Карбонатные породы

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования

СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Институт нефти и газа

Кафедра Геологии

Реферат

Карбонатные породы

Студент

М.С. Прозоров

Красноярск, 2012 год

1. УСЛОВИЯ ОБРАЗОВАНИЯ

В настоящее время и в фанерозое (Н.М. Страхов и Г.И. Бушинский) большая часть карбонатных пород биогенна, а их химическая садка стала весьма подавленной и незначительной.

Источник вещества. Для образования карбонатолитов основной источник - запасы гидросферы, которые постоянно пополняются материалом терригенного сноса и гидротермами, как наземными, так и подводными. Ежегодно с суши в моря поступает 558 млн. т. СаСО3, а запасы его в Мировом океане - 171250 млрд. т., что в сотни тысяч раз (на пять порядков) превышает годовое поступление с суши практически из всех источников, так как гидротермальный взнос незначителен. Как и для кремнезема, ежегодный внос карбонатов, таким образом, практически никакого влияния на его осаждение не оказывает и все их источники обезличиваются в запасах гидросферы.

Лишь в редких случаях и малых масштабах гидротермальный источник извести непосредственно определяет образование карбонатных пород - это травертины, или известковые туфы, горячих источников Кавказа и других складчатых поясов Земли. Но и здесь в основной своей массе минерализация этих источников не ювенильная, а мобилизационная в стратосфере и гидросфере. В целом валовая оценка вулканогенно-гидротермального источника карбонатов не произведена.

2. ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ КАРБОНАТОВ

Горные породы, сложенные в основном карбонатами природными. К этой группе могут быть отнесены все г. п., состоящие из кальцита, арагонита, доломита, магнезита, сидерита, анкерита, родохрозита, витерита и др.

Минералы, слагающие К. п.: Кальцит, Доломит и в меньшей степени Магнезит. В К. п. почти всегда присутствуют глинистое и органическое вещество, кварц, часто глауконит, пирит, фосфорит, кремень и т. д. Основная масса К. п. образовалась осадочным путём в мор. и озёрных бассейнах. Выделяется 3 гл. генетич. типа К. п.:

- органогенные, хемогенные и обломочные. К. п. составляют ок. 20% по массе от всех осадочных образований;

- они известны в отложениях всех возрастов, мощность пластов может достигать неск. сотен м. К. п. весьма разнообразны по веществ. составу, структуре и происхождению, вследствие чего среди них выделяется много типов и разновидностей.

Основная масса К. п. подразделяется в зависимости от содержания в них кальцита и доломита и от соотношения карбонатной и терригенной составляющих на следующие разновидности:

- известняк (СаСО3 95-100%, СаМg (СO3)2 5-0%);

- доломитовый известняк (соответственно 50-95% и 50-5%);

- известковый доломит (5-50% и 95-50%);

- доломит (0-5% и 100-95%).

По содержанию СаСО3 и глины выделяются:

- известняк (доломит) (95-100% и 5-0%);

- глинистый известняк (доломит) (75-95% и 25-5%);

- мергель, доломитовый мергель (25-75% и 75-25%);

- известковая (доломитовая) глина (5-25% и 95-75%);

- глина (0-5% и 100-95%).

Резко отличается по структуре наиболее чистая разновидность К. п. - Мел, состоящий в осн. из тончайших частиц размером 1-3 (остатки мор. водорослей - кокколитофорид).

К. п. принадлежат к наиболее универсальным видам минерального сырья и применяются во мн. отраслях нар. х-ва. Единых норм и требований к качеству К. п. не существует.

Различные отрасли промышленности предъявляют свои требования к показателям хим. состава и физико-механич. свойствам. Наиболее крупные потребители К. п.: пром-сть строит. материалов (произ-во цемента, извести, щебня, штучного и облицовочного камня), чёрная металлургия (флюсовые известняки, огнеупоры) и с. х-во (известкование кислых почв и добавка к корму скота и птицы). Используются К. п. в цветной металлургии, хим., сахарной, целлюлозно-бумажной, электротехн., парфюмерной и др. отраслях нар. х-ва. В СССР учтено (янв. 1983) ок. 1800 (разрабатывается ок. 800) м-ний К. п. с балансовыми запасами, разведанными по пром. категориям, ок. 60 млрд. т (ежегодно добывается ок. 600 млн. т, 1982:

- балансом "Цементное сырьё" учтены запасы К. п. в кол-ве ок. 17 млрд. т;

- балансом "Доломит для металлургии" - ок. 3,2 млрд. т;

- балансом "Известняки флюсовые" - 10,2 млрд. т;

- балансом "Карбонатное сырьё для химии" - ок. 2,7 млрд. т;

- балансом "Строительные камни" - 6,67 млрд. м³;

- балансом "Мел" - 1,3 млн. т;

- балансом "Природные облицовочные камни" - ок. 520 млн. м³;

- балансом "Камни пильные" - 2,4 млрд. м3;балансом "Магнезит" - ок. 1 млрд. т.

3. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ

Группа карбонатных пород широко распространена 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, терригенно-карбонатную и карбонатно-глинистую группы.

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.

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 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%.

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

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, оолиты, 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 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 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.

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 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, тонко рассеянное 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.

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, обломки раковин, зерна с оболочкой, оболочками хемогенного карбоната.

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. карбонатный породообразующий известняк

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.

4. ПРИМЕНЕНИЕ КАРБОНАТОВ

Карбонаты кальция, магния, бария и др. применяют в строительном деле, в химической промышленности, оптике и др.

В технике, промышленности и быту широко применяется сода (Na2CO3 и NaHCO3): при производстве стекла, мыла, бумаги, как моющее средство, при заправке огнетушителей, в кондитерском деле.

Кислые карбонаты выполняют важную физиологическую роль, являясь составной частью буферных систем крови, поддерживающих постоянство её рН.

1. Карбонат кальция:

Рисунок 1. - Карбонат кальция:

Назначают при расстройствах пищеварения, рефлюксэзофагите, дискомфорте и болях в эпигастрии, метеоризме, в состояниях, сопровождающихся повышенной кислотностью, для профилактики остеопороза.

2. Доломит.

Рисунок 2. - Известковый доломит - туф и ракушечник, применяется для строительства домов:

3. Известняк.

Рисунок 3. - Стена, сложенная из известняка:

4. Мергели.

Рисунок 4. - Мергели - известняки, содержащие от 25 до 50% глинистых частиц:

5. Магнезит.

Рисунок 5. - Комната, стены которой сделаны из магнезита:

6. Сидерит.

Рисунок 6. - Минерал, карбонат железа:

Размещено на Allbest.ru