Осадочные породы и их применение

ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ ОБ ОСАДОЧНЫХ ПОРОДАХ

На поверхности Земли в результате действия различных экзогенных факторов образуются осадки, которые в дальнейшем уплотняются, претерпевают различные физико-химические изменения - диагенез, и превращаются в осадочные горные породы. Осадочные породы тонким чехлом покрывают около 75% поверхности континентов. Многие из них являются полезными ископаемыми, другие - содержат таковые.

Среди осадочных пород выделяют три группы:

обломочные породы, возникающие в результате механического разрушения каких-либо пород и накопления образовавшихся обломков;

глинистые породы, являющиеся продуктом преимущественно химического разрушения пород и накопления возникших при этом глинистых минералов;

химические (хемогенные) и органогенные породы, образовавшиеся в результате химических и биологических процессов.

При описании осадочных горных пород так же, как и магматических, следует обращать внимание на их минеральный состав и строение. Первый является определяющим признаком для химических и органогенных пород, а также глинистых при микроскопическом их изучении. В обломочных породах могут присутствовать обломки любых минералов и горных пород.

Важнейшим признаком, характеризующим строение осадочных пород, является их слоистая текстура. Образование слоистости связано с условиями накопления осадков. Любые перемены этих условий вызывают либо изменение состава отлагающегося материала, либо остановку в его поступлении. В разрезе это приводит к появлению слоев, разделенных поверхностями напластования и часто различающихся составом и строением. Слои представляют собой более или менее плоские тела, горизонтальные размеры которых во много раз превышают их толщину (мощность). Мощность слоев может, достигать десятков метров или не превышать долей сантиметра. Изучение слоистости дает большой материал для познания палеогеографических условий, в которых формировалась изучаемая осадочная толща. Например, в морях на удалении от берега, в условиях относительно спокойного режима движения воды образуется параллельная, первично горизонтальная слоистость (рис. 1), в прибрежно-морских условиях - диагональная, в потоках морских и речных - косая (рис. 2.) и т.д. Важным текстурным признаком осадочных пород является также пористость, характеризующая степень их проницаемости для воды, нефти, газов, а также устойчивость под нагрузками. Невооруженным глазом видны лишь относительно крупные поры; более мелкие легко обнаружить, проверив интенсивность поглощения породой воды. Например, породы, обладающие тонкой, не видимой глазом пористостью прилипают к языку.

Структура осадочных пород отражает их происхождение - обломочные породы состоят из обломков более древних пород и минералов, т.е. имеют обломочную структуру; глинистые сложены мельчайшими не видимыми вооруженным глазом зернами преимущественно глинистых минералов - пелитовая структура; хемобиогенные обладают либо кристаллической структурой (от ясно видимой до скрытокристаллической), либо аморфной, либо органогенной, выделяемой в тех случаях, когда порода представляет собой скопление скелетных частей организмов или их обломков.

Большинство осадочных пород является продуктом выветривания и размыва материала ранее существовавших пород. Меньшая часть осадков происходит из органического материала, вулканического пепла, метеоритов, минерализованных вод. Различают осадки терригенные (табл. 1.), осадки органического, вулканического, магматического и внеземного происхождения.

Таблица 1. Материал, слагающий осадочные породы

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ ОСАДОЧНЫХ ПОРОД

Осадочные породы имеют исключительно важное практическое и теоретическое значение. В этом отношении с ними не могут сравниться никакие другие горные породы.

Осадочные породы самые важные в практическом отношении: это и полезные ископаемые, и основания для сооружений, и почвы.

Человечество добывает из осадочных пород более 90 % полезных ископаемых. Большая часть из них берется только из осадочных пород: нефть, газ, уголь и другие горючие ископаемые, алюминиевые, марганцевые и другие руды, цементное сырье, соли, флюсы для металлургии, пески, глины, удобрения и т. д.

Руды черных и цветных металлов. Основной металл современной техники - железо добывается почти нацело (более 90 %) из седилитов, если учитывать и железистые кварциты докембрия, являющиеся в настоящее вpeмя метаморфическими породами, но сохраняющими свой первоначальный седиментационный вещественный состав. Основными рудами пока остаются молодые мезокайнозойские оолитовые морские и континентальные залежи аллювиального, дельтового и прибрежно-морского типов и коры выветривания тропических стран: Кубы, Южной Америки, Гвинеи и других стран Экваториальной Африки, островов Индийского и Тихого океанов, Австралии. Эти руды обычно чистые, легко доступны для разработки открытым способом, часто готовы для металлургического процесса, и их запасы колоссальны. С ними начинают конкурировать железистые кварциты, или джеспилиты, архея и протерозоя, гигантские, запасы которых имеются на всех материках, но они требуют обогащения. Их разрабатывают также открытым способом, например в Михайловском и Лебединском карьерах КМА, на Украине, в Южной Австралии и других странах. Помимо этих двух основных типов важны сидеритовые руды протерозоя (рифея) Бакала (Башкирия). Другие типы озерно-болотные (на них работали при Петре 1 железорудные заводы Петрозаводска), вулканогенно-осадочные (лимонитовые каскады и др.), сидеритовые конкреции паралических угленосных толщ - второстепенны.

Марганцевые руды на все 100 % добываются из осадочных пород. Основными типами месторождений их являются мелководные морские, приуроченные к спонrолитам, пескам, глинам. Таковы месторождения-гиганты Никополя (Украина), Чиатуры (Западная Грузия), восточного склона Урала (Полуночное, Марсяты и др.), а также Лабы (Северный Кавказ) и Мангышлака. Самое поразительное, что почти все они приурочены к узкому временному интервалу - олигоцену. Вторым типом являются вулканогенно-осадочные руды палеoзоя, главным образом девона: на Урале в Магнитогорском эвгеосинклинальном прогибе, часто в яшмах; в Казахстане - во впадинах Атасуйского района и др. Железомарганцевые конкреции океанов - второстепенные руды на марганец. Этот металл может добываться лишь попутно с кобальтом, никелем, медью.

Хромовые руды, наоборот, добываются в основном из магматических пород, а на долю осадочных приходится всего 7%. Все другие компоненты черной металлургии - флюсы - понижающие температуру плавления (известняки), кокс (угли коксующиеся), формовочные пески- добываются нaцeло из осадочных пород.

Руды цветных u легких металлов на 100-50 % добываются из осадочных пород. Алюминий нацело выплавляется из бокситов, как и магниевые руды из магнезитов осадочного генезиса. Основным типом месторождений бокситов служат современные или мезокайнозойские коры выветривания латеритного профиля, развивающиеся в тропическом влажном поясе Земли. Другие типы - это переотложенные латеритные коры выветривания ближнего (коллювий, аллювий, карстовые полосы) или несколько более дальнего (прибрежная лагунная и другая затишная зона) разноса. Крупнейшими такими месторождениями являются нижнекаменноугольные Тихвинские, среднедевонские Красная Шапочка, Черемуховское и другие месторождения, составляющие Северо-Уральский бокситовый район (СУБР), Северо-Американские (Apканзасские и др.), Венгерские и др.

Магний добывается в основном из магнезитов и отчасти из доломитов осадочного генезиса. Крупнейшими в России и мире являются рифейские Саткинские месторождения в Башкирии метасоматического, очевидно катагенетического, гeнeзиса по первичным доломитам. Толщина тел магнезитов достигает многих десятков метров, а мощность толщи 400 м.

Титановые руды на 80 % осадочные, россыпные (рутил, ильменит, титаномагнетиты и др.), состоящие из остаточных минералов, мобилизованных из магматических пород.

Медные руды на 72 % осадочные - медистые песчаники, глины, сланцы, известняки, вулканогенно-осадочные породы. Большей частью они связаны с красноцветными аридными формациями девона, перми и другого возраста. Никелевые руды на 76% осадочные главным образом коры выветривания ультраосновных пород, cвинцoвo-цинкoвыe на 50 % вулканогенно-осадочные, гидротермально-осадочные, а оловянные - россыпи касситеритов - на 50 % осадочные.

Руды «малых» и редких элементов на l00-75% осадочные: на 100% цирконо-гафниевые (россыпи цирконов, рутилов и др.), на 80% кобальтовые, на 80% peдко-земельные (монацитовые и друrие россыпные) и на 75 % тантало-ниобиевые, также в значительной мере россыпные.

ПОЛЕЗНЫЕ ИСКОПАЕМЫЕ, СВЯЗАННЫЕ С КАРБОНАТОЛИТАМИ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ

Карбонатными породами, или карбонатолитами, называют осадочные образования, более чем наполовину состоящие из карбонатных минералов - кальцита, арагонита, доломита, сидерита, магнезита, анкерита и др. Некоторые карбонатные породы традиционно относят к другим группам пород: родохрозитолиты - к марганцевым рудам, или манганолитам, сода (натриевый карбонат) - к солям, или эвапоритам.

По распространенности в стратисфере карбонатолиты занимают второе место и составляют около 20 % осадочной оболочки Земли, уступая лишь глинам. Они слагают рифовые, мелководно-шельфовые и планктоногенно-океанические формации, встречаются в составе других осадочных и вулканогенно-осадочных формаций как в виде пластов и линз, так и в виде обломков олистолитов нередко гигантского (в сотни метров) размера. Из-за исключительно важноrо теоретического и практического значения карбонатолиты стали изучаться более 250 лет назад.

Практическое значение карбонатолитов состоит в том, что все они - полезные ископаемые (Инструкция..., 1961 и др.; Требования..., 1962; Типы..., 1980). Известняки - удобрение (известкование кислых почв), стройматериалы (бут, строительный и облицовочный камень, материал для мощения дорог и т. д.), сырье для производства извести, цемента, флюс в металлургии, литографский камень в печатном деле, писчий мел; они широко применяются в сахарной, химической (карбид кальция, синтетический каучук), текстильной, бумажной (мелованная бумага), кожевенной, парфюмерной (зубной порошок) и другой промышленности. Доломиты во многом применяются там же, где и известняки, но служат также и для получения магния, огнеупоров, в том числе и огнеупорной одежды. Сидериты железная руда, утяжелитель для приготовления буровых глиняных растворов. Магнезиты - сырье для получения магния и огнеупоров. Родохрозиты - основная руда на марганец.

Крупнейшие месторождения России и СНГ: известняк (Еленовское, Украина; Данковское, Челябинская область), доломит (Порецкое, Чувашия; Данковское, Челябинская область; Еленовское, Украина), сидерит (Бакальская группа месторождений сидеритов и бурых железняков, Челябинская область, Башкортостан), магнезит (Савинское, Иркутская область; Саткинское, Челябинская область), родохрозит (Тигриное, Приморский край; Полуночное, Урал; Никопольское, Украина).

ПОЛЕЗНЫЕ ИСКОПАЕМЫЕ, СВЯЗАННЫЕ С СОЛЯНЫМИ ПОРОДАМИ (СОЛЯМИ) ИЛИ ЭВАПОРИТАМИ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ

Соляными породами, или, более кратко, солями и эвапоритами, называют геологические образования, более чем наполовину состоящие из самых растворимых минералов - хлоридов, сульфатов, нитратов и других солей, которые могут рассматриваться и как самостоятельные группы осадочных пород: хлоридолиты, cyльфатолиты, нитратолиты, боратолиты и даже карбонатолиты, если рассматривать соду в составе соляных пород, с которыми она тесно связана генетически.

Соль - один из основных продуктов питания, калийные и азотные соли - ценнейшие удобрения, все соли - ценное химическое сырье, многие гипсы - поделочные камни и сырье для стройматериалов и производства алебастра; по сульфатам образуются месторождения серы (при восстановлении углеводородами и дальнейшем окислении; Kyдрявцев, 1966).

Каменная соль (рис. 3.) используется в анилино- и лакокрасочной, лесохимической, азотной, текстильной, фармацевтической, металлургической, кожевенной, нефтяной промышленности, в производстве пластических масс. Крупные водянопрозрачные кристаллы — в оптических приборах.

Сильвин(минерал) (искусственные) применяются в оптических системах спектрографов и других приборах.

Сода — один из важнейших продуктов химической промышленности. В больших количествах её используют в стекольном, мыловаренном, бумажном и красильном производствах; она применяется также для умягчения воды паровых котлов. Na₂ CO₃ — исходный продукт для получения NaOH, Na₂ B₄ O₇ , Na₂ HPO₄ . NaHCO₃ используют в производстве безалкогольных напитков, хлебобулочных и кондитерских изделий. В медицине гидрокарбонат натрия применяют внутрь в таблетках, порошках и растворах для нейтрализации избытка соляной кислоты в желудочном соке (например, при гастритах), наружно — в виде растворов для полосканий горла, а также для промывания кожи при попадании на неё кислот. При некоторых заболеваниях растворы NaHCO3 вводят внутривенно. Входит в состав многих лекарственных средств.

Промышленная ценность гипса обусловлена его поведением при обжиге. Если при этом он теряет три четверти связанной воды, то получается штукатурный гипс («парижская штукатурка»), который снова поглощает воду и затвердевает («схватывается»), при этом ему можно придать какую угодно форму. Гипс находит весьма широкое применение в сыром и обожженном виде. Наиболее широко он используется для получения строительных полуфабрикатов, например обшивочных листов и сухой штукатурки. Сырой (необожженный) гипс применяется для производства портландцемента (минерал подмешивается к цементу для замедления процесса «схватывания»), а также в качестве удобрения. Третья главная область применения гипса – производство разных штукатурок.

Крупнейший мировой производитель гипса – США, располагающие действующими рудниками в 17 штатах (Нью-Йорк, Мичиган, Калифорния, Невада, Айова, Техас и др.). Другие ведущие страны – Австралия, Канада, Египет, Франция, Россия, ФРГ, Австрия, Словакия, Великобритания. В жарких сухих климатических условиях (пустыня Сахара, Туркменистан, Нижнее Поволжье и др.) встречаются оригинальные сростки пластинок гипса – «розы пустыни», которые весьма ценятся коллекционерами. Алебастр и селенит широко используются в камнерезном деле для изготовления мелкой пластики.

Ангидрит — распространённый поделочный камень, по твёрдости занимающий промежуточное положение между яшмой, нефритом и агатом, с одной стороны, и мягким селенитом и кальцитом — с другой. Ангидрит может быть белым, голубоватым, сероватым, реже красноватым. В Ломбардии (Италия) он издавна использовался вместо мрамора. В XIX века и в начале XX века было популярно резать из ангидрита письменные приборы. В наши дни популярны в продаже резные фигурки из ангидрита.

Барит применяется, в основном, в качестве утяжелителя буровых растворов (70% мирового потребления); служит лучшей основой в производстве цветных красок; специальных цементов, устойчивых в агрессивных средах; "тяжелых" бетонов, применяемых в фундаментах тяжеловесных конструкций при прокладке трубопроводов в заболоченных местах и под водой; в дорожном строительстве; для получения прочного и гибкого слоя верхних покрытий дорожек в аэропортах. Химическая промышленность применяет барит в производстве солей бария, используемых в различных отраслях промышленности. Кроме того, барит служит наиболее дешевым защитным материалом при строительстве "могильников" и реакторов в ядерной энергетике (Ахманов и др., 1995).

Карналлит применяется как удобрение; сырьё для получения магния, хлора и калия. Крупнейшие месторождения в России — Соликамское на Урале, за рубежом — в ГДР (Штасфурт, Ашерслебен и др.), ФРГ, США, Тунисе.

Бишофит используется в производстве ксилолита — для наливных полов, некоторых литых изделий — плитка, подоконники п др. Так же технический бишофит используется в химической и металлургической промышленности, сельском хозяйстве. Для оздоровительных целей специально добывается менее 1 % всего объема бишофита.

Фториды достаточно широко используются в промышленности: один из главных источников получения свободного фтора, некоторые фториды неметаллов применяются в качестве окислителя ракетного топлива (ClF3, ClF5), для изотопного разделения урана (UF6), для производства оптических стёкол (LiF, MgF₂ , CaF₂ и др.), для фторирования органических и не органических соединений (CoF3, AgF, ClF₅ ), гексафторид серы применяют в качестве газообразного диэлектрика.

Натриевая селитра в сельском хозяйстве служит азотным удобрением. Натриевуюселитру применяют как основное удобрение, рядковое и в подкормку на разных почвах под все культуры. Наиболее эффективна под сахарную свёклу, столовые и кормовые корнеплоды, которые потребляют сравнительно много Na, под пшеницу, ячмень, особенно (вследствие физиологической щёлочности) на кислых дерново-подзолистых почвах.

Калиевая селитра (калий азотнокислый технический, нитрат калия) предназначается для химической, стекольной, радио- и электротехнической, машиностроительной и других отраслей народного хозяйства.

Бораты используют для умягчения воды, вводят в состав стиральных порошков, применяют в стекольной промышленности. В лабораторной практике с помощью боратов готовят буферные системы, а также используют бораты как плавни и для качественного определения оксидов металлов (см. перл (химия)). Метаборат свинца Pb(BO2)2 применяют при изготовлении экранов, защищающих от радиоактивного излучения.

ПОЛЕЗНЫЕ ИСКОПАЕМЫЕ, СВЯЗАННЫЕ С ФОСФАТНЫМИ ПОРОДАМИ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ

Фосфоритами называют породы, больше чем на 50% сложенные фосфатными минералами. При определении фосфоритов как руды на фосфор (для удобрений) кондиции значительно ниже, в некоторых случаях (когда породы легко обогатимые, например рыхлые) до 5% Р₂ О₅ , например в оболовых песках нижнего ордовика в Прибалтике. Кларк Р₂ О₅ в глинах - 0,17 %, в известняках - 0,04 %. Породы с 19,5 % Р₂ О₅ содержат почти 50% фосфата кальция «апатита», а с 7,8% около 20 % «апатита».

Практическое значение фосфоритов огромно: это необходимые удобрения и как таковые используются в основном в виде суперфосфата кальция. Ежегодная их добыча растет и в настоящее время достигает первых сотен миллионов тонн. Ocновными фосфоритдобывающими странами являются Mapокко, Алжир, Тунис, США, Россия, Казахстан, Узбекистан, Египет, Австралия, Науру, Китай, Монголия. Разрабатываются фосфориты венда (Сибирь, Монголия), кембрия (Австралия, Китай, Монголия, Казахстан и др.), ордовика (Прибалтика), силура (Сибирь), девона (Дальний Восток), перми (США, Предуралье), триаса (Мангышлак и др.), юры (Русская плита, Франция, Бельгия и др.), мела (Русская плита, Англия и др.), особенно крупные в Северной Африке и Восточном Присредиземноморье, палеогена (Северная Африка, Ближний Восток, Средняя Азия, США и др.),неогена (США, Флорида), плейстоцена и голоцена (о. Науру и др.).

Фосфоритами как полезными ископаемыми называют породы с содержанием Р 2 О Б иногда вceгo в 5-6 %, но чаще более 10%: бедные 10-18% Р 2 О Б , среднего качества 18-24, богатые 24-40 %. Весьма вредной, но часто присутствующей примесью являются халцедон и кварц, особенно аутигенные, цементные, так как они затрудняют обогащение. Другие обычные примесные компоненты: глауконит, кальцит, доломит, квapцевый песок, железные минералы, глинистое вещество. Более 60-70 % фосфоритовых запасов сосредоточено в ceноне - палеогене Марокко. Этот уникальный факт не нашел еще полного объяснения литологов. В общей форме сверхгигантские запасы и месторождения фосфоритов Марокко и дpyгих стран Северной


29-04-2015, 00:42