Матрица горных пород: состав и процессы формирования.

Введение

Мелкозернистый материал в породе, содержащий вкрапления более крупного материала. Матрица или основная масса породы – это мелкозернистая масса материала, в которой заключены более крупные зерна, кристаллы или обломки. Матрица магматической породы состоит из мелкозернистых, часто микроскопических, кристаллов, в которых вкраплены более крупные кристаллы, называемые фенокристами. Эта порфировая текстура указывает на многостадийное охлаждение магмы. Например, порфиритовый андезит содержит крупные фенокристы плагиоклаза в мелкозернистой матрице. В Южной Африке алмазы часто добывают из матрицы выветренного глинистого материала (кимберлита), называемого "желтой землей". Матрица осадочных пород представляет собой мелкозернистый осадочный материал, такой как глина или ил, в котором заключены более крупные зерна или обломки. Этот термин также используется для описания горной породы, в которой находится окаменелость.

Цементирование

Все осадочные породы изначально находятся в рыхлом состоянии (например, пески, глины и гравий, пласты ракушек) и могут оставаться в таком состоянии неопределенно долго. Миллионы лет прошло с тех пор, как некоторые раннетретичные отложения скопились на дне океана, однако они остаются довольно непрочными (например, лондонская глина) и мало отличаются от многих современных накоплений. Существует немного исключений из правила, согласно которому с возрастом осадочные породы становятся все более и более цементированными. Как правило, чем старше слои, тем выше вероятность того, что они будут обладать твердой консистенцией, обычно подразумеваемой термином "скала". Давление вышележащих осадков на нижележащие массы, по-видимому, является одной из причин этого упрочнения, хотя само по себе оно не очень значительно. Большая эффективность обычно приписывается воздействию просачивающейся воды, которая растворяет водорастворимые вещества и затем переоткладывает их в порах и полостях. Этот процесс, вероятно, ускоряется повышенным давлением со стороны вышележащих масс, а также, в некоторой степени, повышением температуры, которое неизбежно происходит в породах, погребенных на значительную глубину под поверхностью. Однако повышение температуры может быть незначительным; мы знаем несколько примеров осадочных отложений, погребенных под четырьмя или пятью милями аналогичных слоев (например, части Старого Красного песчаника), и при этом не наблюдается заметной разницы между слоями с похожим составом в верхней и нижней части серии. Если бы отложения действительно были "отжарены", то есть подверглись значительному повышению температуры, то различия были бы очевидны. Переотложенный цементирующий материал чаще всего является известковым или кремнистым. Известняки, которые первоначально представляли собой рыхлые скопления ракушек, кораллов и т.д., таким образом уплотняются в твердую породу; и этот процесс часто происходит с удивительной легкостью, например, в более глубоких частях коралловых рифов или даже в ветровых массивах ракушечного песка, подверженных лишь воздействию дождя. Цементирующее вещество может регулярно откладываться в кристаллической связи на исходных зернах, если они были кристаллическими, и даже в песчаниках (таких как кентский тряпичный камень) кристаллическая матрица кальцита часто обволакивает песчинки. Превращение арагонита в кальцит и кальцита в доломит, путем образования новых кристаллических масс внутри породы, также обычно ускоряет консолидацию. Кремний менее растворим в обычной воде, но даже этот компонент пород растворяется и переоткладывается довольно часто. Многие песчаники скреплены бесконечно малым количеством коллоидного или криптокристаллического кремнезема; при свежем извлечении из карьера они мягкие и легко поддаются обработке, но после воздействия воздуха в течение некоторого времени становятся намного тверже, поскольку их кремнеземистый цемент схватывается и переходит в твердое состояние. Другие содержат мелкие чешуйки каолина или слюды. Глинистые материалы могут уплотняться просто под давлением, как графит и другие чешуйчатые минералы.

All sediments are at first in an incoherent condition (e. g. sands, clays and gravels, beds of shells), and they may remain in this state for an indefinite period. Millions of years have elapsed since some of the early Tertiary strata gathered on the ocean floor, yet they are quite friable (e. g. the London Clay) and differ little from many recent accumulations. There are few exceptions to the rule that with increasing age sedimentary rocks become more and more indurated. Generally, the older the strata the more likely it is that they will have the firm consistency generally implied in the term "rock". The pressure of newer sediments on underlying masses is apparently one cause of this hardening, though not in itself a very powerful one. More efficiency is generally ascribed to the action of percolating water, which takes up water soluble materials and then redeposits them in pores and cavities. This operation is probably accelerated by the increased pressure produced by superincumbent masses, and to some extent also by the rise of temperature which inevitably takes place in rocks buried to some depth beneath the surface. The rise of temperature, however, may be only a tiny increase; we know more than one instance of sedimentary deposits which have been buried beneath four or five miles of similar strata (e. g. parts of the Old Red Sandstone), and yet no perceptible difference is apparent between beds of similar composition at the top of the series and near its base. Should the deposits have been truly "baked", that is, subject to a large increase in temperature, then differences would be evident. The redeposited cementing material is most commonly calcareous or siliceous. Limestones, which were originally a loose accumulation of shells, corals, etc., become compacted into firm rock in this manner; and the process often takes place with surprising ease, as for example, in the deeper parts of coral reefs, or even in wind blown masses of shelly sand exposed merely to the action of rain. The cementing substance may be regularly deposited in crystalline continuity on the original grains, where these were crystalline, and even in sandstones (such as Kentish rag), a crystalline matrix of calcite often envelops the sand grains. The change of aragonite to calcite and of calcite to dolomite, by forming new crystalline masses in the interior of the rock, usually also accelerates consolidations. Silica is less easily soluble in ordinary waters, but even this ingredient of rocks is dissolved and redeposited with great frequency. Many sandstones are held together by an infinitesimal amount of colloid or cryptocrystalline silica; when freshly dug from the quarry they are soft and easily trimmed, but after exposure to the air for some time they become much harder, as their siliceous cement sets and passes into a rigid condition. Others contain fine scales of kaolin or of mica. Argillaceous materials may be compacted by mere pressure, like graphite and other scaly minerals.