Рассмотрение процесса образования осадочных горных пород

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство высшего образования, науки и инновации Республики Узбекистан

Министерство горного дела и геологии Республики Узбекистан

Университет геологических наук

Курсовая работа

по предмету «Литология»

на тему: « Седиментогинез »

Выполнил: студент 3-го курса заочного обучения

Группы «Геология по сферам деятельности»

Джалалов Тимур Владимирович

Ташкент - 2024

Оглавление

Введение

1. Понятие осадочных горных пород

2. Генезис осадочных горных пород

3. Образование осадочного материала

4. Перенос осадочного материала

5. Накопления осадка (седиментогенез)

6. Диагенез

7. Катагенез

8. Метагенез осадочный горный литогенез

9. Факторы литогенеза

Заключение

Список использованной литературы

Введение

Литогенез (от лито... и ...генез), совокупность природных процессов образования и последующих изменений осадочных горных пород. Главные факторы литогенеза -- тектонические движения и климат. Понятие о литогенезе впервые было введено в 1893--94 И. Вальтером, который выделил в процессе образования осадочных пород 5 основных фаз: выветривание горных пород, денудация (включая перенос исходного материала осадков), отложение, диагенез и метаморфизм. В цикле литогенеза различают следующие стадии: 1) образование и мобилизация исходного вещества осадков в процессе физического и химического разрушения материнских пород и его перенос к месту захоронения -- поверхностный гипергенез; 2) поступление осадков в конечные водоёмы стока и окончат. осаждение -- седиментогенез; 3) физико-химическое уравновешивание насыщенного водой осадка, завершающееся преобразованием его в осадочную породу -- диагенез; 4) дальнейшие изменения породы по мере увеличения глубины её захоронения под влиянием возрастающих температуры и давления, а в некоторых случаях и воздействия водных растворов и газов -- катагенез (иногда эту стадию неточно называют эпигенезом); 5) последующее преобразование состава пород, особенно глинистых, при дальнейшем их погружении -- метагенез, или собственно метаморфизм; чаще всего проявляется в геосинклиналях.

Некоторые исследователи (советские геологи Н. М. Страхов, Н. В. Логвиненко и др.) относят к литогенезу только гипергенез, седиментогенез и диагенез, а метагенез рассматривают как самостоятельную стадию между катагенезом и метаморфизмом.

1. Понятие осадочных горных пород

Осадочными горными породами называются породы, существующие в термодинамических условиях, характерных для поверхностной части земной коры и образующиеся в результате переотложения продуктов выветривания и разрушения различных горных пород, химического и механического выпадения осадка из воды, жизнедеятельности организмов или всех трех процессов одновременно.

Более трёх четвертей площади материков покрыто осадочными породами, поэтому с ними наиболее часто приходится иметь дело при геологических работах. Кроме того, с осадочными породами связана подавляющая часть разрабатываемых месторождений полезных ископаемых, в том числе нефти и газа. В них хорошо сохранились остатки вымерших организмов, по которым можно проследить историю развития Земли.

Изучением осадочных горных пород занимается наука литология.

2. Генезис осадочных горных пород

Образование осадков, из которых возникают осадочные горные породы, происходит на поверхности земли, в её приповерхностной части и в водных бассейнах.

Процесс формирования осадочной горной породы называется литогенезом и состоит из нескольких стадий:

образование осадочного материала;

перенос осадочного материала;

седиментогенез - накопление осадка;

диагенез - преобразование осадка в осадочную горную породу;

катагенез - стадия существования осадочной породы в зоне стратисферы;

метагенез - стадия глубокого преобразования осадочной породы в глубинных зонах земной коры.

3. Образование осадочного материала

Образование осадочного материала происходит за счет действия различных факторов - влияния колебаний температуры, воздействия атмосферы, воды и организмов на горные породы и т.д. Все эти процессы приводят к изменению и разрушению пород и объединяются одним термином выветривание (рис. 103).

Рис. 103 Примеры выветривания

Различают выветривание механическое, когда раздробление пород происходит вследствие тектонических процессов, деятельности воды, ветра, льда, под влиянием силы тяжести и других причин. Химическое выветривание связано с тем, что многие минералы, оказавшись у поверхности Земли, вступают в различные химические реакции. Объём их при этом увеличивается, и горная порода разрушается. Основными факторами этого типа выветривания являются атмосферная и грунтовая вода, свободные кислород и углекислота, растворенные в воде органические и некоторые минеральные кислоты.

К процессам химического выветривания относятся окисление, гидратация, растворение и гидролиз. Химическое разложение протекает одновременно с механическим раздроблением. Физическое (морозное) выветривание протекает под влиянием колебаний температуры, вследствие чего минералы, слагающие породы, испытывают попеременно то сжатие, то расширение. Это приводит к образованию трещин и в конечном итоге к разрушению пород. Особенно активно физическое выветривание в районах с континентальным климатом, где отмечается существенная разница суточных и сезонных температур. Биологическое выветривание производят живые организмы (бактерии, грибки, вирусы, роющие животные, низшие и высшие растения и т.д.).

4. Перенос осадочного материала

Осадочный материал обычно не остается на месте, а переносится под действием различных факторов в те участки земной поверхности, где существуют условия, благоприятные для его накопления и захоронения.

Перенос осуществляется главным образом с помощью воды и ветра; кроме них заметную роль в перемещении осадков играют движущиеся ледники, айсберги и прибрежные льды, а также связанные с проявлением силы тяжести оползни, осыпи, обвалы; а также живые организмы. Чем меньше частицы, тем дальше они могут быть перемещены. В районах вечной мерзлоты (нивальный климат) глетчеры транспортируют обломочные продукты выветривания любых размеров и отлагают их в качестве донных и конечных морен. В областях пустынь (аридный климат) господствует эоловый перенос. Он обусловливает сортировку по крупности зерен на крупные обломки, остающиеся на месте образования, песок, образующий дюнные ландшафты, и тончайшую пыль, лёс, который часто выносится ветром из пустынь и отлагается в соседних районах.

Главной транспортирующей силой на Земле служит вода, которая в районах с избыточными осадками (гумидный климат, тропический или умеренный) в форме грунтовых вод, вод источников, речной и озерной воды стремится под уклон к океану, формируя при этом морфологию поверхности. В зависимости от размеров и характера переносимого водой материала, он транспортируется либо путем перекатывания, либо во взвешенном состоянии или в растворенном виде. При понижении скорости течения происходит последовательное отложение обломков согласно закону механической осадочной дифференциации: глыбы - валуны - галька - гравий - песок - алеврит - пелит. Вещества, находящиеся в коллоидном и истинном растворе, выпадают только вследствие химических процессов.

Продукты выветривания распределяются, таким образом, по всей поверхности Земли, подвергаются при этом сортировке и, наконец, отлагаются в виде осадков в самых глубоких местах или на материках, или (преимущественно) в морских бассейнах (рис. 104).

5. Накопления осадка (седиментогенез)

Транспортируемый осадочный материал осаждается в пониженных участках рельефа. Скорость накопления осадка колеблется в очень широких пределах -- от долей миллиметра (глубоководные части морей и океанов) до нескольких метров в год (в устьях крупных горных рек).

Длительное и устойчивое погружение области осадконакопления предопределяет образование мощной, однородной осадочной толщи. В случае частой смены тектонического режима происходит переслаивание осадков, различных по составу и строению.

В процессе переноса и осаждения осадочного материала под влиянием механических, химических, биологических и физико-химических процессов происходит его сортировка и избирательный переход в твердую фазу растворенных и газообразных веществ.

Этот процесс называется осадочной дифференциацией. Образовавшиеся в результате осадочные породы в большинстве своем отличаются от магматических и метаморфических более простым химическим составом, высокой концентрацией отдельных компонентов или более высокой степенью однородности частиц по размеру.

Следует иметь в виду, что наряду с осадочной дифференциацией на поверхности нашей планеты может происходить и смешивание осадочного материала (интеграция), поступающего из разных источников сноса. Этот процесс приводит к образованию полиминеральных пород, слагающихся как разнородными обломочными компонентами, так и биогенными и хемогенными образованиями.

6. Диагенез

Осадок, накопившийся на дне водоема или на поверхности суши, обычно представляет собой неравновесную систему, состоящую из твердой, жидкой и газовой фаз. Между составными частями осадка начинается физико-химическое взаимодействие. Активное участие в преобразовании осадков принимают обитающие в иле организмы.

Во время диагенеза происходит уплотнение осадка под тяжестью образующихся выше него слоев, обезвоживание, перекристаллизация. Взаимодействие составных частей осадка между собой и окружающей средой приводит к растворению и удалению неустойчивых компонентов осадка и формированию устойчивых минеральных новообразований. Разложение отмерших животных организмов и растений вызывает изменение окислительно-восстановительных и щелочно-кислотных свойств осадка. К концу диагенеза жизнедеятельность бактерий и других организмов почти полностью прекращается, а система осадок -- среда приходит в равновесие.

Продолжительность стадии диагенеза изменяется в широких пределах, достигая десятков и даже сотен тысяч лет. Мощность зоны осадка, в которой протекают диагенетические преобразования, также колеблется в значительном диапазоне и, по оценке большинства исследователей, составляет 10-- 50 м, а в ряде случаев, по-видимому, может быть и больше.

7. Катагенез

В стадию катагенеза осадочные породы претерпевают существенные преобразования, сопровождаемые изменением химико-минералогического состава, строения и физических свойств. Основными факторами преобразования пород являются температура, давление, вода, растворенные в ней соли и газообразные компоненты, рН, Еh и радиоактивное излучение. Направленность и интенсивность преобразований в значительной степени определяются составом и физическими свойствами пород.

В процессе катагенеза происходит уплотнение пород, их обезвоживание, растворение неустойчивых соединений, а также перекристаллизация и образование новых минералов.

8. Метагенез осадочный горный литогенез

На стадии метагенеза происходит максимальное уплотнение осадочных пород, меняется их минеральный состав, структура. Преобразование пород происходит под влиянием тех же факторов, что и при катагенезе, но температура более высокая (200--300°С), выше минерализация и газонасыщенность вод, иные значения Еh и рН.

Изменение структуры пород проявляется в укрупнении размера зерен, в упорядочении их ориентировки, перекристаллизации с исчезновением фаунистических остатков. Завершается стадия метагенеза переходом осадочных пород в метаморфические.

9. Факторы литогенеза

Формирование осадочных горных пород -- сложный природный процесс, происходящий в различных условиях, которые определяются разнообразными факторами и силами земной и космической природы. Среди них ведущую роль играют тектонические процессы. Огромное влияние на осадкообразование оказывают климат, рельеф, жизнедеятельность животных и растительных организмов, но все эти факторы в значительной степени регламентируются тектоникой. Кроме того, на образование осадочных пород накладывают отпечаток газовый состав атмосферы, солевой состав и минерализация вод гидросферы, рН среды, интенсивность и формы проявления вулканической деятельности, состав пород в областях питания и некоторые другие.

Тектонические колебательные движения способствуют трансгрессии и регрессии морских водоемов и, следовательно, перемещение береговых линий. Это отражается на составе и строении отлагающихся осадков. В общем случае регрессия сопровождается укрупнением размера обломочных частиц, трансгрессия ведет к накоплению более тонкозернистых осадков. В ряде случаев в результате регрессии могут образоваться обширные мелководные водоемы, имеющие ограниченную связь с открытым морем. В условиях жаркого засушливого климата соленость вод таких бассейнов существенно возрастает, что может вызвать осаждение различных солей.

Вследствие тектонических движений изменяются положение областей сноса осадочного материала на континентах, рельеф поверхности, скорость течения рек и временных потоков, что сказывается на минеральном составе и размере обломочного материала. Тектонические колебательные движения являются одной из основных причин слоистого строения осадочных толщ и периодичности осадконакопления, что выражается в неоднократной повторяемости в геологическом разрезе слоев пород одинакового или близкого литологического состава. В зависимости от амплитуды и продолжительности колебательных движений, чередующиеся слои могут иметь различную мощность -- от долей сантиметра до нескольких метров, а слагаемые ими литологические комплексы достигать нескольких сотен метров.

Тектонический режим в значительной мере определяет скорость накопления осадочного материала. Установлено, что в геосинклиналях она выше, чем на платформах. По данным В.Е.Хаина (1956 г.) и А. Б. Ронова (1958 г.), средняя скорость накопления осадков в этих областях соответственно составляла 30 - 320 и 3-- 13 мм за 1000 лет. Подмечено также, что скорость накопления осадков на равнинах ниже, чем в предгорьях, а в центральных частях океанических бассейнов -- ниже, чем в прибрежных областях. Максимальные мощности и скорости накопления осадков характерны для областей компенсированного прогибания.

Большое влияние на формирование осадочных пород оказывают тектонические движения и магматизм, благодаря которым в процесс образования осадочного материала вовлекаются крупные массивы глубинных магматических и метаморфических пород.

Наконец, тектонический режим в значительной мере определяет размер и форму осадочных тел. В платформенных условиях, при региональном продолжительном погружении обычно образуются мощные геологические тела более или менее изометричной формы. В геосинклинальных прогибах -- осадочные тела при значительной протяженности (сотни и тысячи километров) имеют небольшую ширину (десятки километров). С колебательными тектоническими движениями связано образование карбонатных органогенных построек рифового типа.

Существенную роль в формировании осадочных пород играет рельеф поверхности суши и дна водоемов. В горных районах может образовываться и перемещаться крупный обломочный материал -- от первых миллиметров до нескольких метров. В равнинных областях обычно формируется мелкий обломочный материал, составляющий доли миллиметра. При скорости течения равнинных рек до 0,3--0,5 м/с может переноситься песок, алеврит, пелитовые частицы. Горные реки, скорость течения которых достигает 8--10 м/с, способны переносить валуны и даже глыбы. По мере выполаживания рельефа скорость течения континентальных водных потоков и их транспортирующие возможности убывают. В связи с этим в районах с сильно пересеченным рельефом накапливаются более крупнозернистые осадки, чем в пенепленизированных.

В морских условиях рельеф дна бассейна в значительной мере определяет характер распределения осадка. Пониженные элементы рельефа благоприятны для его накопления, а приподнятые нередко подвергаются размыву, при этом в первую очередь уносятся наиболее мелкие частицы, и вследствие этого происходит относительное обогащение осадка крупными частицами. При крутом уклоне дна (более 20--30°) осадочный обломочный материал, не задерживаясь в прибрежной зоне, скатывается на глубину и отлагается на уступах или в зоне выполаживания рельефа дна.

Климат также оказывает большое влияние на формирование осадочных пород. Сам он определяется многими причинами и факторами, среди которых ведущую роль играют интенсивность солнечной радиации, положение участков поверхности Земли относительно Солнца, прозрачность и состав атмосферы, гипсометрия суши, соотношение площадей суши и моря, интенсивность теплового потока Земли и т. д. Все эти факторы в значительной мере определяются тектоническими причинами.

Учитывая важную роль климата на разных этапах образования осадочных пород, Н.М.Страхов (1960) выделил три климатических типа литогенеза: ледовый (низальный), гумидный, аридный и четвертый -- аклиматический, вулканогенно-осадочный.

Ледовый тип литогенеза характеризуется тем, что основная часть осадочного материала «... поставляется в первую очередь механическим (морозным) выветриванием скал, не покрытых льдом (или снегом); сам ледник, медленно передвигаясь, отрывает от ложа выступающие участки и уносит обломки с собой». Перенос осадочного материала, осуществляется, таким образом, в основном ледниками и в незначительной степени водой подледниковых ручьев. В области осадконакопления отлагается совершенно неотсортированный по размеру материал, из которого затем формируются породы моренного типа. В современную эпоху ледовый тип литогенеза развит на континентальных массивах высоких широт (Гренландия, Антарктида и др.) и в горных районах, выше снеговой линии.

Гумидный тип литогенеза характеризуется тем, что осадочный материал образуется не только в результате механического выветривания, но и за счет химического разложения и жизнедеятельности организмов. Поскольку гумидный тип литогенеза осуществляется в различных климатических обстановках (тропической, субтропической, умеренной и даже холодной), то осадки в каждом конкретном случае имеют свои специфические особенности, влияющие на облик образующихся из них пород. осадочный горный порода минералогический

В условиях тропического и субтропического климатов при равнинном рельефе интенсивно протекает химическое выветривание пород, в холодном климате этот процесс сильно тормозится, но при наличии резко расчлененного рельефа могут интенсивно развиться процессы механического выветривания. В итоге в область осадконакопления поступает обломочный материал, органические остатки, растворенные компоненты и коллоиды, которые, при изменении геохимической и термобарической обстановок, а также вследствие биохимической активности организмов могут перейти в осадок. Многообразие обстановок в областях гумидного литогенеза предопределяет наличие здесь широкого комплекса осадочных пород -- песчаных, алевритовых, глинистых, карбонатных, бокситов, диатомитов, углей и др.

Аридный тип литогенеза развивается в обстановке пониженной влажности и повышенной температуры. Он характерен для континентов (пустыни, полупустыни, сухие степи), но может быть развит и во внутриконтинентальных озерных и морских бассейнах (Каспийское, Красное моря и др.).

Осадочный материал в областях аридного литогенеза образуется главным образом за счет механического выветривания выходящих на поверхность пород, в результате химического осаждения солей, а также вследствие жизнедеятельности организмов, роль которых существенно понижается при увеличении солености вод бассейнов. Часть осадочного материала поступает из располагающихся по соседству областей гумидного климата вместе с мощными временными потоками, ручьями и реками. В самих областях аридного климата перенос осадочного материала в значительной части осуществляется ветром. Для данного типа литогенеза характерны следующие породы: эоловые пески и песчаники, глинисто-алевритовые образования, известняки, доломиты, гипсы, ангидриты, каменная соль и некоторые другие.

Аклиматический (вулканогенно-осадочный) тип литогенеза не связан с климатом. Он присущ областям вулканической активности, которые располагаются в различных климатических зонах. В этом случае осадочный материал в значительной мере поставляется вулканами в виде вулканического пепла, вулканических бомб. Кроме того, продуктами вулканизма являются газы и сильно минерализованные горячие воды. Кроме вулканогенного материала при этом типе литогенеза, в формировании осадочных пород участвуют терригенные, хемогенные и органогенные компоненты. При наземной вулканической деятельности образуются породы, состоящие преимущественно из вулканического пепла, мелкозернистого обломочного и глинистого материала (туффиты, туфогенные породы). Подводный вулканизм способствует образованию вулканогенно-кремнистых, вулканогенно-известняковых и других пород.

В современную эпоху преобладает гумидный тип литогенеза, который господствует уже в течение длительного времени. На ранних этапах геологической истории Земли основная роль принадлежала вулканогенно-осадочному типу литогенеза.

Жизнедеятельность организмов, как уже отмечалось, существенным образом отражается на осадочном породообразовании. Многие водные организмы строят свои скелеты, заимствуя химические соединения из воды морских бассейнов, причем они способны усваивать даже те вещества, которые не находятся в состоянии насыщенности (кремнезем, фосфаты и др.). После отмирания организмов их минеральные скелеты поступают в осадок и нередко образуют скопления большой мощности.

В осадках водоемов гумидных областей содержание органического вещества выше, чем в осадках аридных; в глинистых илах -- больше, чем в песках и алевритах. Органическое вещество осадка в значительной мере определяет окислительно-восстановительную обстановку. Разложение органического вещества способствует изменению газового режима, щелочно-кислотных свойств среды, что в свою очередь отражается на состоянии осадка. В результате жизнедеятельности некоторых организмов формируются рифовые карбонатные постройки, образуются такие специфические породы, как каменные угли, фосфориты, диатомиты и др.

Физико-географические условия (в том числе температура, давление, влажность воздуха, облачность, солнечное сияние, осадки и др.) в областях формирования осадочного материала и зонах осадконакопления варьируют в широких пределах. Температура на поверхности осадка, например, колеблется в настоящее время в диапазоне от + 85°С (пустыни Африки и Южной Америки) до -- 89,2°С (рекордно низкая температура, занесена в книгу Гиннеса: Антарктика, Станция "Восток"; 21 июля 1983 г., на высоте 3420 м). Давление в горах составляет доли единицы, а в океанических впадинах достигает 110--117 МПа. Довольно близкие термобарические условия наблюдаются и в стратисфере -- зоне существования осадочных пород. Следует иметь в виду, что в течение геологической истории Земли эти параметры не оставались постоянными. Несомненно, что температура в зоне осадконакопления в целом была выше, возможно, что выше было и давление. Диапазон глубин существования осадочных пород был уже, а максимальное давление в стратисфере -- меньше. Вполне возможно, что влажность, облачность, солнечное сияние в геологическом прошлом также существенно отличались от современных.

Заключение

В результате проведенных исследований можно сделать вывод, что с литогенезом как процессом осадочного породообразования связано формирование очень многих самых различных полезных ископаемых, в том числе углей ископаемых, нефти, природных горючих газов, железных и марганцевых руд, бокситов, фосфоритов, россыпей и мн. др.

В работе дано понятие литогенеза, рассмотрен процесс образования осадочных горных пород, процесс переноса осадочного материала и накопления осадков, рассмотрены основные стадии и факторы литогенеза.

Список использованной литературы

1. Ажгирей Г. Д. Структурная геология. М., 1966. 350 с.

2. Елисеев Н. А. Структурная петрология. Л., 1953. 309 с.

3. Мельничук В.С., Арабаджи М.С. Общая геология. - М.: Недра, 1989 - 333 с.

4. Спенсер Э. У. Введение в структурную геологию. Под ред. Ю. Е. Погребицкого. Л., .1081, 367

5. Горшков Г.П., Якушова А.Ф. Общая геология. - М.:Изд.МГУ, 1962 г.,1974 г.-592 с.

6. Страхов Н. М., Типы литогенеза и их эволюция в истории Земли, М., 1963

7. Диагенез и катагенез осадочных образований, пер. с англ., М., 1971; Вассоевич Н. Б.

Размещено на Allbest.ru