stringtranslate.com

Песчаник

Песчаник представляет собой обломочную осадочную породу , состоящую в основном из силикатных зерен размером с песок (от 0,0625 до 2 мм) . Песчаники составляют около 20–25% всех осадочных пород . [1]

Большая часть песчаника состоит из кварца или полевого шпата , поскольку они являются наиболее устойчивыми минералами к процессам выветривания на поверхности Земли. Как и несцементированный 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 могут образовывать хорошо заметные скалы и другие топографические особенности, определенные цвета песчаника стали прочно отождествляться с определенными регионами, такими как пустыни из красных скал Национального парка Арчес и другие районы юго-запада Америки .

Скальные образования, состоящие из песчаника, обычно позволяют просачиваться воде и другим жидкостям и являются достаточно пористыми для хранения больших количеств, что делает их ценными водоносными горизонтами и резервуарами нефти . [2] [3]

Кварцсодержащий песчаник может превратиться в кварцит в результате метаморфизма , обычно связанного с тектоническим сжатием внутри орогенных поясов . [4] [5]

Происхождение

Песчаники имеют обломочное происхождение (в отличие от органического , как мел и уголь , или химического , как гипс и яшма ). [6] Зерна силикатного песка, из которых они образуются, являются продуктом физического и химического выветривания коренных пород. [7] Выветривание и эрозия наиболее быстры в районах высокого рельефа, таких как вулканические дуги , районы континентального рифтогенеза и орогенные пояса . [8]

Эродированный песок переносится реками или ветром из районов его происхождения в среду отложений , где тектоника создала пространство для накопления отложений. Преддуговые бассейны склонны к накоплению песка, богатого каменными зернами и плагиоклазом . Внутриконтинентальные бассейны и грабены вдоль окраин континентов также являются распространенной средой отложения песка. [9]

По мере того как осадки продолжают накапливаться в среде отложений, более старый песок погребается под более молодыми отложениями и подвергается диагенезу . В основном это уплотнение и литификация песка. [10] [11] Ранние стадии диагенеза, описываемые как эогенез , происходят на небольших глубинах (несколько десятков метров) и характеризуются биотурбацией и минералогическими изменениями в песках, лишь с небольшим уплотнением. [12] Красный гематит , придающий красным пластовым песчаникам их цвет, вероятно, образовался во время эогенеза. [13] [14] Более глубокое захоронение сопровождается мезогенезом , во время которого происходит большая часть уплотнения и литификации. [11]

Уплотнение происходит по мере того, как песок подвергается возрастающему давлению со стороны вышележащих отложений. Зерна осадка перемещаются в более компактное расположение, пластичные зерна (например, зерна слюды ) деформируются, а поровое пространство уменьшается. В дополнение к физическому уплотнению может происходить химическое уплотнение раствором под давлением . Точки соприкосновения зерен испытывают наибольшую нагрузку, причем напряженный минерал более растворим, чем остальная часть зерна. В результате точки контакта растворяются, позволяя зернам вступать в более тесный контакт. [11]

Литификация тесно связана с уплотнением, поскольку повышение температуры на глубине ускоряет отложение цемента , который связывает зерна вместе. Раствор под давлением способствует цементированию, так как минерал, растворенный из напряженных мест контакта, переоткладывается в ненапряженные поровые пространства. [11]

Механическое уплотнение происходит в основном на глубине менее 1000 метров (3300 футов). Химическое уплотнение продолжается до глубины 2000 метров (6600 футов), а большая часть цементации происходит на глубинах 2000–5000 метров (6600–16400 футов). [15]

Разрушение погребенного песчаника сопровождается телогенезом , третьей и заключительной стадией диагенеза. [12] Поскольку эрозия уменьшает глубину захоронения, возобновление воздействия метеорных вод приводит к дополнительным изменениям в песчанике, таким как растворение части цемента, что приводит к образованию вторичной пористости . [11]

Компоненты

Каркасные зерна

Карьер Парадайз, Сидней , Австралия
Песчаный песок и гранитоид, из которого он получен.

Зерна каркаса представляют собой обломочные фрагменты размером с песок (диаметром от 0,0625 до 2 миллиметров (от 0,00246 до 0,07874 дюйма)), составляющие основную массу песчаника. [16] [17] Большинство зерен каркаса состоят из кварца или полевого шпата , которые являются распространенными минералами, наиболее устойчивыми к процессам выветривания на поверхности Земли, как видно из серии растворения Гольдича . [18] Зерна каркаса можно разделить на несколько категорий в зависимости от их минерального состава:

Микрофотография зерна вулканического песка; верхнее изображение — плоскополяризованный свет, нижнее изображение — кроссполяризованный свет, шкала слева по центру — 0,25 миллиметра. Этот тип зерна будет основным компонентом каменного песчаника.

Матрица

Матрица – это очень мелкий материал, который присутствует в промежуточном поровом пространстве между зернами каркаса. [1] Характер матрицы внутри порового пространства приводит к двойной классификации:

Цемент

Цемент – это то, что связывает зерна кремнисто-обломочного каркаса вместе. Цемент — вторичный минерал, образующийся после отложения и во время захоронения песчаника. [1] Эти вяжущие материалы могут представлять собой либо силикатные минералы, либо несиликатные минералы, такие как кальцит. [1]

Песчаник, который в результате выветривания теряет цементное связующее, постепенно становится рыхлым и нестабильным. Этот процесс можно несколько обратить вспять путем применения тетраэтилортосиликата (Si(OC 2 H 5 ) 4 ), который будет откладывать аморфный диоксид кремния между песчинками. [21] Реакция происходит следующим образом.

Si(OC 2 H 5 ) 4 (ж) + 2 H 2 O (ж) → SiO 2 (т) + 4 C 2 H 5 OH (г)

Поровое пространство

Поровое пространство включает открытые пространства внутри камня или почвы. [22] Поровое пространство в породе имеет прямую связь с пористостью и проницаемостью породы. Пористость и проницаемость напрямую зависят от того, как песчинки упакованы вместе. [1]

Виды песчаника

Песчаники обычно классифицируются путем подсчета точек в тонком срезе с использованием такого метода, как метод Газзи-Дикинсона . Это дает относительный процент кварца, полевого шпата и каменных зерен, а также количество глинистой матрицы. Состав песчаника может дать важную информацию о генезисе отложений при использовании треугольного фрагмента кварца , полевого шпата и камня ( диаграммы QFL ). Однако геологам не удалось договориться о наборе границ, разделяющих регионы треугольника QFL. [1]

Тройной график, показывающий относительное содержание кварца, полевого шпата и каменных зерен в песчанике.

Наглядные пособия — это диаграммы, которые позволяют геологам интерпретировать различные характеристики песчаника. Например, на карте QFL можно отметить модель происхождения , показывающую вероятное тектоническое происхождение песчаников с различным составом зерен каркаса. Аналогично, диаграмма стадий текстурной зрелости иллюстрирует различные стадии, которые проходит песчаник по мере увеличения степени кинетической обработки отложений. [23]

Схематическая диаграмма QFL, показывающая тектонические провинции и происхождение песчаника.

Схема классификации Дотта

Диаграмма, показывающая слегка измененную версию схемы классификации Дотта (1964).

Схема классификации песчаников Дотта (1964) — одна из многих таких схем, используемых геологами для классификации песчаников. Схема Дотта представляет собой модификацию классификации силикатных песчаников Гилберта и включает концепции двойной текстурной и композиционной зрелости Р.Л. Фолка в одну систему классификации. [25] Философия, лежащая в основе объединения схем Гилберта и Р.Л. Фолка, заключается в том, что она позволяет лучше «изобразить непрерывный характер текстурных изменений от аргиллита до аренита и от стабильного к нестабильному зерновому составу». [25] Схема классификации Дотта основана на минералогии зерен каркаса и на типе матрицы, присутствующей между зернами каркаса. [ нужна цитата ]

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

Кварцит

Когда песчаник подвергается сильному нагреву и давлению, связанным с региональным метаморфизмом , отдельные зерна кварца перекристаллизовываются вместе с бывшим цементирующим материалом, образуя метаморфическую породу, называемую кварцитом . Большая часть или вся первоначальная текстура и осадочные структуры песчаника стираются в результате метаморфизма. [4] Зерна настолько плотно сцеплены друг с другом, что, когда порода разрушается, она раскалывается насквозь, образуя неправильный или раковистый излом. [26]

К 1941 году геологи признали, что некоторые породы имеют макроскопические характеристики кварцита, хотя они и не подверглись метаморфизму при высоком давлении и температуре. Эти породы подвергались лишь гораздо более низким температурам и давлениям, связанным с диагенезом осадочных пород, но диагенез сцементировал породу настолько тщательно, что необходимо микроскопическое исследование, чтобы отличить ее от метаморфического кварцита. Термин ортокварцит используется, чтобы отличить такую ​​осадочную породу от метакварцита , образовавшегося в результате метаморфизма. В более широком смысле термин «ортокварцит» иногда более широко применялся к любому сцементированному кварцем арениту . Ортокварцит (в узком смысле) часто на 99% состоит из SiO 2 с очень небольшим количеством оксида железа и устойчивых к следам минералов, таких как циркон , рутил и магнетит . Хотя обычно присутствует мало окаменелостей , первоначальная текстура и осадочные структуры сохраняются. [27] [28]

Типичное различие между настоящим ортокварцитом и обычным кварцевым песчаником заключается в том, что ортокварцит настолько сильно сцементирован, что разрушается поперек зерен, а не вокруг них. [29] Это различие можно распознать на местах . В свою очередь, отличием ортокварцита от метакварцита является начало рекристаллизации существующих зерен. Разделительную линию можно разместить в точке, где напряженные зерна кварца начинают замещаться новыми, недеформированными мелкими зернами кварца, образуя текстуру раствора, которую можно идентифицировать в тонких срезах под поляризационным микроскопом. С увеличением степени метаморфизма дальнейшая рекристаллизация приводит к образованию пенистой текстуры , характеризующейся полигональными зернами, встречающимися в тройных стыках, а затем порфиробластической текстуры , характеризующейся грубыми, нерегулярными зернами, включая некоторые более крупные зерна ( порфиробласты ) [26].

Использование

Панорамный снимок Четырехугольника.
Главный четырехугольник Сиднейского университета , так называемого университета из песчаника.
Статуя из песчаника Мария Непорочная работы Фиделиса Шпорера, около 1770 года, во Фрайбурге , Германия.
Масляная лампа из песчаника возрастом 17 000 лет обнаружена в пещерах Ласко , Франция

Песчаник использовался с доисторических времен для строительства, [30] [31] произведений декоративного искусства [32] и инструментов. [33] Он широко использовался во всем мире при строительстве храмов, [34] церквей, [34] домов и других зданий, а также в гражданском строительстве . [35]

Хотя его устойчивость к атмосферным воздействиям варьируется, песчаник легко обрабатывается. Это делает его распространенным 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 погодную устойчивость, что вызывало необходимость ремонта и замены в старых зданиях. [36] Из-за твердости отдельных зерен, однородности размера зерен и рыхлости их структуры некоторые виды песчаника являются отличными материалами для изготовления точильных камней , для заточки лезвий и других инструментов. [37] Нерыхлый песчаник можно использовать для изготовления точильных камней для измельчения зерна, например, песчаника .

Тип чистого кварцевого песчаника, ортокварцита, с содержанием кварца более 90–95 процентов [38] был предложен для номинации в Ресурс камня всемирного наследия . [39] В некоторых регионах Аргентины фасад из ортокварцита является одной из главных особенностей бунгало в стиле Мар-дель-Плата . [39]

Смотрите также

Примечания

  1. ^ abcdefghijklmnopqrstu vwxyz aa ab ac ad ae af ag ah ai aj ak al Boggs, Сэм (2006). Принципы седиментологии и стратиграфии (4-е изд.). Река Аппер-Сэддл, Нью-Джерси: Пирсон Прентис Холл. стр. 119–135. ISBN 0131547283.
  2. ^ Суонсон, Сьюзен К.; Бахр, Жан М.; Брэдбери, Кеннет Р.; Андерсон, Кристин М. (февраль 2006 г.). «Доказательства преимущественного потока через водоносные горизонты из песчаника в Южном Висконсине». Осадочная геология . 184 (3–4): 331–342. Бибкод : 2006SedG..184..331S. дои : 10.1016/j.sedgeo.2005.11.008.
  3. ^ Бьёрликке, Кнут; Ярен, Йенс (2010). «Песчаники и резервуары песчаника». Нефтяная геология . стр. 113–140. дои : 10.1007/978-3-642-02332-3_4. ISBN 978-3-642-02331-6.
  4. ^ Аб Маршак, Стивен. Основы геологии (3-е изд.). п. 182.
  5. ^ Пауэлл, Дэррил. «Кварцит». Институт минеральной информации. Архивировано из оригинала 02 марта 2009 г. Проверено 9 сентября 2009 г.
  6. ^ ab «Базовая классификация осадочных пород», Л.С. Фихтер, факультет геологии/экологии, Университет Джеймса Мэдисона (JMU), Харрисонбург, Вирджиния, октябрь 2000 г., JMU-sed-classif. Архивировано 23 июля 2011 г. в Wayback Machine ( доступ: март 2009 г.): разделяет обломочные, химические и биохимические (органические).
  7. ^ Лидер, MR (2011). Седиментология и осадочные бассейны: от турбулентности к тектонике (2-е изд.). Чичестер, Западный Суссекс, Великобритания: Уайли-Блэквелл. стр. 3–28. ISBN 9781405177832.
  8. ^ Блатт, Харви; Трейси, Роберт Дж. (1996). Петрология: магматические, осадочные и метаморфические (2-е изд.). Нью-Йорк: WH Freeman. стр. 241–242, 258–260. ISBN 0716724383.
  9. ^ Блатт и Трейси 1996, стр. 220-227.
  10. ^ Блатт и Трейси 1996, стр. 265-280.
  11. ^ abcde Boggs 2006, стр. 147-154.
  12. ^ аб Шокетт, PW; Молитесь, LC (1970). «Геологическая номенклатура и классификация пористости осадочных карбонатов». Бюллетень AAPG . 54 . doi : 10.1306/5D25C98B-16C1-11D7-8645000102C1865D.
  13. ^ Уокер, Теодор Р.; Во, Брайан; Гроун, Энтони Дж. (1 января 1978 г.). «Диагенез в пустынном аллювии первого цикла кайнозойского периода на юго-западе США и северо-западе Мексики». Бюллетень ГСА . 89 (1): 19–32. Бибкод : 1978GSAB...89...19W. doi :10.1130/0016-7606(1978)89<19:DIFDAO>2.0.CO;2.
  14. ^ Боггс 2006, с. 148
  15. ^ Стоун, В. Нейлор; Сивер, Нейлор (1996). «Количественная оценка уплотнения, растворения под давлением и цементации кварца в умеренно и глубоко залегающих кварцевых песчаниках из бассейна Большой Грин-Ривер, штат Вайоминг». Специальные публикации SEPM . Проверено 2 октября 2020 г. .
  16. ^ Доррик А.В. Стоу (2005). Осадочные породы в полевых условиях: цветовой справочник. Издательство Мэнсон. ISBN 978-1-874545-69-9. Проверено 11 мая 2012 г.[ постоянная мертвая ссылка ]
  17. ^ аб Фрэнсис Джон Петтиджон; Пол Эдвин Поттер; Раймонд Сивер (1987). Песок и песчаник. Спрингер. ISBN 978-0-387-96350-1. Проверено 11 мая 2012 г.
  18. ^ Протеро и Шваб, Дональд Р. и Фред (1996). Осадочная геология . У. Х. Фриман. п. 24. ISBN 0-7167-2726-9.
  19. ^ аб Протеро, Д. (2004). Осадочная геология. Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: WH Freeman and Company
  20. ^ Протеро, Д.Р. и Шваб, Ф., 1996, Осадочная геология, с. 460, ISBN 0-7167-2726-9 
  21. ^ Саррага, Рамон; Альварес-Гаска, Долорес Э.; Сервантес, Хорхе (1 сентября 2002 г.). «Влияние растворителя на образование пленки TEOS в процессе консолидации песчаника». Кремниевая химия . 1 (5): 397–402. doi :10.1023/B:SILC.0000025602.64965.e7. S2CID  93736643.
  22. ^ abc Джексон, Дж. (1997). Глоссарий геологии. Александрия, Вирджиния: ISBN Американского геологического института 3-540-27951-2 
  23. ^ Боггс 2006, стр. 130–131.
  24. ^ Кароцци, А. (1993). Осадочная петрография. Энглвуд Клиффс, Нью-Джерси: ISBN Прентис-Холл 0-13-799438-9 
  25. ^ AB Роберт Х. Дотт (1964). «Ваке, граувакк и матрица; какой подход к классификации незрелого песчаника?». Журнал SEPM осадочных исследований . 34 (3): 625–32. дои : 10.1306/74D71109-2B21-11D7-8648000102C1865D.
  26. ^ аб Ховард, Джеффри Л. (ноябрь 2005 г.). «Возвращение к проблеме кварцита». Журнал геологии . 113 (6): 707–713. Бибкод : 2005JG....113..707H. дои : 10.1086/449328. S2CID  128463511.
  27. ^ Ирландия, HA (1974). «Запрос: Ортокварцит????». Журнал осадочной петрологии . 44 (1): 264–265. дои : 10.1306/74D729F0-2B21-11D7-8648000102C1865D.
  28. ^ Аллаби, Майкл (2013). Словарь геологии и наук о Земле (Четвертое изд.). Оксфорд: Издательство Оксфордского университета. ISBN 9780199653065.
  29. ^ Джексон, Джулия А., изд. (1997). Глоссарий геологии (Четвертое изд.). Александрия, Вирджиния: Американский геологический институт. п. 525. ИСБН 0922152349.
  30. ^ Эпплгейт, Алекс; Зеденьо, Ньевес (2001). «Зона E-92-8: поздний доисторический компонент группы C в Набта-Плайя». Голоценовое поселение египетской Сахары . стр. 529–533. дои : 10.1007/978-1-4615-0653-9_19. ISBN 978-1-4613-5178-8.
  31. ^ Ройден, Майк. «Калдерстоуны». Майк Ройден. Архивировано из оригинала 25 июля 2008 г. Проверено 20 июля 2009 г.
  32. ^ Бан, Пол Г. (1998). Кембриджская иллюстрированная история доисторического искусства . Кембридж, Великобритания: Нью-Йорк. п. 84. ИСБН 978-0521454735.
  33. ^ Смит, Кевин Н.; Веллановет, Рене Л.; Шольц, Сабрина Б.; Вермлендер, Себастьян КТС (август 2018 г.). «Анализ остатков, характер износа и повторные исследования показывают, что инструменты из песчаника использовались в качестве расширителей при изготовлении рыболовных крючков из ракушек на острове Сан-Николас, Калифорния». Журнал археологической науки: отчеты . 20 : 502–505. Бибкод : 2018JArSR..20..502S. дои : 10.1016/j.jasrep.2018.05.011 .
  34. ^ Аб Салех, Салех А.; Хельми, Фатма М.; Камаль, Монир М.; Э. Эль-Банна-а1, Абдель-Фаттах (май 1992 г.). «Изучение и консолидация песчаника: Карнакский храм, Луксор, Египет». Исследования в области консервации . 37 (2): 93–104. дои : 10.1179/sic.1992.37.2.93.{{cite journal}}: CS1 maint: numeric names: authors list (link)
  35. ^ Гриссом, Кэрол А.; Алоиз, Эмили М.; Виченци, Эдвард П.; Ливингстон, Ричард А. (2020). «Песчаник Сенека: камень наследия из США». Геологическое общество, Лондон, специальные публикации . 486 (1): 163–176. Бибкод : 2020GSLSP.486..163G. дои : 10.1144/SP486.4. S2CID  134230768.
  36. ^ Эденсор, Т. и Дрю, И. Строительный камень в Манчестере: церковь Святой Анны. Архивировано 11 июня 2016 г. в Wayback Machine . Sci-eng.mmu.ac.uk. Проверено 11 мая 2012 г.
  37. ^ Ганнибал, Джозеф Т. (2020). «Песчаник Вереа: камень наследия международного значения из Огайо, США». Геологическое общество, Лондон, специальные публикации . 486 (1): 177–204. Бибкод : 2020GSLSP.486..177H. дои : 10.1144/SP486-2019-33. S2CID  210265062.
  38. ^ «Определение ортокварцита - глоссарий Mindat.org» . www.mindat.org . Проверено 13 декабря 2015 г.
  39. ^ аб Краверо, Фернанда; и другие. (8 июля 2014 г.). «'Пьедра-Мар-дель-Плата': аргентинский ортокварцит, достойный того, чтобы считаться« каменным ресурсом всемирного наследия »» (PDF) . Геологическое общество, Лондон. Архивировано из оригинала (PDF) 9 апреля 2015 года . Проверено 3 апреля 2015 г.

Библиография

дальнейшее чтение

Викискладе есть медиафайлы по теме Песчаника .