Минеральный состав песчаника: плотность и структура камня, свойства и состав горной породы, искусственный песок

Петрология

Проф. Стивен А. Нельсон

Песчаники и Конгломераты

Песчаники

Песчаники составляют лишь около 25% стратиграфической летописи, но получили наибольшее внимание при изучении осадочных пород. В основном есть две причины этот. Во-первых, песчаники легко изучаются, потому что они содержат зерна размером с песок. которые легко различить с помощью петрографического микроскопа. Во-вторых, большая часть мировая нефть и природный газ находятся в песках или песчаниках из-за их обычно высокая пористость.

Классификация
В этом курсе мы будем использовать классификацию песчаников, которая частично основано на Блатте и Трейси (стр. 257) и частично основано на Уильямсе, Тернере и Гилберте. (стр. 326).

Как увеличивается процент кварца, минералогическая зрелость аренитов увеличивается. Также по мере увеличения доли глинистой матрицы снижается степень сортировки. увеличивается, и, таким образом, текстурная зрелость увеличивается. Текстурная зрелость также увеличивается в обратном направлении по мере увеличения % глинистой матрицы от 50 до 100%.

• Кварц . Более 2/3 минералов, обнаруженных в песчаниках, кварц. На это есть несколько причин:
  

1. Кварц является одним из самых распространенных минералов в кристаллических горных породах, таких как гранитоиды, сланцы и гнейсы.
Кварц
2. механически прочен благодаря своей высокой твердости и отсутствию спайности.
3. Кварц химически стабилен в условиях, присутствующих на поверхности Земли. Оно имеет очень низкая растворимость в воде.
   

 

Кварц встречается как в виде монокристаллических зерен, так и в виде поликристаллических зерен, и обычно показывает волнообразное угасание (см. рис. 13-6, стр. 247 у Блатта и Трейси). волнообразное вымирание происходит из-за деформации любой из ранее существовавших пород, из которых зерна были получены или являются результатом деформации самого песчаника. Таким образом, даже хотя некоторые исследователи утверждают, что кварц, показывающий волнообразное погасание, получен из метаморфический источник, такой кварц не может быть надежным индикатором метаморфического источника.

Поликристаллический кварц размером с песок, особенно если имеется более пяти отдельных кристаллов настоящее время, является лучшим индикатором метаморфического источника.

Молочный кварц не очень часто встречается в песчаниках, но если он встречается, то, вероятно, указывает на то, что кварц был получен из пегматита или жильного кварца. Млечный цвет такого кварца обусловлен заполненными жидкостью пузырьками внутри кварца.

Молочный кварц, зерна поликристаллического кварца и кварц с волнообразным погасанием относятся к менее стабилен в осадочной среде, чем монокристаллический неволнистый кварц. Таким образом, песчаник, состоящий из монокристаллического кварца, не проявляющего волнистости. вымирание является минералогически наиболее зрелым.


 

 

• Каменные фрагменты. За исключением фрагментов поликристаллических кварц, каменные фрагменты обычно неустойчивы в осадочной среде, однако, если присутствие в песчанике дает лучший ключ к происхождению. Фрагмент любой породы можно найти в песчанике, но некоторые виды встречаются чаще из-за следующих факторов:
  1. Протяженность территории в исходном водосборном бассейне. Чем больше площадь обнажения источник, который производит каменный фрагмент, тем более вероятно, что он встречается в отложениях полученный из этого источника.
  2. Расположение и рельеф водосборного бассейна. Если источник расположен близко к бассейне осадконакопления, каменные фрагменты, полученные из источника, чаще встречаются в осадок. Если область источника имеет высокий топографический рельеф, скорость эрозии будет будет выше, и каменные фрагменты, полученные из источника, с большей вероятностью будут встречаться в осадок.
  3. Устойчивость фрагмента породы в осадочной среде. Фрагменты глинистые породы относительно редки из-за их механической слабости во время транспортировки. Сходным образом обломки габбро редко встречаются в песчаниках, потому что содержащиеся в них минералы химически неустойчив в осадочной среде. Поскольку песчаники обычно сцементированные вместе кальцитом или гематитом, обломки песчаника легко разрушаются при транспорт. Однако минералы, встречающиеся в гранитах, более стабильны при условия, присутствующие у поверхности Земли, и поэтому гранитные фрагменты более распространены в песчаниках. Обломки вулканических пород, за исключением кристаллических риолитов, обычно нестабильны, но могут возникать, если факторы 1, 2 и 4 благоприятны.
  4. Размер кристаллов во фрагментах. Для того, чтобы присутствовать в песчанике в качестве каменной фрагмента, размер зерен минералов в каменном фрагменте должен быть меньше, чем крупность осадка. Таким образом, можно ожидать, что гранитные обломки будут редкими, за исключением крупнозернистых песков, а также вулканических и мелкозернистых метаморфических обломков. ожидается, что он будет более распространенным.
• Дополнительные минералы. Поскольку возможно, что любой минерал может быть встречаются в песке или песчанике в зависимости от степени минералогической зрелости, различных возможны другие полезные ископаемые. Некоторые из них могут быть полезны при определении происхождения. песка. Наиболее распространенные минералы в песчаниках, кварц и полевой шпат, имеют плотностью менее 2700 кг/м ³ , но большинство акцессорных минералов, с за исключением мусковита, имеют плотность более 3000 кг/м ³ . Таким образом акцессорные минералы обычно обозначаются как тяжелые минералы . Это удобно, потому что если песчаник можно разделить, то тяжелые минералы легко отделяется от кварца и полевого шпата по плотности.

  Тяжелые минералы можно разделить на три группы, как показано в таблице ниже. С использованием в этом списке иногда можно определить происхождение песка из магматического источника. или метаморфический источник.

Пример: Пески Мексиканского залива Современный пример хорошо показывает, как исследования тяжелых минералов могут помочь определить источник пески в древних скалах. Пески Мексиканского залива можно разделить на 5 провинций на основе их источника, который, конечно, известен для современных песков, поскольку мы можем проследить потоки, впадающие в залив, возвращаются в районы, которые они осушают. Но поскольку потоки дренированные участки с различными геолого-минералогическими характеристиками, тяжелые минеральные комплексы у всех разные.

1. Восточная часть Мексиканского залива — кианит + ставролит (32%), полученный из метаморфической породы в Аппалачских горах.
2. Провинция реки Миссисипи – авгит (23%), роговая обманка (40%), эпидот (16%) и гранат. (3%), полученный из ледниковых отложений в верховьях стока реки Миссисипи.
3. Провинция Центральный Техас – роговая обманка (58%), эпидот (17%) и гранат (7%), но нет Авгит. В основном из реки Колорадо в Техасе.
4. Провинция Рио-Гранде – эпидот (15%), роговая обманка (23%), авгит (24%) и коричневый цвет. роговая обманка из вулканических пород (7%).
5. Мексиканская провинция. Исследований этих песков мало, но ожидается, что они будут похож на провинцию Рио-Гранде, что отражает вулканический источник.

• Глауконит. Глауконит имеет зеленый или коричневый цвет размером с песок. гранулы в некоторых кварцевых аренитах, хотя иногда гранулы глауконита составляют значительную часть породы. Глауконит имеет химическую формулу – (K,Na,Ca) _1,2-2,0 (Fe ⁺³ ,Al,Fe ⁺² ,Mg) ₄ (Si _7-7,6 Al _{1-0 .4} )0 ₂₀ (ОН) ₂ ^. нГн ₂ О, хотя некоторые так называемые глауконитовые пески состоят из таких минералов, как смектитовые глины, серпентин и хлорит. Считается, что гранулы возникают как фекальные гранулы. Они обычно встречаются в песках, отложенных на мелководье (до 2000 м) и наиболее распространены в кембро-ордовикских и меловых морских породах, когда уровень моря был необычно высока и континенты были затоплены эпирическими морями. Потому что глауконит содержит K, пески иногда могут быть датированы калий-аргоновым методом радиометрического датирования.

Отложения, образовавшиеся из магматической дуги, которая не подверглась обширное эрозионное расслоение должно состоять из высокой доли вулканического камня фрагменты, которые содержат высокое соотношение плагиоклаза к щелочному полевому шпату. С увеличением эрозионное расслоение обнажит больше плутонических пород, и осадки содержат более высокую долю кварца и щелочного полевого шпата.

Климат и песчаники
Климат определяется в основном широтным положением на поверхности Земли и по удаленности от океанов. Влажный тропический климат обычно встречается ближе экваторе, а от засушливого до полузасушливого климата обычно встречаются дальше от океанов и на субтропические широты. .

Глядя на современные пески полученных из глубинных магматических пород, мы обнаруживаем, что во влажном климате образуются пески с более высокой пропорции кварца и более низкие доли каменных фрагментов, чем в полузасушливом климате. Точно так же для песков, образовавшихся из метаморфических материнских пород, влажный климат дает больше богатые кварцем пески, чем полузасушливый климат.

1. Уплотнение
2. Перекристаллизация
3. Решение
4. Цементация
5. Аутигенез
6. Замена
7. Биотурбация

Обратите внимание, что диагенез не ограничивается песчаниками и конгломератами, а происходит в карбонаты и глинистые породы, а также.

• Уплотнение. Первая стадия диагенеза – уплотнение осадок. Уплотнение происходит за счет веса вышележащих отложений и первого приводит к уменьшению пористости за счет сближения зерен, и, таким образом, вытеснение жидкости, обычно воды, из поровых пространств. Чистые кварцевые пески, хорошо отсортированные пески редко могут быть сильно уплотнены, а уплотнение в этих песках не приведет к литификации. Плохо отсортированные пески, с другой стороны, могут содержат значительную долю глинистых минералов. Глинистые минералы пластичны и могут деформируются вокруг песчинок во время уплотнения, тем самым уменьшая пористость и запуская процесс литификации.
• Перекристаллизация. Из-за изменений давления, температуры и состав флюидной фазы, некоторые минералы перекристаллизовываются, т.е. растворяются и преобразуются, изменение ориентации их кристаллической решетки. Такие текстурные изменения могут привести к в более сильной литификации осадка.
• Раствор. Раствор — это процесс растворения минерального вещества. Как жидкости проходят через осадок, нестабильные составляющие могут растворяться и либо уносятся или повторно осаждаются в близлежащих порах, где условия различны. Один процессы, при которых растворяются зерна, называется раствор под давлением. Давление растворение происходит в зонах контакта зерна с зерном, где давление концентрированный. Растворение зерен преимущественно происходит по этим более высоким области давления и растворенные ионы мигрируют от точки контакта к области более низкого давления, где растворенные ионы повторно осаждаются.
  

• Цементация. Большая часть литификации является результатом новых аутигенных минералы, образующиеся в поровом пространстве для создания цемента, который удерживает зерна вместе. Наиболее распространенными цементами являются кварц, кальцит, глинистые минералы и гематит. хотя другие минералы, такие как пирит, гипс и барит, также могут образовывать цемент под особые геологические условия.

• Кварцевый цемент. Кварцевый цемент чаще всего встречается в почти чистом кварце. арениты. Такие породы обычно образуются только в среде высокоэнергетических потоков. такие как пляжные отложения, морские отмели, пустынные дюны и некоторые речные песчаные отмели. Таким образом, похоже, что большая часть кварцевого цемента получена из самих песков или кварца пески в других частях разреза.

 

Кварцевый цемент часто встречается в виде наростов на исходном зерна кварца. Эти наросты растут в кристаллографической (и оптической) непрерывности с исходные зерна кварца. Заросший цемент растет наружу от исходного зерна, пока оно не наткнется на цемент, растущий наружу из соседнего зерна. Таким образом порода приобретает текстуру взаимосвязанных зерен, похожую на изверженные кристаллические гранулы. текстура. Если в зерне есть небольшие вкрапления глины или другой мелкозернистой грязи, образующие неравномерное покрытие на его поверхности, покрытие может быть сохранено и показать оригинал контур зерна. (см. также рис. 14-2 стр. 267 в вашем тексте)

 

 

H ₂ O + CO ₂ <=> H ⁺ + HCO ₃ ^–

 

• Гематитовый цемент. В горных породах и минералах Fe встречается в двух окислительных состояния (Fe ⁺² , двухвалентное и Fe ⁺³ , трехвалентное). В большинстве изверженных и В метаморфических минералах свободного кислорода мало, поэтому наиболее распространена степень окисления Fe ⁺² . Когда такие полезные ископаемые приносятся к поверхности Земли, где больше изобилии свободного кислорода железо окисляется до Fe ⁺³ и можно увлечься водные жидкости. Осаждение Fe ⁺³ из таких флюидов приводит к образованию гематит (Fe ₂ O ₃ ). Лишь небольшое количество гематита покрывает минерал зерна или поверхности камня достаточно, чтобы дать пятно красного цвета. Как только гематит выпадает в осадок, он очень нерастворим в воде, если только вода не становится сильно уменьшенный. Таким образом, наличие гематитового цемента свидетельствует об окислительной среде. во время диагенеза.

• Прочие цементы. Другие цементообразующие диагенетические минералы могут встречаться под особые обстоятельства. Например, пирит (FeS ₂ ) может осаждаться из жидкости, богатые серой в восстановительных условиях, барит (BaSO ₄ ) может образоваться, если флюиды богаты Ba и гипсом (CaSO ₄ ^. H ₂ O) может из если жидкости окисляются и богаты серой.

 

Часто, когда эти цементы образуются вблизи поверхности Земли, вяжущие минералы образуют кристаллографически непрерывные кристаллы в цементе, в результате чего получается Песок Кристаллы.   Такие кристаллы обычно состоят в основном из зерен кварца песка, но имеют вид кристалла (наподобие баритовой розы, гипсовой розы или кальцитовой розы). кристалл) только потому, что цемент между зернами образует кристалл. Если бы вы были разрезав тонкий срез такого кристалла песка, вы увидите, что цемент оптически непрерывным между зернами (т. е. все они вымерли бы одновременно).

• Аутигенез. Аутигенез – это кристаллизация новых минералов в осадок или горная порода во время диагенеза. Эти новые минералы могут быть получены в результате реакций с участием фаз, уже присутствующих в осадке (или породе), путем осаждения материалы, введенные в жидкую фазу, или химическая реакция между первичными осадочные минералы и ионы, внесенные флюидами.

  Этот процесс совпадает с выветриванием и цементацией, обычно включает перекристаллизацию, и может привести к замене. Аутигенные фазы включают силикаты, такие как кварц, щелочь полевой шпат, глины и цеолиты; карбонаты, такие как кальцит и доломит; и эвапорит минералы, такие как галит, сильвит и гипс.   Если рост этих аутигенные минералы заполняют поровое пространство или начинают соединять исходные зерна вместе они могут образовывать цемент и способствовать литификации породы.

• Замена. Замена происходит, когда новообразованный минерал заменяет ранее существовавший минерал на месте. Замена может быть:
  • неоморфная где новое зерно той же фазы что и старое зерна или является его полиморфом. Альбитизация – один из таких процессов, при котором альбит замещает плагиоклаз в зерне.
  • псевдоморфный где старое зерно заменяется новым минерал, но сохраняется реликтовая кристаллическая форма,
  • алломорфный : когда ранее существовавший минерал заменяется новые минералы, имеющие другую кристаллическую форму.
    

  Хотя существует множество замещающих фаз, некоторые из них включают доломит, опал, кварц и иллит. из самых важных. Окаменелое дерево является прекрасным примером замена.

• Биотурбация. Биотурбация относится к физическим и биологическим деятельность, происходящая вблизи поверхности отложений, вызывающая перемешивание отложений. Закапывание и бурение организмами может увеличить уплотнение отложений и обычно разрушает любые ламинаты или постельные принадлежности. В процессе биотурбации некоторые организмы выпадают в осадок. минералы, выполняющие роль цемента.
  

Конгломераты

Крупнозернистая кремнистая порода с глинистой или песчаной матрицей называется диамиктит, конгломерат или брекчия. Конгломерат и брекчия являются более широко используемые термины. В конгломерате крупные обломки округлые, тогда как в брекчии обломки угловатые.

Такие крупнозернистые породы возможно отложенными реками, ледниками, оползнями, океанскими и озерными волнами, и может возникать как пирокластические породы. Хотя такие породы составляют менее 1% осадочных отложений, они важны, потому что они обычно пористые и проницаемые и могут быть отличными резервуары для воды и нефти, кроме того, они часто образуют ценные россыпные руды месторождений, поскольку они содержат высокие концентрации тяжелых минералов, в том числе золота.