Литология горной породы — это описание ее физических характеристик, видимых на обнажении , в ручных или керновых образцах или при микроскопии с малым увеличением. Физические характеристики включают цвет, текстуру, размер зерна и состав. [1] [2] [3] Литология может относиться либо к подробному описанию этих характеристик, либо к краткому изложению общего физического характера породы. Примерами литологии во втором смысле являются песчаник , сланец , базальт или известняк . [4]
Литология является основой для подразделения последовательностей горных пород на отдельные литостратиграфические единицы для целей картирования и корреляции между областями. В некоторых приложениях, таких как исследования на месте , литология описывается с использованием стандартной терминологии, например, в европейском геотехническом стандарте Eurocode 7 .
Название литологии основано на типе породы . Три основных типа породы — магматические , осадочные и метаморфические . Магматические породы образуются непосредственно из магмы , которая представляет собой смесь расплавленной породы, растворенных газов и твердых кристаллов. Осадочная порода образуется из минеральных или органических частиц, которые собираются на поверхности Земли и становятся литифицированными . Метаморфические породы образуются путем перекристаллизации существующей твердой породы в условиях большого тепла или давления. [5]
Магматические породы далее делятся на три широкие категории. Магматические породы, состоящие из обломков породы, созданных непосредственно вулканическими процессами ( тефра ), классифицируются как пирокластические породы . Пирокластические породы далее классифицируются по среднему размеру фрагментов ( кластов ) и по тому, являются ли фрагменты в основном отдельными минеральными кристаллами , частицами вулканического стекла или обломками породы. [6] Могут также применяться дополнительные классификации, такие как по химическому составу . [7] [8] Магматические породы, которые имеют видимые минеральные зерна ( фанеритовые породы), классифицируются как интрузивные , в то время как те, которые являются стекловидными или очень мелкозернистыми ( афанитовые ), классифицируются как экструзивные породы . Интрузивные магматические породы обычно классифицируются с использованием классификации QAPF , которая основана на относительном содержании кварца , щелочного полевого шпата , плагиоклаза и фельдшпатоида . Существуют специальные классификации для магматических пород необычного состава, таких как ультрамафические породы или карбонатиты . Где это возможно, изверженные магматические породы также классифицируются по содержанию минералов с использованием экструзивной классификации QAPF, но когда определение минерального состава нецелесообразно, они могут быть классифицированы химически с использованием классификации TAS . Она основана на общем содержании кремнезема и оксидов щелочных металлов и других химических критериях. [9] [10] [11]
Осадочные породы далее классифицируются по тому, являются ли они силикокластические или карбонатные . Силикокластические осадочные породы затем подразделяются на подкатегории на основе распределения их размеров зерен и относительных пропорций кварца, полевого шпата и литических (каменных) фрагментов. [12] Карбонатные породы классифицируются по схемам классификации Данхэма или Фолка в соответствии с составляющими карбонатной породы. [13]
Названия метаморфических пород могут быть основаны на протолите , минеральном составе, текстуре или метаморфических фациях . Названия, основанные на текстуре и протолите пелита (например, сланца , грязевой породы ), могут использоваться для определения сланца и филлита . Названия, основанные на текстуре, — сланец и гнейс . Эти текстуры, от сланца до гнейса, определяют постоянно увеличивающуюся степень метаморфизма. [14] Метаморфические фации определяются полями давления и температуры, в которых образуются определенные минералы. [15] Существуют дополнительные названия метаморфических пород, такие как зеленый сланец (метаморфизованный базальт и другие экструзивные магматические породы) или кварцит (метаморфизованный кварцевый песок). [16]
В магматических и метаморфических породах размер зерна является мерой размеров кристаллов в породе. В магматических породах это используется для определения скорости, с которой остывал материал: крупные кристаллы обычно указывают на интрузивную магматическую породу, в то время как мелкие кристаллы указывают на то, что порода была экструзивной. [17] Метаморфизм породы, состоящей в основном из одного минерала, такого как кварцит или мрамор , может увеличить размер зерна ( рост зерна ), в то время как метаморфизм сдвинутой породы может уменьшить размер зерна (синтектоническая перекристаллизация ). [18]
В обломочных осадочных породах размер зерна — это диаметр зерен и/или обломков, которые составляют породу. Они используются для определения того, какую систему наименования пород использовать (например, конгломерат , песчаник или аргиллит ). В случае песчаников и конгломератов, которые охватывают широкий диапазон размеров зерен, к названию породы добавляется слово, описывающее диапазон размеров зерен. Примерами являются « галечный конгломерат» и «тонкий кварцевый аренит ». [19]
В породах, в которых минеральные зерна достаточно велики, чтобы их можно было идентифицировать с помощью лупы, видимая минералогия включена как часть описания. В случае последовательностей, возможно включающих карбонаты , кальцит - цементированные породы или те, которые имеют возможные кальцитовые жилы, обычно проверяют наличие кальцита (или других форм карбоната кальция ) с помощью разбавленной соляной кислоты и ищут вскипание . [20]
Минералогический состав породы является одним из основных способов ее классификации. Магматические породы классифицируются по содержанию минералов, когда это целесообразно, с использованием классификации QAPF или специальных ультрамафических или карбонатитовых классификаций. [9] [10] [11] Аналогично метаморфические фации, которые показывают степень, в которой порода подвергалась воздействию тепла и давления, и поэтому важны для классификации метаморфических пород, определяются путем наблюдения за минеральными фазами, присутствующими в образце. [15]
Цвет горной породы или ее составных частей является отличительной характеристикой некоторых горных пород и всегда регистрируется, иногда по стандартным цветовым картам, таким как созданная Комитетом по цветовым картам горных пород Геологического общества Америки на основе цветовой системы Манселла . [21]
Строение породы описывает пространственную и геометрическую конфигурацию всех элементов, из которых она состоит. В осадочных породах основной видимой структурой обычно является слоистость , а масштаб и степень развития слоистости обычно записываются как часть описания. Метаморфические породы (кроме тех, которые созданы контактным метаморфизмом ) характеризуются хорошо развитыми планарными и линейными структурами. Магматические породы также могут иметь структуры в результате течения или осаждения определенных минеральных фаз во время кристаллизации, образуя кумулаты .
Текстура породы описывает взаимосвязь между отдельными зернами или обломками, которые составляют породу. Осадочные текстуры включают степень сортировки , градации , форму и округлость обломков. [22] Метаморфические текстуры включают те, которые относятся к срокам роста крупных метаморфических минералов относительно фазы деформации — до деформации порфирокласт — после деформации порфиробласт . [23] Магматические текстуры включают такие свойства, как форма зерна, которая варьируется от кристаллов с идеальными кристаллическими формами ( эвгедральные ) до нерегулярных кристаллов (ангедральные), показывает ли порода сильно неоднородные размеры кристаллов ( порфиритовая ) или выровнены ли зерна (что описывается как трахитовая текстура). [24]
Скалы часто содержат мелкомасштабные структуры (меньше масштаба отдельного обнажения). В осадочных породах это может включать в себя отметки подошвы , отметки ряби , грязевые трещины и косую слоистость . Они регистрируются, поскольку они, как правило, характерны для определенной осадочной среды и могут предоставить информацию о направлениях палеотоков. [25] В метаморфических породах, связанных с более глубокими уровнями зон разломов , мелкомасштабные структуры, такие как асимметричные будины [26] и микроскладки, используются для определения направления смещения через зону. [27] В магматических породах мелкомасштабные структуры в основном наблюдаются в лавах, таких как потоки базальта пахоэхоэ против ʻAʻā [28] и подушки, показывающие извержение внутри водоема или подо льдом. [29] [30] [31]
Неконсолидированные поверхностные материалы также могут быть отнесены к литологии. Она определяется размером зерна и составом и часто связана с интерпретацией того, как образовалась единица. Поверхностные литологии могут быть отнесены к озерным , прибрежным, речным , эоловым , ледниковым и недавним вулканическим отложениям, среди прочих. Примерами классификаций поверхностной литологии, используемых Геологической службой США, являются «Ледниковый тил, суглинистый », «Осадок соленого озера» и «Эоловый осадок, груботекстурированный (песчаные дюны )». [32]