классификация известняков

I группа Органогенные

1. Биогермные (рифовые)

в) водорослевые (строматолитовые, онколитовые)

а) крупнораковинные (ракушняки):

4.цефалоподовые и др.

1.фораминиферовые (фузулиновые, глобигериновые, нуммулитовые и др.)

Б. Детритовые (органогенно-обломочные):

II группа Зернистые (хемогенные):

1. микрозернистые, мелкозернистые, среднезернистые, крупнозернистые

2. оолитовые и пизолитовые

III группа Обломочные (различной крупности и окатанности)

IV группа Измененные:

1. перекристаллизованные: крупно-, средне,- мелко,- и разнозернистые

2. гранулированные: часть комковатых и псевдооолитовых

3. копрогенные: часть псевдооолитовых и комковатых

Органогенные породы (почти исключительно известняки) по скелетным остаткам организмов подразделяют на биоморфные - биогермные и цельнораковинные и детритовые.

Биогермные известняки включают коралловые, мшанковые, водорослевые известняки. Они отличаются линзовидной, даже столбчатой формой залежи, неровной слоистостью или ее отсутствием, обычно спорами. Для биогермов характерно обилие прикрепляющихся организмов, образующих крупные скопления. Здесь также встречаются раковины и других организмов - целые и детрит.

Представителями органогенных известняков являются рифовые биогермные известняки, состоящие из остатков колониальных или прирастающих организмов. Биогенные известняки слагают разнообразные тела или пласты. Они являются основой ископаемых рифов - органогенных построек, достигавших уровня моря, являющихся волнорезами. Рифы образуются различными организмами.

Характерной особенностью рифовых известняков является залегание их в виде мощных и неправильных по форме массивов, резко возвышающихся над осадками, образовавшимися одновременно с ними. К рифам под углами 30-50о прилегают обломочные известняки, образовавшиеся за счет разрушения рифов. Мощность рифов около 1000 м и более.

Особенностью биогермных известняков является: 1) их образование за счет специфических групп организмов;

2) массивное строение;

3) биогермные текстуры;

4) отсутствие примеси обломочного материала;

5)обилие каверн, заполненных сингенетическими и эпигенетическими карбонатами;

6) инкрустационные структуры.

Известняки цельнораковинные состоят из целых раковин. В свою очередь они разделяются на ракушечники, состоящие из крупных раковин (обычно пелециподовые, гастроподовые, брахиоподовые) и породы, состоящие из мелких и мельчайших раковин остракод, кокколитофорид, фораминифер (фузулины, глобигерины, нуммулиты).

Детритовые или детритусовые (органогенно-обломочные), известняки состоят из обломков скелетных остатков организмов в отличие от обломочных известняков, они (то есть обломки раковин) не окатаны. Различаются известняки по систематической принадлежности органических остатков и бывают как однородными по составу - монодетритовыми (пелециподовыми, фораминиферовыми, криноидными, водорослевыми), а также смешанными - полидетритовыми (криноидно - брахиоподовыми, брахиоподово-криноидными и др.).

На Земле существует огромное количество различных горных пород. Некоторые из них обладают схожими признаками, поэтому их объединяют в крупные группы. Например, одна из них – это карбонатные породы. Об их примерах и классификации читайте в статье.

Классификация по происхождению

Карбонатные горные породы формировались разными путями. Всего существует четыре способа образования такого типа пород.

Из химических осадков. Таким образом появились доломиты и мергели, известняки и сидерит.
Из органогенных осадков образовались такие породы, как водорослевые и коралловые известняки.
Из обломков сформировались песчаники и конгломераты.
Перекристаллизованные породы – это некоторые виды доломитов и мрамора.

Структура карбонатных пород

Одним из важнейших параметров, по которым отбирают необходимые для производства и переработки горные породы, является их структура. Важнейший аспект структуры карбонатных пород – это их зернистость. Этот параметр разделяет породы на несколько типов:

Грубозернистые.
Крупнозернистые.
Среднезернистые.
Мелкозернистые.
Тонкозернистые.

Свойства

В связи с тем, что существует большое количество горных пород карбонатного типа, каждая из них обладает своими свойствами, за которые она очень ценится в производстве и промышленности. Какие же физические, а также химические свойства карбонатных пород известны людям?

Хорошая растворимость в кислотах. Известняки растворяются в холодном состоянии, а магнезит и сидерит – только при подогреве. Однако результат получается сходным.
Высокая морозостойкость и хорошая огнеупорность – несомненно, важнейшие качества многих карбонатных пород.

Известняковые горные породы

Любая карбонатная порода состоит из минералов кальцита, магнезита, сидерита, доломита, а также разных примесей. Из-за отличий в составе эта большая группа горных пород подразделяется на три более мелкие. Одна из них – известняковые.

Их основная составляющая – кальцит, а в зависимости от примесей они делятся на песчаные, глинистые, кремнистые и другие. Они обладают разными текстурами. Дело в том, что на трещинах их пластов можно разглядеть следы ряби и дождевых капель, кристаллов солей, которые являются растворимыми, а также микроскопические трещины. Известняки могут быть различными по окраске. Доминирующим цветом является бежевый, сероватый или желтоватый, а примеси имеют розовый, зеленоватый или коричневатый оттенок.

Самыми распространенными известняковыми горными породами являются следующие:

Мел – очень мягкая порода, которая легко растирается. Ее можно сломать руками или же растереть в порошок. Она считается разновидностью сцементированного известняка. Мел – бесценное сырье, используемое при производстве строительного материала цемента.
Известковые туфы – пористая рыхлая горная порода. Она в достаточной степени легко разрабатывается. Почти такое же значение имеют и ракушечники.

Доломитовые горные породы

Доломитовые – это породы, содержание минерала доломита в которых составляет более 50%. Часто в них содержатся примеси кальцита. Из-за этого можно наблюдать некоторые сходства и различия двух групп горных пород: собственно доломитов и известняка.

Доломиты отличаются от известняка тем, что обладают более выраженным блеском. Они меньше растворяются в кислотах. Даже остатки органики намного реже встречаются в них. Окраска доломитов представлена зеленоватыми, розоватыми, коричневатыми и желтоватыми оттенками.

Какие доломитовые породы распространены больше всего? Это, в первую очередь, бросит – более плотный камень. Кроме того, существует грейнерит нежно-розового цвета, он широко применяется в дизайне интерьера. Теруелит – тоже разновидность доломита. Этот камень примечателен тем, что в природе встречается только в черном цвете, в то время как остальные породы данной группы окрашены в светлые оттенки.

Карбонатно-глинистые породы, или мергели

В состав карбонатных пород этого типа входит много глины, а именно – почти 20 процентов. Сама по себе порода с таким названием обладает смешанным составом. В ее структуре обязательно присутствуют алюмосиликаты (глинистые продукты распада полевого шпата), а также карбонат кальция в любой форме. Карбонатно-глинистые породы являются переходным звеном между известняками и глиной. Мергели могут обладать различной структурой, плотной или твердой, землистой или рыхлой. Чаще всего они залегают в виде нескольких слоев, каждый из которых характеризуется определенным составом.

Высококачественная карбонатная порода этого типа используется при производстве щебня. Мергель, содержащий примеси гипса, не представляет никакой ценности, поэтому данная его разновидность почти не добывается. Если сравнивать этот вид горных пород с другими, то больше всего он похож на сланцы и алевролит.

Известняк

Существует известняк разных цветов. Все зависит от того, насколько много в породе содержится окислов железа, ведь именно эти соединения окрашивают известняк во многие тона. Чаще всего это коричневые, желтые и красные оттенки. Известняк – камень достаточно плотный, он залегает под землей в виде огромных слоев. Иногда образуются целые горы, основополагающим компонентом которых является данная горная порода. Разглядеть описанные выше слои можно неподалеку от рек с обрывистыми берегами. Здесь их очень хорошо видно.

Известняк обладает рядом свойств, которые отличают его от других горных пород. Различить их очень легко. Самый простой способ, который можно выполнить в домашних условиях, – это капнуть на него немного уксуса, всего несколько капель. После этого послышатся звуки шипения и начнется выделение газа. У других пород такой реакции на уксусную кислоту нет.

Использование

Каждая карбонатная порода нашла применение в какой-либо области промышленности. Так, известняки наряду с доломитами и магнезитами используются в металлургии в качестве флюсов. Это такие вещества, которые применяются при выплавке металлов из руды. С их помощью снижается температура плавления руд, что помогает легче отделить металлы от пустых пород.

Такая карбонатная порода, как мел, знакома всем учителям и школьникам, ведь с ее помощью пишут на доске. Кроме того, мелом белят стены. Из него также изготавливают порошок для чистки зубов, однако в настоящее время этот заменитель пасты сложно раздобыть.

Известняк применяют для получения соды, азотистых удобрений, а также карбида кальция. Карбонатная порода любого из представленных типов, например, известняк, используется при строительстве жилых, производственных помещений, а также дорог. Он получил широкое распространение в качестве облицовочного материала и заполнителя бетона. Он также применяется для получения кормовых добавок с минералами и для насыщения почвы известняком. Из него создают строительные камни, например, щебень и бут. Кроме того, из этой породы производят цемент и известь, которые получили широкое распространение во многих видах промышленности, например, в металлургический и химической.

Коллекторы

Существует такая разновидность горных пород, как коллекторы. Они обладают способностью, которая позволяет им вмещать воду, газ, нефть, а черед какое-то время отдавать их при разработке обратно. Почему так происходит? Дело в том, что ряд горных пород обладает пористой структурой и данное качество очень ценится. Именно благодаря пористости они могут вмещать в себя большое количество нефти и газа.

Карбонатные породы – коллекторы высокого качества. Самыми лучшими в своей группе являются доломиты, известняки, а также мел. 42 процента применяемых коллекторов нефти и 23 процента коллекторов газа – карбонатные. Данные горные породы занимают второе место после терригенных.

Развитие и формирование порового пространства карбонатных пород тесно связано с процессом растворения и выщелачивания. Вынос этих соединений в растворенном состоянии является причиной образования пор и пустот, а также причиной расширения трещин.
Цель данной работы - изучить геохимическое значение карбонатных пород в окружающей среде. Рассмотреть происхождение и изменение карбонатных пород, а так же их растворимость и классификацию. Значение карбонатов в почве, влияние на воды и окружающую среду.

Содержание работы

Введение………………………………………………….……………………. 3
Глава 1. Происхождение и изменения карбонатных пород ……………. 5
1.1.Диагенетические и эпигенетические изменения карбонатных пород……7
1.2.Перекристаллизация, доломитизация, выщелачивание и сульфатизация карбонатных пород……………………………………………………………..12
Глава 2. Растворимость карбонатных пород. Соотношение растворимости доломита и кальцита. 15
Глава 3. Классификация карбонатных пород…………………………….18
Глава 4. Карбонаты в почве…………………………………………………20
Глава 5. Биологический круговорот кальция и магния………………….21
Заключение……………………………………………………………………….23
Литература……………………………………

Файлы: 1 файл

курсовая по геохимии.docx

Глава 1. Происхождение и изменения карбонатных пород ……………. 5

1.1.Диагенетические и эпигенетические изменения карбонатных пород……7

1.2.Перекристаллизация, доломитизация, выщелачивание и сульфатизация карбонатных пород…………………………………………………………….. 12

Глава 2. Растворимость карбонатных пород. Соотношение растворимости доломита и кальцита. . . 15

Глава 3. Классификация карбонатных пород…………………………….18

Глава 4. Карбонаты в почве…………………………………………………20

Глава 5. Биологический круговорот кальция и магния………………….21

Как в нашей стране, так и за рубежом все чаще в последние годы

поисково-разведочные работы имеют дело с плотными горными породами различного литологического состава, в основном с карбонатными.

Карбонатные породы широко распространены в осадочной оболочке. К этой группе принадлежат породы, в которых карбонатная фракция преобладает над некарбонатными компонентами.

Почти все карбонатные породы растворимы в кислотах, одни в холодном состоянии (известняки, доломиты), другие при подогреве (магнезит, сидерит). Многие типы карбонатных пород обладают высокой морозостойкостью, диэлектрическими свойствами, декоративными качествами, высокой огнеупорностью.

Цель данной работы - изучить геохимическое значение карбонатных пород в окружающей среде. Рассмотреть происхождение и изменение карбонатных пород, а так же их растворимость и классификацию. Значение карбонатов в почве, влияние на воды и окружающую среду.

Глава 1. Происхождение и изменения карбонатных пород

Карбонатными породами, как известно, нередко сложены значительные по мощности толщи. Принято считать, что исходным материалом для образования карбонатных пород служили растворенные в водах соли кальция и магния. При избыточном количестве последних в водной среде они начинают выделяться в осадок чисто химическим путем, либо при поглощении из водной среды живыми организмами эти соли попадают в осадок в виде карбонатных скелетных остатков.

Несомненным является наличие в этих породах трех генетических карбонатных составляющих: биогенного, точнее органогенного, карбоната, преимущественно СаСО3 , в виде скелетных остатков различных организмов и водорослей; хемогенного карбоната, осажденного непосредственно из водных растворов, и обломочного карбоната, представленного различными по размерам (форме) обломками карбонатных пород, или уплотненных карбонатных осадков. Количественные содержания этих карбонатных составляющих в породах (осадках) могут варьировать в очень широких пределах.[1]

Общие теоретические представления о механизме карбонатообразования базируются в основном на данных о современных процессах карбонатонакопления, которые, как отмечает Η. М. Страхов в главнейших чертах были общими и для древнейших эпох, варьируя в относительно второстепенных деталях.

Главными факторами физико-химических (и гидродинамических) условий, контролирующими осаждение карбонатов, являются:

1) состав вод седиментационного бассейна — общая их минерализация и солевой состав, поскольку растворимость карбонатов в разных растворах солей (соответственно в водах разных водоемов) будет различной;

2) газовый фактор — практически количество растворенной в водах свободной углекислоты (СО2), поскольку повышение или снижение его сдвигает карбонатное равновесие в ту или иную сторону, в частности, для CaCO3: СаСО3 + Н2О + СО2 ^ Ca (HCO3) 2;

3) температура и давление, изменение которых вызывает изменение содержания в водах свободной CO2. Повышение температуры (снижение давления) способствует удалению CO2 из водной среды и, следовательно, выделению карбонатов в осадок.

Наоборот, при понижении температуры вод (повышении давления) растворимость CO2 в них возрастает, соответственно повышается растворимость CaCO3, что препятствует его осаждению;

4) щелочной резерв (рН) водной среды — для возможностей садки карбонатов она должна быть щелочной, со значениями рН больше или равно 8, при этом не только в поверхностных, но и в придонных слоях бассейна, так как иначе отложения карбонатов вновь будут переходить из осадка в раствор;

5) гидродинамический режим водных бассейнов, который создается различными движениями вод — волновыми, течениями (со всегда присущей им турбулентностью) и в подчиненной степени приливо-отливными движениями и конвекционными потоками. Все эти перемещения, перемешивая водные массы, меняют физико-химические условия в различных участках седиментационного бассейна. Кроме того, они вызывают горизонтальные переносы осевшего на дно карбонатного материала, пока он еще не зафиксирован в осадок. [3]

1.1.Диагенетические и эпигенетические изменения карбонатных пород

Диагенетические изменения карбонатных осадков, так же как дальнейшие эпигенетические преобразования уже литифицированных карбонатных пород, во многом предопределяются условиями образования осадков - их вещественным составом и структурными особенностями.

Различают стадии раннего и позднего диагенеза, хотя строгого критерия этого разграничения не существует. В раннем диагенезисе осадок представляет собой высокопористую, сильно обводненную, резко неуравновешенную, неустойчивую многокомпонентную физико-химическую систему легкоподвижных и реакционноспособных веществ.

На стадии позднего диагенеза процессы изменения осадков значительно замедляются и в конце ее осадок достигает состояния внутренне уравновешенной системы, т. е. превращается в породу.

Дальнейшие изменения возникшей породы относятся уже к стадии эпигенеза. Можно различать эпигенез "прогрессивный" и "регрессивный ". Для первого Н. Б. Вассоевич в 1957 г. предложил название "катагенез", получивший широкое распространение. В катагенезе преобразования пород происходят при постепенном погружении их на большие глубины. В условиях заметного возрастания температуры и давления породы, почти не меняя минеральный состав, испытывают значительное региональное уплотнение. Следствием его является перекристаллизация карбонатного материала (укрупнение зерен) с возможным образованием сложных, зубчатых контактов зерен. Имеющиеся в карбонатных породах поры, а также трещины при наличии в разрезах глинистых пород могут заполняться водами, при региональном уплотнении отжимаемыми из глин в больших количествах. Возможно " катагенетическое проникновение " в карбонатные породы вод и другого происхождения, в том числе эндогенного.

Процессы, которые могут происходить в карбонатных осадках в диагенезе и в карбонатных породах в эпигенезе, весьма сходны. К ним относятся уплотнение, цементация, доломитизация, перекристаллизация, сульфатизация, выщелачивание и др. [5]

1.2.Перекристаллизация, доломитизация, выщелачивание и сульфатизация карбонатных пород

Перекристаллизация - процесс роста кристаллических зерен, т. е. увеличение их размеров, которое согласно общепринятым определениям происходит без изменения их минерального состава. Однако в последние годы к перекристаллизации относят также и укрупнение зерен, происходящее при переходе неустойчивых метастабильных модификаций СаСО3 (арагонита и высокомагнезиального кальцита) или СаСО3 * MgCO3 (кальциевого доломита, или протодоломита) в устойчивые низкомагнезиальный кальцит и доломит.

В диагенезе перекристаллизация происходит за счет частичного растворения и переотложения растворенного карбоната в осадке иловыми водами. В эпигенезе она обусловлена в большей степени растворяющим влиянием давления (при катагенезе) либо воздействием циркулирующих в породе вод (при регрессивном эпигенезе). Общим правилом растворения является лучшая растворимость более мелких зерен, за счет которой и растут зерна, относительно более крупные.

Результатом диагенетической перекристаллизации служит частичное или полное преобразование пелитоморфной (коллоидной, тонкозернистой) карбонатной массы в мелкозернистую. Условно размер возникающих зерен ограничивается пределом 0, 05 мм. Как правило, диагенетическая, особенно раннедиагенетическая, перекристаллизация, происходящая в заметно обводненном осадке, носит более или менее равномерный характер.

Оценки роли перекристаллизации в изменении пористости пород противоречивы. Как считают Г. А. Каледа и Е. А. Калистова, в большинстве случаев перекристаллизация снижает пористость, но иногда приводит к ее возрастанию. По мнению же К. Б. Прошлякова и др. она увеличивает емкость известняков и доломитов.

Очевидно, влияние перекристаллизации на пористость может выражаться по - разному:

1) пористость не будет меняться, если происходящее при перекристаллизации частичное растворение и переотложение карбонатных веществ будет сбалансированным;

2) пористость может ухудшаться при возникновении компактного сложения карбонатной массы, что довольно распространено при процессах диагенетической перекристаллизации;

3) пористость может возрастать в тех случаях, когда растворение карбонатного материала преобладает над переотложение, т. е. растворенный карбонат частично удаляется из породы (случаи, более типичные для эпигенетической перекристаллизации).

Доломитизация, которой подвергались известняки, может быть диагенетической и эпигенетической. Раннедиагенетическая седимент-ционно- диагенетическая доломитизация известковых илов, как уже указывалось выше, один из наиболее вероятных и наиболее распространенных путей формирования доломитов и первичных известково-доломитовых пород. Возникающий при этом доломит может быть как мелкозернистым, так и тонкозернистым, с зернами (соответственно 0, 01 - 0, 05 и менее 0, 01 мм), имеющими большей частью неправильные, изометрично-округленные или ромбоэдрические очертания.

На более поздних этапах раннего диагенеза формируются относительно более крупные зерна доломита, размерами до 0, 05 и частично до 0, 1 мм. В силу того, что доломит обладает более высокой кристаллизационной способностью, чем кальцит, зерна большей частью имеют отчетливую форму ромбоэдров.

Раннедиагенетический доломит, формируясь в рыхлом осадке, распределяется в известковой массе более или менее равномерно. При этом нередко в породах с комками, оолитами и другими подобными карбонатными форменными образованиями последние сложены тонко- и мелкозернистым кальцитом и доломитом одновременно, как без резкого обособления их зерен, так и с раздельными преимущественными концентрациями их в отдельных участках или концентрических слоях.

Более поздний диагенетический доломит обнаруживает наклонность к избирательному развитию в отдельных участках тонкозернистой известковой массы. Нередко мелкие доломитовые зерно внедряются в периферийные участки скелетных осадков и других форменных образований.

При эпигенетической доломитизации известняков зерна доломита чаще всего имеют размеры более 0, 1 мм (до 1 - 2 мм и более) и распределяются в известковой массе неравномерно. Обычно они имеют ромбоэдрическую форму, нередко обладая зональным строением. Иногда содержат микровключения кальцита. Они развиваются как в зернистой известковой массе, так и в остатках фауны и в других форменных образованиях, по периферии и внутри их.

Выщелачивание - это процессы растворения веществ, сопровождаемые выносом растворенных компонентов. В породах она находит отражение в образовании различных по форме и размерам пустот выщелачивания. Выщелачиванию могут подвергаться как карбонатные осадки (диагенетические), так и карбонатные породы (эпигенетические).

Карбонатные породы (карбонатолиты) – осадочные образования, более чем на 50% состоящие из карбонатных минералов – кальцита, арагонита, доломита, сидерита, магнезита, анкерита и др. (Фролов В.Т., 1993).

Цвет чаще всего белый и светло-серый, примесь железа дает красный и розовый, а примесь органического вещества – темно-серый и черный.

Классификация карбонатных пород

Основная классификация проводится по минеральному составу:

известняки – кальцит или арагонит (редко);
доломиты;
сидериты;
магнезиты;
анкериты;
родохрозиты.

Известняки

Цельнораковинный остракодовый известняк

Основные структурные компоненты

Основными компонентами современных карбонатов и древних известняков являются: зерна (аллохемы), ил (микрит), цемент и реже терригенные зерна.

Карбонатные зерна подразделяются на биогенные и абиогенные.

Биогенные карбонатные зерна

Биогенные зерна можно подразделить на цельноскелетные и биокласты (обломки скелетов). Преобладающая часть карбонатных частиц образуется из твердых частей скелетов беспозвоночных известковых организмов. Организмы могут образовывать свои твердые карбонатные скелеты из арагонита, низкомагнезиального и высокомагнезиального кальцита.

В раковинах моллюсков наблюдается сложное чередование кальцитовых и арагонитовых слоев, образующих различные геометрические узоры. Раковины двустворчатых моллюсков состоят из двух или трех слоев кальцита, арагонита или обоих минералов. Раковины гастропод также имеют слоистую кальцитовую или арагонитовую структуру. Большинство головонигих моллюсков также имеют слоистую раковину. Исключение составляют белемниты, имеющие радиально-волокнистую структуру.

Раковины двустворчатых моллюсков

Поперечный скол раковины белемнита

Раковины брахиопод целиком состоят из кальцитовых (тонких первичных и толстых вторичных) слоев, образующих фибровую структуру. В раковинах некоторых брахиопод может встречаться третий внутренний призматический слой. У ряда видов брахиопод в большом количестве встречаются иглы, и при определенной ориентировке в шлифах невнимательный наблюдатель может поначалу спутать их с оолитами.

Скелеты кораллов, включая наружные стенки, пластинки, септы и др., построены из крошечных кальцитовых (табуляты, ругозы) или арагонитовых (шестилучевые кораллы) нитей, имеющих различную ориентировку.

Раковины фораминифер обычно построены из кальцита и имеют микрогранулярную, фарфоровидную, радиально-волокнистую, игольчатую и монокристаллическую структуру.

Раковина брахиоподы и игла (отмечена стрелкой) в шлифе

Четырехлучевой коралл (ругоза) в шлифе в шлифе

Раковина фораминиферы в шлифе

Остатки иглокожих состоят из петлевидных кальцитовых элементов и имеют весьма характерную поровую структуру. Отдельные частицы остатков иглокожих под микроскопом при скрещенных николях выглядят как монокристаллы кальцита.

Скелеты трилобитов состоят из микроскопических призм кальцита, вытянутых перпендикулярно краям щитка. Раковины остракод похожи по структуре, но тоньше.

Членик криноидеи в шлифе

Фрагмент панциря трилобита в шлифе

Раковины остракод в шлифе

Известковые бентосные водоросли имеют разнообразную структуру. Вертикальные ветвеобразные формы первоначально разрушаются до частиц гравийной размерности. Многие водоросли обладают ячеистой внутренней структурой.

Известковые планктонные водоросли представлены в больших количествах в пелагических отложениях начиная с юры. Первоначально, при жизни, клетку водоросли окружали мельчайшие диски круглой до овальной формы, называемые кокколитами. Для кальцитовых кокколитовых пластинок типичен максимальный диаметр от 2 до 20 мкм.

Остатки водорослей в шлифе

Кокколиты под электронным микроскопом

Абиогенные карбонатные зерна

Интракласты и литокласты. Это обломки уплотненного ила либо полностью сцементированных карбонатных и глинисто-карбонатных пород. Первые из них образуются непосредственно в бассейне осадконакопления, вторые могут быть также принесенными издалека (экстракластами).

Пеллеты и пелоиды. Многие организмы пропускают через себя ил, чтобы извлечь питательные вещества. Использованный ил выбрасывается в виде фекальных пеллет – яйцеобразных аморфных комочков длиной от 0,1 до 3 мм и толщиной от 0,05 до 1 мм. Более крупные фекальные комки именуются копролитами. В древних породах фекальные пеллеты трудно отличить от аморфных комков, образовавшихся при микритизации обломков, и от интракластов. Поэтому для овальных микрозернистых частиц лучше использовать термин пелоид.

Оолиты и онколиты. Оолиты представляют собой сферические или слегка яйцеобразные округлые карбонатные частицы, обладающие ядром из обломочного материала и имеющие концентрическую слоистую оболочку из арагонита или высокомагнезиального кальцита. Оолиты размером более 2 мм называют пизолитами.

Онколиты - овальные карбонатные образования. Как и оолиты, они имеют ядро из обломочного материала и концентрическую слоистую оболочку. От оолитов отличаются невыдержанностью слоев и несколько большими размерами. Их образование связывают с деятельностью цианобактерий (сине-зеленых водорослей).

Пелоиды (интракласты?) в шлифе

Микритизированные оолиты в шлифе

Онколит (микроонколит) в шлифе

Карбонатный ил (микрит) и цемент

Карбонатный ил (микрит). Многие из современных накоплений карбоната в шельфовых обстановках содержат ил (частицы размером менее 60 мкм), который является в основном результатом дезинтеграции скелетных компонентов сверлящими микроорганизмами и путем механического истирания в зоне волнений. Часть микритовых частиц образуется путем непосредственной кристаллизации арагонита из морской воды. Он является, таким образом, сингенетическим материалом (аналогично глинистому матриксу в обломочных породах).

Цемент представляет собой кристаллический агрегат кальцита. Он кристаллизуется в поровом пространстве на стадии диагенеза и является эпигенетическим. В отличие от обломочных и глинистых пород, которые долгое время могут оставаться рыхлыми, карбонатные осадки подвержены ранней цементации, так как карбонат кальция легко растворяется и отлагается из растворов.

Карбонатный ил (микрит) в шлифе

Цемент между зернами в шлифе

Классификация известняков

Классификация известняков основана на соотношении вышеперечисленных структурных компонентов. Классификаций существует несколько. Отечественные литологи выделяют следующие главные классы и виды (Япаскурт О.В., 2008):

Известняки биоморфные цельноскелетные – коралловые, мшанковые, водорослевые, брахиоподовые, двустворковые, остракодовые, фораминиферовые и др.
Известняки биоморфно-детритовые, сложенные более чем на 50% фрагментами скелетов – брахиоподовые, мшанковые, криноидные, полидетритовые (смешаные).
Известняки биоморфные пелоидные, состоящие более чем на 50% из пеллет, копролитов и подобных им комковатых частиц.
Известняки сфероагрегатные – оолитовые, пизолитовые, сферолитовые.
Известняки обломочные. Подразделяются на виды в соответствии с размерами и формой кластических зерен – наподобие классификации пород обломочных, т.е. со структурами: брекчиевыми, конгломератовыми, дресвяными, гравийными, песчаными, алевритовыми и пелитовыми (выделение последних проблематично – Р.Щ.).
Известняки кристаллически-зернистые, или криптогенные (т.е. неясного генезиса, вторично перекристаллизованные – вплоть до превращения их в мраморы).

Усовершенствованная классификация Фолка (Folk, 1962)

Наиболее распространена за рубежом и всё шире используется в нашей стране классификация Данхэма (Dunham, 1962), дополненная классификацией Эмбри и Клована для рифовых известняков (Embry, Klovan, 1971).

Классификация Р.Х. Данхэма учитывает энергетический уровень среды. Все известняки разделены на две большие группы: в первой группе первичные структуры не распознаются вследствие их полной перекристаллизации; ко второй группе отнесены породы с распознаваемыми первично-осадочными структурами. Вторая группа далее разделена на: 1) породы, у которых первичные компоненты были скреплены во время седиментации (баундстон), и 2) породы, у которых компоненты не были скрепленными во время их накопления. Последние включают четыре типа: 1) породы, у которых зерна (биогенные, обломочные, пеллетовые или оолитовые) опираются друг на друга, а между ними отсутствует иловый матрикс – грейнстон, 2) такие же породы, но с микритовым матриксом в порах, – пакстон, 3) породы, в которых зерна в количестве более 10% взвешены в микритовом матриксе – вакстон, 4) микритовые (илистые) отложения с примесями биогенных, обломочных, пеллетовых или оолитовых зерен в количествах менее 10% – мадстон.

Первоначальная схема (Dunham, 1962) не включала разделение баундстона на бафлстон, биндстон и фреймстон, которое учитывает тип организмов, образующих каркас. Эти подтипы, наряду с добавлением рудстона (который является известняковым конгломератом) и флотстона (поддерживаемый матриксом известняковый конгломерат) были добавлены Эмбри и Клованом (Embry, Klovan, 1971) и Джеймсом и Бурком (James, Bourque, 1992).

Читайте также: