Құмтас - шөгінді тау жынысының түрі — Мақалалармен ағылшынша

Кіріспе

Шөгінді тау жынысының түрі – геологиялық тау жынысының түрі.

Құмтас – негізінен құм мөлшеріндегі (0,0625-ден 2 мм-ге дейін) силикат түйіршіктерінен тұратын кластикалық шөгінді тау жынысы. Барлық шөгінді тау жыныстарының шамамен 20-25%-ын құмтастар құрайды. Көптеген құмтастар кварц немесе фельдспардан тұрады, себебі олар Жер бетіндегі ауа райы әсерлеріне ең төзімді минералдар болып табылады. Цементтелмеген құм сияқты, құмтас минералдардағы қоспаларға байланысты кез келген түс болуы мүмкін, бірақ ең көп кездесетін түстер – қоңыр, күрең, сары, қызыл, сұр, қызғылт, ақ және қара. Құмтас қабаттары айқын жартастар мен басқа да жер бедері ерекшеліктерін қалыптастыра алатындықтан, құмтастың белгілі бір түстері нақты аймақтармен байланысты, мысалы, Арка ұлттық паркі мен Американың оңтүстік-батысының қызыл тау жынысты шөлдерімен. Құмтастан тұратын тау жыныстары су мен басқа да сұйықтықтардың сіңуіне мүмкіндік береді және оларды үлкен көлемде сақтауға жетеді, осылайша құнды сулы горизонттар мен мұнай қоймаларына айналады. Кварц қосылған құмтас метаморфизм нәтижесінде кварцитке айналуы мүмкін, әдетте орогендік белдеулердегі тектоникалық қысымға байланысты.

Шығу тегі

Құмтастар кластикалық шығу текті (әктас және көмір сияқты органикалық немесе гипс және жасмық сияқты химиялық шығу тектілерден өзгеше). Олар құрамындағы силикат құм дәндері тау жыныстарының физикалық және химиялық тозуының нәтижесі болып табылады. Ауа райы мен эрозияның қарқыны жоғары рельефті аймақтарда, мысалы, жанартаулық доғалар, континенттік жарылу аймақтары және орогендік белдеулерде ең жоғары болады. Эрозияға ұшыраған құм өзендермен немесе жел арқылы бастапқы аймақтарынан тектоникалық қозғалыстар шөгінділердің жиналуына жағдай жасаған жерлерге тасымалданады. Форарк алаптарында лит дәндерімен және плагиоклазбен бай құм жиналады. Континенттік бассейндер мен континенттік шеттердегі грабендер де құмның жиналуына қолайлы орта болып табылады. Шөгінділер жиналу ортасында жинала беру келесінде, ескі құм жас шөгінділермен көміліп, диагенезге ұшырайды. Бұл көбінесе құмды тығыздау мен литификациялаудан тұрады. Диагенездің алғашқы кезеңдері, эогенез деп аталады, аз тереңдікте (бірнеше он метрге дейін) жүзеге асады және құмның биотурбациясымен және минералогиялық өзгерістерімен сипатталады, тығыздалу өте аз болады. Қызыл құмтастарға қызғылт түс беретін қызыл гематит эогенез кезінде пайда болуы мүмкін. Тераң жерге бату кезінде мезогенез жүреді, оның барысында тығыздалу мен литификацияның көп бөлігі аяқталады. Тығыздалу құмның үстінен орналасқан шөгінділердің қысымы артуымен жүзеге асады. Шөгінді дәндері тығыз орналасады, майлы дәндер (мысалы, мика дәндері) деформацияланады және кеуекті кеңістік азаяды. Физикалық тығыздалудан басқа, қысымдық ерітілу арқылы химиялық тығыздалу да болуы мүмкін. Дәндердің арасындағы жанасу нүктелері ең көп кернеуге ұшырайды, ал кернеуге ұшыраған минерал дәннің қалған бөлігіне қарағанда ерігіштігі жоғары болады. Нәтижесінде жанасу нүктелері еріп, дәндер тығыз жақындасады. Көмілген құмтастың бетке шығаруы диагенездің үшінші және соңғы кезеңі – телогенезбен бірге жүреді. Көптеген каркас дәндері кварцтан немесе фельдшпардан тұрады, олар Голдич еріту қатарында көрсетілгендей, Жер бетіндегі ауа райы процестеріне ең төзімді минералдар болып табылады. Каркас дәндерін минералдық құрамына қарай бірнеше санатқа бөлуге болады: кварц дәндері – көптеген кластикалық шөгінді тау жыныстарындағы басым минералдар; себебі олардың қатаңдығы және химиялық тұрақтылығы сияқты ерекше физикалық қасиеттері бар. Бұл қосымша дәндердің көпшілігі тау жынысының негізгі бөлігін құрайтын силикаттардан тығыз. Бұл ауыр минералдар ауа райына төзімді және ZTR индексі арқылы құмтастың пісіп жеткендігінің көрсеткіші ретінде қолданылуы мүмкін. Көбінесе ауыр минералдарға циркон, турмалин, рутил (содан ZTR), гранат, магнетит немесе бастапқы тау жынысынан шыққан басқа да тығыз, төзімді минералдар жатады.

Sandstones are clastic in origin (as opposed to either organic, like chalk and coal, or chemical, like gypsum and jasper). The silicate sand grains from which they form are the product of physical and chemical weathering of bedrock. Weathering and erosion are most rapid in areas of high relief, such as volcanic arcs, areas of continental rifting, and orogenic belts. Eroded sand is transported by rivers or by the wind from its source areas to depositional environments where tectonics has created accommodation space for sediments to accumulate. Forearc basins tend to accumulate sand rich in lithic grains and plagioclase. Intracontinental basins and grabens along continental margins are also common environments for deposition of sand. As sediments continue to accumulate in the depositional environment, older sand is buried by younger sediments, and it undergoes diagenesis. This mostly consists of compaction and lithification of the sand. Early stages of diagenesis, described as eogenesis, take place at shallow depths (a few tens of meters) and are characterized by bioturbation and mineralogical changes in the sands, with only slight compaction. The red hematite that gives red bed sandstones their color is likely formed during eogenesis. Deeper burial is accompanied by mesogenesis, during which most of the compaction and lithification takes place. Compaction takes place as the sand comes under increasing pressure from overlying sediments. Sediment grains move into more compact arrangements, ductile grains (such as mica grains) are deformed, and pore space is reduced. In addition to this physical compaction, chemical compaction may take place via pressure solution. Points of contact between grains are under the greatest strain, and the strained mineral is more soluble than the rest of the grain. As a result, the contact points are dissolved away, allowing the grains to come into closer contact. Unroofing of buried sandstone is accompanied by telogenesis, the third and final stage of diagenesis. Most framework grains are composed of quartz or feldspar, which are the common minerals most resistant to weathering processes at the Earth's surface, as seen in the Goldich dissolution series. Framework grains can be classified into several different categories based on their mineral composition:
Quartz framework grains are the dominant minerals in most clastic sedimentary rocks; this is because they have exceptional physical properties, such as hardness and chemical stability. Many of these accessory grains are more dense than the silicates that make up the bulk of the rock. These heavy minerals are commonly resistant to weathering and can be used as an indicator of sandstone maturity through the ZTR index. Common heavy minerals include zircon, tourmaline, rutile (hence ZTR), garnet, magnetite, or other dense, resistant minerals derived from the source rock.

Көзқанақ кеңістігі

Көзқапша кеңістігі – тау жынысы немесе топырақтың ішіндегі бос кеңістіктер. Тау жынысындағы көзқапша кеңістігі тау жынысының тесіктілігімен және өткізгіштігімен тікелей байланысты. Құм түйіршіктерінің қалай жиналғандығы пішінділік пен өткізгіштікке тікелей әсер етеді. Құмтастың шығу тегін анықтау кестесі әдетте QFL кестесіне негізделген, бірақ геологтарға құмтастардың пайда болуы мүмкін әртүрлі жерлерді көзбен анықтауға мүмкіндік береді. Текстуралық пісілу сатысы кестесі пісіксіз, жартылай пісік, пісік және толық пісік құмтастардың айырмашылықтарын көрсетеді. Құмтас пісіп жетілгенде, түйіршіктер дөңгеленеді және тау жынысының матрицасындағы саздың мөлшері азаяды. Гилберт пен Р.Л. Фоктың схемаларын біріктірудің мақсаты – «балшық тастан аренитке және тұрақтыдан тұрақсыз дәнді құрамға дейінгі текстуралық өзгерістің үздіксіз сипатын көрсету». Түйіршіктер соншалықты тығыз байланысқандықтан, тау жынысы сынғанда, түйіршіктер арқылы жарылады, бұл бейінді немесе шығанақты сынуға әкеледі. Геологтар 1941 жылға қарай кейбір тау жыныстарының жоғары қысым мен температурада метаморфизмге ұшырамаса да, кварциттің макроскопиялық сипаттамаларын көрсететінін мойындады. Бұл тау жыныстары тек шөгінді тау жыныстарының диагенезімен байланысты төмен температура мен қысымға ұшырады, бірақ диагенез тау жынысын соншалықты цементтеді, микроскоптық зерттеу арқылы ғана метаморфты кварциттен ажыратуға болады. Ортокварцит термині осындай шөгінді тау жынысын метаморфизмнен пайда болған метакварциттен ажырату үшін қолданылады. Сонымен қатар, ортокварцит термині кейде кез келген кварцпен цементтелген кварц аренитіне қолданылады. Ортокварцит (тар мағынада) көбінесе 99% SiO2 құрамында болады, сондай-ақ темір оксидінің және циркон, рутил және магнетит сияқты іздік минералдардың өте аз мөлшерін қамтиды. Қазбалар көбінесе аз болғанымен, түпкілікті текстура мен шөгінді құрылым сақталған. Нағыз ортокварцит пен қарапайым кварц құмтастың арасындағы ерекшелік – ортокварцит соншалықты мықты цементтелгендіктен, түйіршіктердің арасынан емес, түйіршіктер арқылы жарылады. Бұл айырмашылықты жерде анықтауға болады. Ортокварцит пен метакварциттің арасындағы айырмашылық – бұл бар дәндердің қайта кристалдануының басталуы. Бөлу сызығы тартылған кварц түйіршіктерінің жаңа, тартылмаған, кішкентай кварц түйіршіктерімен алмасуына бастайтын нүктеге орналастырылуы мүмкін, бұл поляризациялық микроскоппен жұқа бөліктерде анықталатын мортар текстурасын құрайды. Метаморфизмнің деңгейі жоғарылаған сайын, одан әрі қайта кристалдану көбік текстурасын құрайды, ол үштік түйісулерде кездесетін көпбұрышты дәндермен сипатталады, содан кейін порфиробласты текстура, ірі, бейінді дәндермен сипатталады, соның ішінде кейбір үлкен дәндер (порфиробластар) бар. Одан әрі сәндік өнер туындылары мен құралдар жасауға қолданылады. Ол әлемде ғибадатханалар мен шіркеулерді салуда кеңінен қолданылған. Оның ауа райына төзімділігі әртүрлі болғанымен, құмтас өңдеуге оңай. Бұл оны құрылыс және асфальт бетонды қоса алғанда, төсеу материалы ретінде кеңінен қолдануға мүмкіндік береді. Алайда, бұрын қолданылған кейбір типтер, мысалы, Солтүстік-Батыс Англияда қолданылған Коллихерст құмтасы, ұзақ мерзімді ауа райына төзімділігі нашар болғандықтан, ескі ғимараттарды жөндеуді және ауыстыруды қажет етеді. Жеке түйіршіктердің қаттылығы, түйіршік өлшемдерінің біркелкілігі және олардың құрылымының сынушылығынан кейбір құмтастар пышақтарды және басқа да құралдарды қайрау үшін ұнтақтау тастарын жасауға өте жақсы материалдар болып табылады. Қатты емес құмтас дәндерді ұнтақтау үшін ұнтақтау тастарын, мысалы, шырша тасын жасауға қолданылады. 90-95% -дан астам кварцтан тұратын таза кварц құмтасының бір түрі, ортокварцит, Global Heritage Stone Resource номинациясына ұсынылған. Аргентинаның кейбір аймақтарында ортокварцитпен қаланған қасбеті Мар-дель-Плата стиліндегі бунгалолардың ерекшеліктерінің бірі болып табылады.

Pore space includes the open spaces within a rock or a soil. The pore space in a rock has a direct relationship to the porosity and permeability of the rock. The porosity and permeability are directly influenced by the way the sand grains are packed together. A sandstone provenance chart is typically based on a QFL chart but allows geologists to visually interpret the different types of places from which sandstones can originate. A stage of textural maturity chart shows the differences between immature, submature, mature, and supermature sandstones. As the sandstone becomes more mature, grains become more rounded, and there is less clay in the matrix of the rock. The philosophy behind combining Gilbert's and R. L. Folk's schemes is that it is better able to "portray the continuous nature of textural variation from mudstone to arenite and from stable to unstable grain composition". The grains are so tightly interlocked that when the rock is broken, it fractures through the grains to form an irregular or conchoidal fracture. Geologists had recognized by 1941 that some rocks show the macroscopic characteristics of quartzite, even though they have not undergone metamorphism at high pressure and temperature. These rocks have been subject only to the much lower temperatures and pressures associated with diagenesis of sedimentary rock, but diagenesis has cemented the rock so thoroughly that microscopic examination is necessary to distinguish it from metamorphic quartzite. The term orthoquartzite is used to distinguish such sedimentary rock from metaquartzite produced by metamorphism. By extension, the term orthoquartzite has occasionally been more generally applied to any quartz cemented quartz arenite. Orthoquartzite (in the narrow sense) is often 99% SiO2 with only very minor amounts of iron oxide and trace resistant minerals such as zircon, rutile and magnetite. Although few fossils are normally present, the original texture and sedimentary structures are preserved. The typical distinction between a true orthoquartzite and an ordinary quartz sandstone is that an orthoquartzite is so highly cemented that it will fracture across grains, not around them. This is a distinction that can be recognized in the field. In turn, the distinction between an orthoquartzite and a metaquartzite is the onset of recrystallization of existing grains. The dividing line may be placed at the point where strained quartz grains begin to be replaced by new, unstrained, small quartz grains, producing a mortar texture that can be identified in thin sections under a polarizing microscope. With increasing grade of metamorphism, further recrystallization produces foam texture, characterized by polygonal grains meeting at triple junctions, and then porphyroblastic texture, characterized by coarse, irregular grains, including some larger grains (porphyroblasts.) decorative art works and tools. It has been widely employed around the world in constructing temples, churches,

Although its resistance to weathering varies, sandstone is easy to work. That makes it a common building and paving material, including in asphalt concrete. However, some types that have been used in the past, such as the Collyhurst sandstone used in North West England, have had poor long term weather resistance, necessitating repair and replacement in older buildings. Because of the hardness of individual grains, uniformity of grain size and friability of their structure, some types of sandstone are excellent materials from which to make grindstones, for sharpening blades and other implements. Non friable sandstone can be used to make grindstones for grinding grain, e. g., gritstone. A type of pure quartz sandstone, orthoquartzite, with more of 90–95 percent of quartz, has been proposed for nomination to the Global Heritage Stone Resource. In some regions of Argentina, the orthoquartzite stoned facade is one of the main features of the Mar del Plata style bungalows.