Мои Конспекты
Главная | Обратная связь


Автомобили
Астрономия
Биология
География
Дом и сад
Другие языки
Другое
Информатика
История
Культура
Литература
Логика
Математика
Медицина
Металлургия
Механика
Образование
Охрана труда
Педагогика
Политика
Право
Психология
Религия
Риторика
Социология
Спорт
Строительство
Технология
Туризм
Физика
Философия
Финансы
Химия
Черчение
Экология
Экономика
Электроника

Химический состав горных пород



 

Можно утверждать, что, при прочих равных условиях, степень закарстованности больше там, где больше содержится в ней нерастворимых примесей. Влияние других факторов, как то: трещиноватости породы, количества, скорости движения и агрессивности циркулирующих вод, может сильно затушевывать влияние химического состава породы и иногда резко изменять картину.

Однако бывают исключения из выше сформулированного правила. Изучение воздействия подземных вод на мергели и другие нерастворяющиеся породы показало, что следует различать понятия растворения и разрушения породы. Под разрушением понимают суммарный результат выщелачивания из горной породы растворимых веществ и механического выноса током воды нерастворимого остатка. Бывает, что разрушение породы идет во много раз интенсивнее растворения. Там, где движение воды замедляется, нерастворимый остаток оседает, взвешенные частицы мути отстаиваются, – происходит отложение карстовой или пещерной глины

Разрушение породы в сравнении с растворением имеет особенно большое значение при образовании карстовых форм, а также в том случае, когда горная порода состоит из неодинаково растворимых минералов.

Если горная порода состоит из минералов с неодинаковой растворимостью и скоростью растворения, процесс ее разрушения усложняется. В известковистых доломитах, например, доломит и кварцит растворяются с разной быстротой в зависимости от их количественного соотношения в породе и скорости движения воды. При содержании доломита около 2 проц. скорость растворения кальцита меньше, чем доломита, при увеличении количества доломита соотношения скоростей растворения становится обратным и в первую очередь выщелачивается кальцит. Поэтому при растворении сильно доломитизированных известняков и известковистых доломитов. В виде остаточного продукта выщелачивания накапливается рыхлый доломит.

Отмечено, что в подобных литологических условиях карстовый процесс проявляется в разработке мелких многочисленных каверн, в высокой пористости породы, ничтожной ее прочности и в конечной стадии процесса – разрушении скальной породы с превращением ее в рыхлую мучнистую массу.

 

2.2 Структура горных пород

 

На влияние химического состава горной породы, выражающегося в наличии или отсутствии значительного количества нерастворимой примеси, накладывается влияние структуры породы, которое затушевывает влияние химического состава при мелких его вариациях.

Большое значение имеет пористость, дающая возможность проникновения воды внутрь блоков пород, заключенных между трещинами, и даже просачивания сквозь нетрещиноватые толщи. Пористость сильно увеличивает поверхность соприкосновения воды с породой, что способствует разрушению породы путем растворения.

При лабораторных исследования растворимости доломитов было установлено, что наиболее растворимы среднезернистые и особенно разнозернистые породы. Значительно труднее растворимы микрозернистые и крупнокристаллические карбонатные породы. Но растворимость мелких кристаллов выше, чем крупных, и плохая растворимость мелкокристаллических пород связана с их малой пористостью.

 

2.3 Трещиноватость горных пород

 

Трещиноватость горных пород является основным условием развития карста. Известняки являются плотной водонепроницаемой породой, циркуляция воды в них может происходить только по трещинам. Такими же плотными водонепроницаемыми породами в большинстве случаев являются гипсы и другие карстующиеся породы. Вот почему трещиноватость пород играет исключительную роль в процессе закарстовывания.

Влияние трещиноватости на развитие карста подчеркивалось очень многими исследователями карстовых форм, особенно исследователями пещер. [6]

Как поверхностные карстовые образования, так и внутренние пустоты связаны с трещиноватостью породы, которая является главной причиной развития карстовых образований, наряду с характером самой породы и доступом к ней просачивающихся вод. При образовании подземных форм карста трещины служат первичными водопроводящими путями, при образовании поверхностных форм любых размеров и типов – первичными каналами выноса материала водой в растворенном или взвешенном состоянии, благодаря чему и создаются на поверхности замкнутые формы. Коррозию вне связи с трещиноватостью можно представить только на покатых поверхностях обнаженных пород (или пород с проницаемой покрышкой), но и в этом случае она наиболее интенсивно будет проявляться там, где порода будет рассечена трещинами. Во всех случаях трещиноватость очень существенно отражается на внешнем облике форм. Часто она предопределяет расположение форм.

2.4 Тектонические структуры и мощность карстующихся пород

 

Поскольку на развитие карстовых процессов существенно влияет трещиноватость горных пород, то совершенно ясно, что этот процесс зависит косвенно и от интенсивности дислокационных процессов, которым подвергалась местность. Эта косвенная зависимость развития карста от тектоники отмечалась многими исследователями. Другим обстоятельством, не менее важным, является зависимость циркуляции подземных вод от характера тектонических структур.

 

2.5 Покровные образования и рельеф местности

 

Долгое время существовало представление, что карст не может развиваться при наличии покрова из слабо водопроницаемых образований значительной мощности.

Если геологические и геоморфологические условия обеспечивают интенсивную циркуляцию вод в растворяемых породах, то и под покровом слабо проницаемых пород создаются карстовые полости, в которые суффозионным путем просасывается или оседает покровный материал. При этом первоначально таким путем могут возникать полости в основании покровной толщи, а затем происходит оседание покровной кровли и образование поверхностных воронок.

Условия, благоприятные для развития карста под сравнительно мощными покровными образованиями, создаются в приподнятых краевых зонах синеклиз, где подземные воды движутся с большими скоростями по направлению к древним уступам или глубоко врезанным речным долинам. Выщелачивание происходит также в долинах в долинах рек непосредственно под руслом, поскольку русло реки является зоной дренажа подземных вод.

 

2.6 Крутизна склона топографической поверхности

 

Крутизна склона топографической поверхности в значительной мере определяет степень инфильтрации дождевых и талых снеговых вод. На участках с меньшей крутизной инфильтрация больше, поэтому здесь условия для развития карста благоприятнее.

 

2.7 Сила тяжести

 

Под действием силы тяжести происходит циркуляция вод в трещинах и каналах карстующейся толщи. Сила тяжести вызывает обрушение самих пород или в бортах каньонов и обрывов, или в сводах подземных полостей. Во всех случаях значение имеют тектонические трещины, расширяющиеся коррозией, а в последнем и трещины наслоения. «Сквозные» обрушения над подземными пустотами и туннелями подземных рек приводят к образованию провалов и к вскрытию речных долин. Обрушения в сводах подземных полостей по расширенным растворением тектоническим трещинам и трещинам наслоения играют большую роль в образовании пещерных камер и зал.

Напряжения, создающиеся под действием силы тяжести вдоль крутых откосов у бортов каньонов и долин, по краям уступов плато, расширяют трещины тектонической отдельности, что способствует проникновению воды вглубь толщи породы и развитию карста [6]

 

2.8 Подземные реки

 

Подземные реки, связанные с исчезающей наземной рекой или с исчезающим рукавом наземной реки, иногда пересекающие насквозь карстовые массивы, образовались благодаря просачиванию вод наземных водотоков в трещины породы, которые являлись первичными каналами для движения исчезнувшей воды под землей, а затем превратились вследствие растворяющего и размывающего действия потока в подземные туннели. Формирование этих туннелей тоже, в основном, должно было происходить снизу вверх по течению подземного потока, т.е. оттуда, где этот последний свободно изливался на дневную поверхность. Постепенное перемещение действующих поноров исчезающих наземных карстовых рек вверх по руслу является отражением постепенного «попятного» отступания верховья подземной реки, связанной с исчезающим наземным потоком.

Если подземная река протекает на уровне грунтовых вод, то она точно так же дренирует их, как и река наземная. Взаимоотношение такой реки с грунтовыми водами совершенно ясно. Одновременное существование таких подземных рек и грунтовых вод (трещинно-карстовых вод) является скорее правилом, нежели исключением.

 

Глава 3. Причины аккумуляции минеральных веществ в карстовых фациях

 

Сущность карстификации заключается в избирательном разрушении определенных горных пород с образованием полостей или емкостей. Но и в воронках, колодцах, пещерах можно наблюдать разнообразные отложения, порой значительной (более 5-10 м) мощности.

Заполнение карстовых форм минеральными веществами обусловлено многими причинами:

1)Ванновый, либо внутренний, характер этого явления, проницаемость подземных форм для газовых, жидких флюидов и отсутствие геологических факторов, препятствующих накоплению в них минеральных веществ. Карстовые формы являются отстойниками-ловушками минеральных частиц, переносимых ветром, водой, силой тяготения, животными и людьми. Правомерно утверждать, что полые или водоносные формы в недрах существуют до тех пор и постольку, пока и поскольку действуют динамические агенты, формирующие их и очи- тающие свободное пространство от отложений. В противном случае полости минерализуются и фиксируются как границы геологических тел, вторичных по отношению к карстуюшимся породам.

2)Сложная гидрологическая обстановка в пещерах. Расходы и скорости движения инфлюационных вод резко изменяются. Для пещерных ручьев и рек характерны большие уклоны и резкие перегибы продольного профиля. Так как в инфлюационных водах неизбежно содержатся взвеси и влекомый материал, то он накапливается на участках выполаживания продольного профиля водотока и в подземно-проточных озерах. В результате образуются толщи подземного аллювия. Флювиальные отложения характерны также для польев — замкнутых или полузамкнутых котловин, орошаемых водотоками [7]. В связи с резким изменением расходов водотока полье периодически подтапливается, и содержащиеся вводе взвеси осаждаются, создавая аккумулятивную поверхность днищ этих форм. Слабым током воды, инфильтруюшейся по крутым и субвертикальным корродированным трещинам растворимых пород, транспортируются лесчано-алеврито-глинистые частицы. Часть из них осаждается на стенках, а часть выносится либо скапливается у нижнего края трещины. В результате накопления дисперсных частиц и заиливания трещин образуются жилообразные тела кольматационных отложений [8].

3)Гравитационная неустойчивость сводов и стенок пещер, стенок некоторых внешних карстовых форм (колодцев, воронок, котловин). За счет вывалов кусков коренной породы, обвалов стен и обрушений сводов накапливаются гравитационные отложения. При этом часть обломков дробится, что способствует растворению или механическому удалению шлама и имеет следствием приращение объема полости. Кроме коренной породы в воронки, колодцы и шахты сносятся рыхлые покровные отложения и почва, за счет которых в раде случаев образуются сравнительно крупные конусы землисто—глыбового материала, окрашенного под цвет почвы.

4)Достижение раствором состояния насыщения минеральными солями. Подземные воды, инфильтруясь под землю, довольно быстро достигают состояния насыщения [7]. Отложение карбоната или сульфата кальция и других хемогенных минералов часто происходит из пересыщенных растворов на затравках. Пересыщение раствора достигается за счет испарения части растворителя в непроточных озерах, с поверхности или концов сталактитов и настенных кор. При падении гидрокарбонатного раствора на дно полости садка кальцита либо арагонита обусловливается потерей части углекислоты, возможно, изменением структуры раствора (частичного разрушения ионных комплексов). О том, что ударная нагрузка приводит к выпадению карбоната кальция из раствора, свидетельствуют, как правило, значительно более массивные формы сталагмитов по сравнению с парными им сталактитами. Дополнительным фактором, способствующим извлечению солей из растворов, является энергия кристаллической решетки, приводящая к росту определенных граней кристаллов в свободном пространстве. Образование экссудативных форм (геликтитов, сферолитов, антодитов, кристаллических сростков) в пещерах происходит и за счет ионов, содержащихся в водяном паре и конденсате.

5)Деятельность чуждых карстификации геодинамических агентов, случайно или систематически поставляющих минеральные компоненты в свободное пространство. Так, многие внешние формы улавливают ветровую пыль и песок, листовой опад, снег и другие вещества. Накопление метелевого снега во входных колодцах и шахтах - одна из важнейших предпосылок развития пещерного оледенения. Эти же элементы полостей являются ловушками для животных. Продукты жизнедеятельности и скелеты их представляют собой основу биогенных и смешанных отложений пещер. В ряде входных гротов и галерей открыты стоянки человека, соответственно имеются культурные слои, порой внушительной мощности.

6)Реакционные взаимодействия между рыхлыми алюмосиликатными образованиями и карбонатными породами. [9] Известно, что для каждой горной породы характерны определенные пределы вариации кислотно-щелочного потенциала и что гравитационные воды, содержащихся в них, приобретают достаточно своеобразный комплекс микроэлементов. При изменении геологической среды происходят различные реакции (ионного обмена, растворения, окисления, восстановления и пр.).

Следовательно, в определенных природных обстановках карстовые формы развиваются в неразрывном единство с осадочным заполнением. Отделять деструктивную форму и ее содержимое можно лишь идеально, в процессе научного исследовании. В природе они существуют в неразрывном единство. [9]

 

Глава 4. Источники вещества отложений карста

 

Континентальные обстановки, как наземные, так и подземные, обеспечивают поступление в карст разнообразных минеральных веществ. Чтобы осадконакопление в карсте было ощутимым, минеральных веществ должно быть сравнительно много по объему и массе. Но не всякие отложения интересуют литологов и Карстоведов, а прежде всего такие, которые представляют практический интерес. По этим причинам целесообразно различать источники веществ, связанные с седиментацией в карстовых формах и обеспечивающие количественную сторону литогенеза, а также связанные с постседиментационными процессами. Последние в значительной степени ответственны за качественную сторону карстового литогенеза.

Источники веществ при седиментации предложено разделять на автохтонный и аллохтонный. [10] Учитывая специфику карстификации, часто действующей под землей в неоднородной геологической среде, полагается различать также параавтохтонный источник осадочного материала, понимая под ним некарстующиеся включения (линзы сланцев, дайки, жилы и т.п.) и граничащие с телами растворимых пород тела иного состава. Это пласты терригенных и других пород или интрузивы с дизъюнктивным и реже интрузивным контактами. Такие тела поставляют несвойственные карсту вещества (в свежем либо выветрелом состоянии). Однако рассматривать их как аллохтонные образования не следует, так как они залегают почти в той же части геологического пространства, где и размешались до формирования карста. Транспорт вещества здесь очень незначительный - в пределах сечения карстовой формы.

В группу авто- и параавтохтонных источников входят карстующиеся породы и их нерастворимые остатки, включения иных пород, а также карстовые воды, являющиеся по сути растворами. К этой группе относятся также продукты химико-биологической седиментации в карстовых озерах и болотах, такие как торф, уголь, фосфориты, железные и марганцевые руды и т.п.

Карстующиеся породы и отчасти некарстующиеся включения встречаются в осадочном заполнении в виде дресвы, щебня и глыб, изредка в виде мучнистой либо глинистой разложенной массы. В гравитационных отложениях обломочного материала содержится 80- 100%. В телах смешанного происхождения (инфлювиально - гравитационных и др.) количество щебня и глыб составляет до 60%. Часто обломки карбонатных пород в суглинистом цементе сильно корродированны и с поверхности превращены в муку.

Качественно иными источниками веществ, поступающих в карст, являются продукты преобразования коренных пород и рыхлых аккумулятивных образований. Наложенные процессы воздействуют на авто-, параавто- и аллохтонные отложения, за счет чего возникают новые минеральные ассоциации. Изменению, в той или иной мере, подвержены сами карстующиеся породы. Соответственно, продукты их гипергенного преобразования поступают в карстовые формы.

Тела глинистых метасоматитов образуются на вертикальных и наклонных контактах алюмосиликатных и карбонатных толщ. В механизме их формирования обнаруживаются признаки биметасоматоза. В частности, автором было отмечено[8], что они предпочтительнее развиваются при контрастности составов контактирующих толщ, например на контактах ультраосновных изверженных пород с известняками либо глинистых сланцев, филлитов с доломитами и магнезитами. Взаимосвязанное преобразование контрастных по составу пород автор рассматривает как контактово-карстовый процесс. В результате его проявления обрадуются трансформационные и частично заменные метасоматиты /125/.

Выщелачивающий метасоматоз широко проявлен в отложениях покрытого карста. В некоторых разрезах в красноцветном инфлювии отмечалось появление аутигенных бобовин и рыхлых сфероидов (ооидов) с одновременным образованием гиббсита в количествах 5-15% /8, 166, 170/. Бокситизация отложений карста отмечалась неоднократно. Некоторые исследователи отводят ей ведущую роль в образовании руд алюминия в глубоком покрытом карсте [11].

Одним из распространенных видов гипергенных метасоматитов являются кремнистые породы. Поверхностное замещение известняка с образованием в низах метасоматической колонки кварцита, а в верхах маршалита. Известняк по резкой неровной границе сменяется сплошным кварцитом. При этом хорошо сохраняются структурно-текстурные особенности эдукта, заметны отпечатки фауны. Мощность зоны кварцита около 3 м. выше постепенно происходит дезинтеграция продукта с переходом его в пылевидный кварц (маршалит).

 

Глава 5.Полезные ископаемые карстовой фациальной области