Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Гробницы кохского типа, высеченные в разноцветном песчанике Петры , Иордания

Песчаник представляет собой обломочную осадочную породу, состоящую в основном из силикатных зерен размером от 0,0625 до 2 мм . Песчаники составляют от 20 до 25 процентов всех осадочных пород. [1]

Большая часть песчаника состоит из кварца или полевого шпата (оба силиката ), потому что они являются наиболее устойчивыми минералами к процессам выветривания на поверхности Земли, как видно из серии исследований растворения Голдича . [2] Как и нецементированный песок , песчаник может быть любого цвета из-за примесей в минералах, но наиболее распространенными цветами являются коричневый, коричневый, желтый, красный, серый, розовый, белый и черный. Поскольку пласты песчаника часто образуют хорошо заметные скалы и другие топографические особенности, определенные цвета песчаника четко отождествляются с определенными регионами.

Скальные образования, которые в основном состоят из песчаника, обычно позволяют просачиваться воде и другим флюидам и достаточно пористы , чтобы хранить большие количества, что делает их ценными водоносными горизонтами и нефтяными резервуарами . [3] [4]

Кварцсодержащий песчаник может превращаться в кварцит в результате метаморфизма , обычно связанного с тектоническим сжатием в пределах орогенных поясов . [5] [6]

Истоки [ править ]

Песок из государственного парка Коралловые розовые песчаные дюны , штат Юта . Это зерна кварца с гематитовым покрытием оранжевого цвета. Масштабная линейка 1,0 мм.

Песчаники имеют обломочное происхождение (в отличие от органических , таких как мел и уголь , или химических , таких как гипс и яшма ). [7] Силикатные зерна песка, из которых они образуются, являются продуктом физического и химического выветривания коренных пород. [8] Выветривание и эрозия наиболее быстрыми темпами в областях с высоким рельефом, таких как вулканические дуги , районы континентального рифтинга и орогенные пояса . [9]

Интерьер из красного песчаника в Нижнем каньоне Антилопы , штат Аризона , изношенный эрозией в результате внезапных наводнений за тысячи лет
Тафони в Твифелфонтейн в Намибии

Эродированный песок переносится реками или ветром из его источников в среду осадконакопления, где тектоника создала пространство для накопления отложений. В преддуговых бассейнах обычно накапливаются пески, богатые каменными зернами и плагиоклазом . Внутриконтинентальные бассейны и грабены вдоль окраин континентов также являются обычными средами отложения песка. [10]

Поскольку осадки продолжают накапливаться в среде осадконакопления, более старый песок погребен более молодыми отложениями и подвергается диагенезу . В основном это уплотнение и литификация песка. [11] [12] Ранние стадии диагенеза, описываемые как эогенез , происходят на небольших глубинах (несколько десятков метров) и характеризуются биотурбацией и минералогическими изменениями в песках с незначительным уплотнением. [13] Красный гематит, который придает красный цвет песчаникам, вероятно, образовался во время эогенеза. [14] [15]Более глубокое захоронение сопровождается мезогенезом , в ходе которого происходит большая часть уплотнения и литификации. [12]

Уплотнение происходит, когда песок подвергается возрастающему давлению со стороны вышележащих отложений. Зерна осадка перемещаются в более компактные структуры, пластичные зерна (например, зерна слюды ) деформируются, а поровое пространство уменьшается. В дополнение к этому физическому уплотнению может происходить химическое уплотнение с помощью раствора под давлением . Точки контакта между зернами подвергаются наибольшему напряжению, и минерал, подвергнутый фильтрации, более растворим, чем остальное зерно. В результате точки контакта растворяются, позволяя зернам войти в более тесный контакт. [12]

Литификация следует за уплотнением, так как повышение температуры на глубине ускоряет отложение цемента, который связывает зерна вместе. Раствор под давлением способствует цементированию, так как минерал, растворенный в точках контакта с напряжением, переотлагается в ненапряженных поровых пространствах. [12]

Механическое уплотнение происходит в основном на глубине менее 1000 метров (3300 футов). Химическое уплотнение продолжается до глубины 2 000 метров (6 600 футов), а большая часть цементации происходит на глубинах 2 000–5 000 метров (6 600–16 400 футов). [16]

Раскрытие погребенного песчаника сопровождается телогенезом , третьим и заключительным этапом диагенеза. [13] Поскольку эрозия уменьшает глубину захоронения, повторное воздействие метеорной воды вызывает дополнительные изменения в песчанике, такие как растворение части цемента с образованием вторичной пористости . [12]

Компоненты [ править ]

Зерна каркаса [ править ]

Райский карьер, Сидней , Австралия
Зернистый песок и гранитоид, из которого он получен

Зерна каркаса представляют собой обломки обломков размером с песок (от 0,0625 до 2 миллиметров (от 0,00246 до 0,07874 дюйма) в диаметре), которые составляют основную часть песчаника. [17] [18] Эти зерна можно разделить на несколько категорий в зависимости от их минерального состава:

  • Зерна кварцевого каркаса являются доминирующими минералами в большинстве обломочных осадочных пород ; это потому, что они обладают исключительными физическими свойствами, такими как твердость и химическая стабильность. [1] Эти физические свойства позволяют зернам кварца выдерживать многократную переработку, а также позволяют зернам иметь некоторую степень округления. [1] Зерна кварца происходят из плутонических пород, которые имеют кислое происхождение, а также из более старых песчаников, которые были переработаны.
  • Зерна полевошпатового каркаса обычно являются вторым по распространенности минералом в песчаниках. [1] Полевой шпат можно разделить на щелочные полевые шпаты и полевые шпаты плагиоклаза, которые можно различить под петрографическим микроскопом. [1]
  • Щелочной полевой шпат имеет химический состав от KAlSi 3 O 8 до NaAlSi 3 O 8 . [1]
  • Состав полевого шпата плагиоклаза варьируется от NaAlSi 3 O 8 до CaAl 2 Si 2 O 8 . [1]
Микрофотография песчинки вулканического происхождения ; верхнее изображение представляет собой плоско-поляризованный свет, нижнее изображение - кросс-поляризованный свет, масштабная рамка слева по центру составляет 0,25 миллиметра. Этот тип зерна был бы основным компонентом каменного песчаника.
  • Зерна каменного каркаса (также называемые каменными фрагментами или каменными обломками) представляют собой куски древней материнской породы, которые еще не выветрились до отдельных минеральных зерен. [1] Каменные обломки могут быть любыми мелкозернистыми или крупнозернистыми магматическими, метаморфическими или осадочными породами [1], хотя наиболее распространенными каменными фрагментами, обнаруженными в осадочных породах, являются обломки вулканических пород. [1]
  • Акцессорные минералы - это все другие минеральные зерна в песчанике. Эти минералы обычно составляют лишь небольшой процент зерен в песчанике. Общие акцессорные минералы включают слюды ( мусковит и биотит ), оливин , пироксен и корунд . [1] [19] Многие из этих дополнительных зерен более плотные, чем силикаты, составляющие основную массу породы. Эти тяжелые минералы обычно устойчивы к атмосферным воздействиям и могут использоваться в качестве индикатора зрелости песчаника с помощью индекса ZTR . [20] Общие тяжелые минералы включают циркон , турмалин ,рутил (отсюда ZTR ), гранат , магнетит или другие плотные, стойкие минералы, полученные из материнской породы.

Матрица [ править ]

Матрица - это очень тонкий материал, который присутствует в межузельных порах между зернами каркаса. [1] Природа матрицы внутри порового пространства внедрения дает двоякую классификацию:

  • Арениты представляют собой текстурно чистые песчаники, которые не содержат или имеют очень мало матрикса. [19]
  • Вакки представляют собой текстурно- грязные песчаники со значительным количеством матрикса. [18]

Цемент [ править ]

Цемент - это то, что связывает вместе зерна силикокластического каркаса. Цемент - вторичный минерал, который образуется после отложения и во время захоронения песчаника. [1] Эти цементирующие материалы могут быть силикатными или несиликатными минералами, такими как кальцит. [1]

  • Кремнеземистый цемент может состоять из минералов кварца или опала . Кварц - самый распространенный силикатный минерал, который действует как цемент. В песчанике, где присутствует кремнеземистый цемент, зерна кварца прикрепляются к цементу, что создает ободок вокруг кварцевого зерна, называемый разрастанием. Нарастание сохраняет ту же кристаллографическую непрерывность зерна кварцевого каркаса, которое цементируется. Опаловый цемент содержится в песчаниках, богатых вулканогенными материалами, и очень редко встречается в других песчаниках. [1]
  • Кальцитовый цемент - самый распространенный карбонатный цемент. Кальцитовый цемент представляет собой набор более мелких кристаллов кальцита. Цемент прилипает к зернам каркаса, склеивая зерна каркаса вместе. [1]
  • К другим минералам, которые действуют как цементы, относятся: гематит , лимонит , полевой шпат , ангидрит , гипс , барит , глинистые минералы и минералы цеолита . [1]

Поровое пространство [ править ]

Поровое пространство включает открытые пространства внутри камня или почвы. [21] Поровое пространство в породе имеет прямое отношение к пористости и проницаемости породы. На пористость и проницаемость напрямую влияет способ уплотнения песчинок. [1]

  • Пористость - это процент от общего объема, который заполнен пустотами в данной породе. [21] Пористость напрямую зависит от упаковки сферических зерен одинакового размера, которые меняются от рыхлых до плотно упакованных в песчаниках. [1]
  • Проницаемость - это скорость, с которой вода или другие жидкости проходят через породу. Для грунтовых вод рабочая проницаемость может быть измерена в галлонах в день через поперечное сечение площадью один квадратный фут при единичном гидравлическом градиенте . [21]

Типы песчаника [ править ]

Схематическая диаграмма QFL, показывающая тектонические провинции
Кросс-слоистость и размыв в песчанике формации Логан ( нижний карбон ) округа Джексон, штат Огайо

Песчаники обычно классифицируются путем точечного подсчета тонкого разреза с использованием такого метода, как метод Газзи-Дикинсона . Это дает относительное процентное содержание кварца, полевого шпата и каменных зерен, а также количество глинистой матрицы. Композиция из песчаника может предоставить важную информацию о происхождении осадков при использовании с треугольной Q uartz, F eldspar, L ithic фрагмент ( QFL диаграмма ). Однако геологам не удалось согласовать набор границ, разделяющих области треугольника QFL. [1]

Наглядные пособия - это диаграммы, которые позволяют геологам интерпретировать различные характеристики песчаника. Например, диаграмма QFL может быть отмечена моделью происхождения, которая показывает вероятное тектоническое происхождение песчаников с различным составом зерен каркаса. Аналогичным образом, этап диаграммы структурной зрелости иллюстрирует различные этапы, через которые проходит песчаник по мере увеличения степени кинетической обработки отложений. [22]

  • Диаграмма QFL - это представление зерен и матрицы каркаса, присутствующих в песчанике. Эта диаграмма похожа на те, которые используются в петрологии вулканических пород. При правильном построении эта модель анализа создает значимую количественную классификацию песчаников. [23]
  • Диаграмма происхождения песчаника обычно основана на диаграмме QFL, но позволяет геологам визуально интерпретировать различные типы мест, из которых могут происходить песчаники.
  • График стадии текстурной зрелости показывает различия между незрелыми, недозрелыми, зрелыми и сверхзрелыми песчаниками. По мере того, как песчаник становится более зрелым, зерна становятся более округлыми, и в матрице породы становится меньше глины. [1]

Схема классификации Дотта [ править ]

Схема классификации песчаников Дотта (Dott, 1964) - одна из многих таких схем, используемых геологами для классификации песчаников. Схема Дотта является модификацией классификации силикатных песчаников, предложенной Гилбертом, и объединяет концепции двойной текстурной и композиционной зрелости Р.Л. Фолка в одну систему классификации. [24] Философия объединения схем Гилберта и Р.Л. Фолка заключается в том, что они лучше способны «изобразить непрерывный характер изменения текстуры от аргиллита к арениту и от стабильного к нестабильному зерновому составу». [24] Схема классификации Дотта основана на минералогии зерен каркаса и на типе матрицы, присутствующей между зернами каркаса.

В этой конкретной схеме классификации Дотт установил границу между аренитом и вакками на уровне 15% матрицы. Кроме того, Дотт разделяет различные типы зерен каркаса, которые могут присутствовать в песчанике, на три основные категории: кварц, полевой шпат и каменные зерна. [1]

  • Арениты - это типы песчаника, которые имеют менее 15% глинистой матрицы между зернами каркаса.
    • Кварцевые арениты - это песчаники, содержащие более 90% кремнистых зерен. Зерна могут включать обломки кварца или кремня . [1] Кварцевые арениты структурно зрелые до сверхзрелых песчаников. Эти чистые кварцевые пески являются результатом обширного выветривания, которое произошло до и во время транспортировки. Это выветривание удалило все, кроме зерен кварца, самого устойчивого минерала . Они обычно связаны с породами, которые откладываются в стабильной кратонной среде, такой как эоловые пляжи или шельфовые среды. [1]Кварцевые арениты образуются в результате многократной переработки зерен кварца, как правило, в виде осадочных материнских пород и реже в виде отложений первого цикла, образованных из первичных магматических или метаморфических пород . [1]
    • Полевошпатовые арениты - это песчаники, которые содержат менее 90% кварца и больше полевого шпата, чем нестабильные каменные фрагменты, и второстепенные акцессорные минералы. [1] Полевошпатовые песчаники обычно незрелые или недозрелые. [1] Эти песчаники встречаются в кратонной или стабильной обстановке шельфа. [1] Полевошпатовые песчаники происходят из первично кристаллических пород гранитного типа. [1] Если песчаник состоит в основном из плагиоклаза, то он имеет вулканическое происхождение. [1]
    • Каменные арениты в целом характеризуются высоким содержанием нестабильных каменных обломков. Примеры включают вулканические и метаморфические обломки, хотя устойчивые обломки, такие как кремни, обычны в каменных аренитах. [1] Этот тип породы содержит менее 90% зерен кварца и более нестабильные фрагменты, чем полевые шпаты. [1] Они обычно от незрелых до недозрелых текстурно. [1] Они связаны с речными конгломератами и другими речными отложениями или с более глубокими морскими конгломератами. [1] Они образуются в условиях, когда образуются большие объемы нестабильного материала, происходящего из мелкозернистых пород, в основном сланцев , вулканических пород и метаморфических пород .[1]
  • Вакки - это песчаники, содержащие более 15% глинистой матрицы между зернами каркаса.
    • Кварцевые вакки встречаются нечасто, поскольку кварцевые арениты структурно созрели до сверхзрелых. [1]
    • Вакки из полевого шпата представляют собой полевошпатовый песчаник, содержащий матрицу более 15%. [1]
    • Литиевый вак - это песчаник, в котором матрица превышает 15%. [1]
  • Песчаники Аркозе на более чем 25 процентов состоят из полевого шпата . [7] Зерна, как правило, плохо окатаны и хуже отсортированы, чем зерна чистых кварцевых песчаников. Эти шпата богатых песчаников приходят из быстро разрушающихся гранитных и метаморфических местности , где химическое выветривание является подчиненным к физическому выветриванию .
  • Песчаники Грейвакке представляют собой неоднородную смесь обломков каменных пород и угловатых зерен кварца и полевого шпата или зерен, окруженных мелкозернистой глинистой матрицей . Большая часть этой матрицы образована относительно мягкими обломками, такими как сланец и некоторые вулканические породы, которые химически изменены и физически уплотнены после глубокого захоронения песчаника.

Использует [ редактировать ]

Главный четырехугольник Сиднейского университета , так называемого университета песчаника.
Статуя из песчаника Мария Immaculata работы Фиделиса Спорера, около 1770 года, во Фрайбурге , Германия
17000-летняя масляная лампа из песчаника обнаружена в пещерах Ласко , Франция

Песчаник использовался с доисторических времен для строительства, декоративно-прикладного искусства и предметов домашнего обихода и продолжает использоваться. Он широко используется во всем мире при строительстве храмов, домов и других построек. [25]

Хотя его устойчивость к атмосферным воздействиям варьируется, с песчаником легко работать. Это делает его обычным строительным и дорожным материалом, в том числе асфальтобетоном . Однако некоторые типы, которые использовались в прошлом, такие как песчаник Коллихерст, используемый в Северо-Западной Англии , имели плохую долговременную атмосферостойкость, что требовало ремонта и замены в старых зданиях. [26] Из-за твердости отдельных зерен, однородности размера зерен и рыхлости их структуры некоторые типы песчаника являются отличными материалами для изготовления точильных камней., для заточки лезвий и другого инвентаря. Не рыхлый песчаник можно использовать для изготовления точильных камней для измельчения зерна, например, песчаника .

Тип чистого кварцевого песчаника, ортокварцит, с более чем 90–95 процентами кварца [27] , был предложен для включения в список Global Heritage Stone Resource . [28] В некоторых регионах Аргентины облицованный ортокварцитом фасад - одна из главных особенностей бунгало в стиле Мар-дель-Плата . [28]

См. Также [ править ]

  • Размерный камень  - натуральный камень, обработанный до определенных размеров и форм.
  • Список песчаников  - статья со списком в Википедии
  • Куркар  - региональное название эолового кварцевого камня на побережье Леванта.
  • Осадочный бассейн  - области длительного проседания, создающие пространство для заполнения отложениями.
  • Сиднейский песчаник
  • Yorkstone  - разновидность песчаника из Йоркшира, Англия.

Заметки [ править ]

  1. ^ a b c d e f g h i j k l m n o p q r s t u v w x y z aa ab ac ad ae af ag ah ai aj ak al Boggs, Sam (2006). Основы седиментологии и стратиграфии (4-е изд.). Река Аппер Сэдл, Нью-Джерси: Пирсон Прентис Холл. С. 119–135. ISBN 0131547283.
  2. ^ Prothero & Schwab, Дональд Р. и Фред (1996). Осадочная геология . WH Freeman. п. 24. ISBN 0-7167-2726-9.
  3. ^ Суонсон, Сьюзен К .; Bahr, Jean M .; Брэдбери, Кеннет Р.; Андерсон, Кристин М. (февраль 2006 г.). «Доказательства предпочтительного потока через водоносные горизонты песчаника в Южном Висконсине». Осадочная геология . 184 (3–4): 331–342. Bibcode : 2006SedG..184..331S . DOI : 10.1016 / j.sedgeo.2005.11.008 .
  4. ^ Бьёрлюкк Кнут; Джарен, Йенс (2010). «Песчаники и песчаники-коллекторы». Нефтяная геонаука : 113–140. DOI : 10.1007 / 978-3-642-02332-3_4 . ISBN 978-3-642-02331-6.
  5. ^ Основы геологии, 3-е издание, Стивен Маршак, стр.182
  6. ^ Пауэлл, Дэррил. «Кварцит» . Институт минеральной информации. Архивировано из оригинала на 2009-03-02 . Проверено 9 сентября 2009 .
  7. ^ a b «Основная классификация осадочных пород», LS Fichter, Департамент геологии / наук об окружающей среде, Университет Джеймса Мэдисона (JMU), Харрисонбург, Вирджиния, октябрь 2000 г., JMU-sed-classif (доступ: март 2009 г.): разделяет обломочные, химико-биохимический (органический).
  8. ^ Leeder, MR (2011). Седиментология и осадочные бассейны: от турбулентности к тектонике (2-е изд.). Чичестер, Западный Сассекс, Великобритания: Wiley-Blackwell. С. 3–28. ISBN 9781405177832.
  9. ^ Блатт, Харви; Трейси, Роберт Дж. (1996). Петрология: магматические, осадочные и метаморфические (2-е изд.). Нью-Йорк: WH Freeman. С. 241–242, 258–260. ISBN 0716724383.
  10. Перейти ↑ Blatt and Tracy 1996, pp. 220-227
  11. Перейти ↑ Blatt and Tracy 1996, pp. 265-280
  12. ^ Б с д е Боггс 2006, стр. 147-154
  13. ^ a b Choquette, PW; Молитесь, LC (1970). «Геологическая номенклатура и классификация пористости осадочных карбонатов». Бюллетень AAPG . 54 . DOI : 10.1306 / 5D25C98B-16C1-11D7-8645000102C1865D .
  14. ^ Уокер, Теодор Р .; Во, Брайан; Грон, Энтони Дж. (1 января 1978 г.). «Диагенез в аллювии пустыни первого цикла кайнозойского возраста, юго-запад США и северо-запад Мексики». Бюллетень GSA . 89 (1): 19–32. Bibcode : 1978GSAB ... 89 ... 19W . DOI : 10.1130 / 0016-7606 (1978) 89 <19: DIFDAO> 2.0.CO; 2 .
  15. Перейти ↑ Boggs 2006, p. 148
  16. ^ Стоун, В. Нейлор; Сивер, Нейлор (1996). «Количественная оценка уплотнения, растворения под давлением и цементации кварца в кварцевых песчаниках с умеренными и глубокими залегами из бассейна Greater Green River, штат Вайоминг» . Дата обращения 2 октября 2020 . Cite journal requires |journal= (help)
  17. ^ Доррик А. В. Стоу (2005). Осадочные породы в полевых условиях: справочник цветов . Manson Publishing. ISBN 978-1-874545-69-9. Проверено 11 мая 2012 года .
  18. ^ а б Фрэнсис Джон Петтиджон; Пол Эдвин Поттер; Раймонд Сивер (1987). Песок и песчаник . Springer. ISBN 978-0-387-96350-1. Проверено 11 мая 2012 года .
  19. ^ а б Протеро, Д. (2004). Осадочная геология. Нью-Йорк, NN: WH Freeman and Company
  20. ^ Prothero, DR и Schwab, F., 1996, осадочная геология, стр. 460, ISBN 0-7167-2726-9 
  21. ^ a b c Джексон, Дж. (1997). Глоссарий геологии. Александрия, Вирджиния: Американский геологический институт ISBN 3-540-27951-2 
  22. Перейти ↑ Boggs, 2006 , pp. 130-131.
  23. ^ Carozzi, A. (1993). Осадочная петрография. Энглвуд Клиффс, Нью-Джерси: Prentice-Hall ISBN 0-13-799438-9 
  24. ^ а б Роберт Х. Дотт (1964). «Ваке, грейваке и матрица; какой подход к классификации незрелых песчаников?» . Журнал осадочных исследований SEPM . 34 (3): 625–32. DOI : 10.1306 / 74D71109-2B21-11D7-8648000102C1865D .
  25. ^ «Песчаник: характеристики, использование и проблемы» . www.gsa.gov . Проверено 11 августа 2017 .
  26. ^ Эденсор, Т. и Дрю, И. Строительный камень в городе Манчестер: Церковь Святой Анны . Sci-eng.mmu.ac.uk. Проверено 11 мая 2012.
  27. ^ «Определение ортокварцита - глоссарий mindat.org» . www.mindat.org . Проверено 13 декабря 2015 .
  28. ^ a b Краверо, Фернанда; и другие. (8 июля 2014 г.). « Пьедра Мар - дель - Плата“: аргентинец orthoquartzite достоин рассматривается как„Global Heritage Stone ресурсов » (PDF) . Геологическое общество, Лондон. Архивировано из оригинального (PDF) 9 апреля 2015 года . Проверено 3 апреля 2015 года .

Библиография [ править ]

  • Фолк Р.Л., 1965, Петрология осадочных пород PDF-версия . Остин: Книжный магазин Хемфилла. 2-е изд. 1981, ISBN 0-914696-14-9 . 
  • Петтиджон Ф. Дж. , П. Е. Поттер и Р. Сивер, 1987, Песок и песчаник , 2-е изд. Springer-Verlag. ISBN 0-387-96350-2 . 
  • Scholle, PA, 1978, Цветное иллюстрированное руководство по составным частям, текстурам, цементам и пористости песчаников и связанных с ними горных пород , Меморандум Американской ассоциации геологов-нефтяников, № 28. ISBN 0-89181-304-7 . 
  • Шолле, П.А., и Д. Спиринг, 1982, Среды осадконакопления песчаника: терригенные терригенные отложения , Американская ассоциация геологов-нефтяников. 31. ISBN 0-89181-307-1 . 
  • Ежегодник USGS Minerals: Stone, Dimension , Томас П. Долли, Департамент внутренних дел США, 2005 г. (формат: PDF).

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Уэбб, Джонатан. Формы песчаника, «выкованные под действием силы тяжести» (июль 2014 г.), BBC