Литология: описание и классификация горных пород.

Введение

Описание физических характеристик горной породы

изучение горных пород и процессов их образования

Литология горной породы – это описание ее физических характеристик, наблюдаемых в обнажении, в образцах керна или вручную, либо при микроскопии с небольшим увеличением. К физическим характеристикам относятся цвет, текстура, размер зерна и состав. Литология может представлять собой как детальное описание этих характеристик, так и обобщенное описание физических свойств породы. Примеры литологий в последнем смысле включают песчаник, сланец, базальт или известняк. Литология является основой для разделения последовательностей горных пород на отдельные литостратиграфические единицы с целью картирования и сопоставления между различными районами. В определенных областях применения, таких как инженерно-геологические изыскания, литология описывается с использованием стандартной терминологии, например, в европейском геотехническом стандарте Eurocode 7.

Тип породы

Название литологии основано на типе породы. Три основных типа пород — магматические, осадочные и метаморфические. Магматические породы образуются непосредственно из магмы, которая представляет собой смесь расплавленной породы, растворенных газов и твердых кристаллов. Осадочные породы формируются из минеральных или органических частиц, которые накапливаются на поверхности Земли и подвергаются литификации. Метаморфические породы образуются путем перекристаллизации существующей твердой породы в условиях высокой температуры или давления. Магматические породы далее подразделяются на три широкие категории. Магматические породы, состоящие из обломков пород, образованных непосредственно вулканическими процессами (тефра), классифицируются как пирокластические породы. Пирокластические породы далее классифицируются по среднему размеру фрагментов (кластов) и по тому, состоят ли фрагменты преимущественно из отдельных минеральных кристаллов, частиц вулканического стекла или обломков пород. Могут также применяться дополнительные классификации, например, по химическому составу. Магматические породы с видимыми минеральными зернами (фанеритные породы) классифицируются как интрузивные, а породы со стекловатой или очень мелкозернистой структурой (афанитные) — как экструзивные. Интрузивные магматические породы обычно классифицируются с использованием классификации QAPF, основанной на относительном содержании кварца, щелочного полевого шпата, плагиоклаза и фельдшпатоида. Существуют специальные классификации для магматических пород необычного состава, таких как ультрамафические породы или карбонатиты. Экструзивные магматические породы, по возможности, также классифицируются по минеральному составу с использованием экструзивной классификации QAPF, но если определение минерального состава затруднено, они могут быть классифицированы химически с использованием классификации TAS. Эта классификация основана на общем содержании кремнезема и оксидов щелочных металлов, а также других химических критериях. Осадочные породы далее классифицируются на силикакластические и карбонатные. Силикакластические осадочные породы затем подразделяются на подкатегории в зависимости от распределения размеров зерен и относительного содержания кварца, полевого шпата и литических (каменных) фрагментов. Карбонатные породы классифицируются по схемам классификации Данхема или Фолка в соответствии с составляющими карбонатных пород. Название метаморфических пород может основываться на протолите, минеральном составе, текстуре или метаморфической фации. Название, основанное на текстуре и пелите (например, сланце или аргиллите) в качестве протолита, может использоваться для определения сланца и филлита. Названия, основанные на текстуре, — это шист и гнейс. Эти текстуры, от сланца до гнейса, отражают постоянно возрастающую степень метаморфизма. Метаморфические фации определяются полями давления и температуры, в которых формируются определенные минералы. Существуют и другие названия метаморфических пород, такие как грейвахт (метаморфизованный базальт и другие экструзивные магматические породы) или кварцит (метаморфизованный кварцевый песок).

The naming of a lithology is based on the rock type. The three major rock types are igneous, sedimentary, and metamorphic. Igneous rocks are formed directly from magma, which is a mixture of molten rock, dissolved gases, and solid crystals. Sedimentary rock is formed from mineral or organic particles that collect at the Earth's surface and become lithified. Metamorphic rock forms by recrystallization of existing solid rock under conditions of great heat or pressure. Igneous rocks are further broken into three broad categories. Igneous rock composed of broken rock fragments created directly by volcanic processes (tephra) are classified as pyroclastic rock. Pyroclastic rocks are further classified by average fragment (clast) size and whether the fragments are mostly individual mineral crystals, particles of volcanic glass, or rock fragments. Further classifications, such as by chemical composition, may also be applied. Igneous rocks that have visible mineral grains (phaneritic rocks) are classified as intrusive, while those that are glassy or very fine grained (aphanitic) are classified as extrusive rock. Intrusive igneous rocks are usually classified using the QAPF classification, which is based on the relative content of quartz, alkali feldspar, plagioclase, and feldspathoid. Special classifications exist for igneous rock of unusual compositions, such as ultramafic rock or carbonatites. Where possible, extrusive igneous rocks are also classified by mineral content using the extrusive QAPF classification, but when determining the mineral composition is impractical, they may be classified chemically using the TAS classification. This is based on the total content of silica and alkali metal oxides and other chemical criteria. Sedimentary rocks are further classified by whether they are siliciclastic or carbonate. Siliciclastic sedimentary rocks are then subcategorized based on their grain size distribution and the relative proportions of quartz, feldspar, and lithic (rock) fragments. Carbonate rocks are classified with the Dunham or Folk classification schemes according to the constituents of the carbonate rock. Metamorphic rock naming can be based on protolith, mineral composition, texture, or metamorphic facies. Naming based on texture and a pelite (e. g., shale, mudrock) protolith can be used to define slate and phyllite. Texture based names are schist and gneiss. These textures, from slate to gneiss, define a continually increasing extent of metamorphism. Metamorphic facies are defined by the pressure temperature fields in which particular minerals form. Additional metamorphic rock names exist, such as greenschist (metamorphosed basalt and other extrusive igneous rock) or quartzite (metamorphosed quartz sand).

Размер зерна/класта

В магматических и метаморфических породах размер зерна является мерой размеров кристаллов в породе. В магматических породах это используется для определения скорости охлаждения материала: крупные кристаллы обычно свидетельствуют об интрузивном происхождении породы, а мелкие – об экструзивном. Метаморфизм пород, состоящих преимущественно из одного минерала, таких как кварцит или мрамор, может приводить к увеличению размера зерна (рост зерна), в то время как метаморфизм деформированных пород может вызывать его уменьшение (синтектоническая рекристаллизация). В кластических осадочных породах размер зерна – это диаметр зерен и/или обломков, составляющих породу. Он используется для определения соответствующей системы наименований пород (например, конгломерат, песчаник или аргиллит). В случае песчаников и конгломератов, охватывающих широкий диапазон размеров зерен, к названию породы добавляется слово, описывающее этот диапазон. Примеры: "галечный конгломерат" и "мелкозернистый кварцевый аренит".

Минералогия

В породах, в которых минеральные зерна достаточно велики для идентификации с помощью лупы, видимая минералогия включается в описание. В случае последовательностей, которые могут содержать карбонаты, породы, сцементированные кальцитом, или породы с возможными кальцитовыми прожилками, обычно проводят тест на наличие кальцита (или других форм карбоната кальция) с использованием разбавленной соляной кислоты и наблюдают за выделением газа. Минералогический состав породы является одним из основных критериев ее классификации. Огнеобразовательные породы классифицируются по минеральному составу, когда это возможно, с использованием классификации QAPF или специальных ультрамафических и карбонатитовых классификаций.

Ткани

Ткань породы описывает пространственную и геометрическую конфигурацию всех элементов, составляющих её. В осадочных породах основной видимой тканью обычно является слоистость, и масштаб и степень развития слоистости обычно фиксируются как часть описания. Метаморфические породы (за исключением образованных при контактном метаморфизме) характеризуются хорошо развитыми плоскостными и линейными текстурами. В магматических породах ткани также могут формироваться в результате потоков или осаждения определенных минеральных фаз в процессе кристаллизации, образуя кумуляты.

Текстура

Текстура горной породы описывает взаимосвязь между отдельными зернами или обломками, составляющими породу. Осадочные текстуры включают в себя степень сортированности, градации, форму и округлость обломков. Метаморфические текстуры включают характеристики, связанные со временем роста крупных метаморфических минералов по отношению к фазе деформации – до деформации (порфирокласт), после деформации (порфиробласт). Магматические текстуры включают такие свойства, как форма зерен, которая варьируется от кристаллов с идеальной кристаллической формой (эвгедральные) до неправильных кристаллов (анэдральные), наличие значительной неоднородности в размерах кристаллов (порфировая текстура), а также ориентированность зерен (которая описывается как трахитовая текстура).

Маломасштабные сооружения

В породах часто встречаются структуры небольшого масштаба (меньше масштаба отдельной обнажённости). В осадочных породах это могут быть следы подошвы, рябь, трещины высыхания и перекрестная слоистость. Эти структуры фиксируются, поскольку они обычно характерны для определенной обстановки осадконакопления и могут предоставить информацию о направлениях палеопотоков. В метаморфических породах, связанных с глубокими уровнями зон разломов, небольшие структуры, такие как асимметричные будины и микроскладки, используются для определения направления сдвига вдоль зоны. В магматических породах структуры небольшого масштаба в основном наблюдаются в лавах, например, в лавовых потоках типа пахохо и ʻаʻа, а также в подушечных лавах, указывающих на извержение в водной среде или под льдом.

Литология поверхности

Неконсолидированным поверхностным материалам также может быть присвоена литология. Она определяется гранулометрическим составом и минералогическим составом и часто связана с интерпретацией условий формирования отложения. Литологические характеристики поверхностных отложений могут быть определены для лагунных, прибрежных, речных, эолических, ледниковых и современных вулканических отложений, среди прочих. Примеры классификации поверхностной литологии, используемой Геологической службой США, включают "Глинисто-песчаный ледниковый отлог", "Осадок соленого озера" и "Эолический осадок, крупнозернистый (песчаные дюны)".