На Земле существует огромное количество различных горных пород. Некоторые из них обладают схожими признаками, поэтому их объединяют в крупные группы. Например, одна из них - это карбонатные породы. Об их примерах и классификации читайте в статье.

Классификация по происхождению

Карбонатные горные породы формировались разными путями. Всего существует четыре способа образования такого типа пород.

• Из химических осадков. Таким образом появились доломиты и мергели, известняки и сидерит.
• Из органогенных осадков образовались такие породы, как водорослевые и коралловые известняки.
• Из обломков сформировались песчаники и конгломераты.
• Перекристаллизованные породы - это некоторые виды доломитов и мрамора.

Структура карбонатных пород

Одним из важнейших параметров, по которым отбирают необходимые для производства и переработки горные породы, является их структура. Важнейший аспект структуры карбонатных пород - это их зернистость. Этот параметр разделяет породы на несколько типов:

• Грубозернистые.
• Крупнозернистые.
• Среднезернистые.
• Мелкозернистые.
• Тонкозернистые.

Свойства

В связи с тем, что существует большое количество горных пород карбонатного типа, каждая из них обладает своими свойствами, за которые она очень ценится в производстве и промышленности. Какие же физические, а также химические свойства карбонатных пород известны людям?

• Хорошая растворимость в кислотах. Известняки растворяются в холодном состоянии, а магнезит и сидерит - только при подогреве. Однако результат получается сходным.
• Высокая морозостойкость и хорошая огнеупорность - несомненно, важнейшие качества многих карбонатных пород.

Известняковые горные породы

Любая карбонатная порода состоит из минералов кальцита, магнезита, сидерита, доломита, а также разных примесей. Из-за отличий в составе эта большая группа горных пород подразделяется на три более мелкие. Одна из них - известняковые.

Их основная составляющая - кальцит, а в зависимости от примесей они делятся на песчаные, глинистые, кремнистые и другие. Они обладают разными текстурами. Дело в том, что на трещинах их пластов можно разглядеть следы ряби и дождевых капель, кристаллов солей, которые являются растворимыми, а также микроскопические трещины. Известняки могут быть различными по окраске. Доминирующим цветом является бежевый, сероватый или желтоватый, а примеси имеют розовый, зеленоватый или коричневатый оттенок.

Самыми распространенными известняковыми горными породами являются следующие:

• Мел - очень мягкая порода, которая легко растирается. Ее можно сломать руками или же растереть в порошок. Она считается разновидностью сцементированного известняка. Мел - бесценное сырье, используемое при производстве строительного материала цемента.
• Известковые туфы - пористая рыхлая горная порода. Она в достаточной степени легко разрабатывается. Почти такое же значение имеют и ракушечники.

Доломитовые горные породы

Доломитовые - это породы, содержание минерала доломита в которых составляет более 50%. Часто в них содержатся примеси кальцита. Из-за этого можно наблюдать некоторые сходства и различия двух групп горных пород: собственно доломитов и известняка.

Доломиты отличаются от известняка тем, что обладают более выраженным блеском. Они меньше растворяются в кислотах. Даже остатки органики намного реже встречаются в них. Окраска доломитов представлена зеленоватыми, розоватыми, коричневатыми и желтоватыми оттенками.

Какие доломитовые породы распространены больше всего? Это, в первую очередь, бросит - более плотный камень. Кроме того, существует грейнерит нежно-розового цвета, он широко применяется в дизайне интерьера. Теруелит - тоже разновидность доломита. Этот камень примечателен тем, что в природе встречается только в черном цвете, в то время как остальные породы данной группы окрашены в светлые оттенки.

Карбонатно-глинистые породы, или мергели

В состав карбонатных пород этого типа входит много глины, а именно - почти 20 процентов. Сама по себе порода с таким названием обладает смешанным составом. В ее структуре обязательно присутствуют алюмосиликаты (глинистые продукты распада полевого шпата), а также карбонат кальция в любой форме. Карбонатно-глинистые породы являются переходным звеном между известняками и глиной. Мергели могут обладать различной структурой, плотной или твердой, землистой или рыхлой. Чаще всего они залегают в виде нескольких слоев, каждый из которых характеризуется определенным составом.

Высококачественная карбонатная порода этого типа используется при производстве щебня. Мергель, содержащий примеси гипса, не представляет никакой ценности, поэтому данная его разновидность почти не добывается. Если сравнивать этот вид горных пород с другими, то больше всего он похож на сланцы и алевролит.

Известняк

Любая классификация карбонатных пород содержит группу под названием «известняки». Камень, который дал ей название, получил широкое применение в разных областях промышленности. Известняк - самая популярная порода в своей группе. Она обладает рядом положительных качеств, благодаря которым и получила широкое распространение.

Существует известняк разных цветов. Все зависит от того, насколько много в породе содержится окислов железа, ведь именно эти соединения окрашивают известняк во многие тона. Чаще всего это коричневые, желтые и красные оттенки. Известняк - камень достаточно плотный, он залегает под землей в виде огромных слоев. Иногда образуются целые горы, основополагающим компонентом которых является данная горная порода. Разглядеть описанные выше слои можно неподалеку от рек с обрывистыми берегами. Здесь их очень хорошо видно.

Известняк обладает рядом свойств, которые отличают его от других горных пород. Различить их очень легко. Самый простой способ, который можно выполнить в домашних условиях, - это капнуть на него немного уксуса, всего несколько капель. После этого послышатся звуки шипения и начнется выделение газа. У других пород такой реакции на уксусную кислоту нет.

Использование

Каждая карбонатная порода нашла применение в какой-либо области промышленности. Так, известняки наряду с доломитами и магнезитами используются в металлургии в качестве флюсов. Это такие вещества, которые применяются при выплавке металлов из руды. С их помощью снижается температура плавления руд, что помогает легче отделить металлы от пустых пород.

Такая карбонатная порода, как мел, знакома всем учителям и школьникам, ведь с ее помощью пишут на доске. Кроме того, мелом белят стены. Из него также изготавливают порошок для чистки зубов, однако в настоящее время этот заменитель пасты сложно раздобыть.

Известняк применяют для получения соды, азотистых удобрений, а также карбида кальция. Карбонатная порода любого из представленных типов, например, известняк, используется при строительстве жилых, производственных помещений, а также дорог. Он получил широкое распространение в качестве облицовочного материала и заполнителя бетона. Он также применяется для получения с минералами и для насыщения почвы известняком. Из него создают например, щебень и бут. Кроме того, из этой породы производят цемент и известь, которые получили широкое распространение во многих видах промышленности, например, в металлургический и химической.

Коллекторы

Существует такая как коллекторы. Они обладают способностью, которая позволяет им вмещать воду, газ, нефть, а черед какое-то время отдавать их при разработке обратно. Почему так происходит? Дело в том, что ряд горных пород обладает пористой структурой и данное качество очень ценится. Именно благодаря пористости они могут вмещать в себя большое количество нефти и газа.

Карбонатные породы - коллекторы высокого качества. Самыми лучшими в своей группе являются доломиты, известняки, а также мел. 42 процента применяемых коллекторов нефти и 23 процента коллекторов газа - карбонатные. Данные горные породы занимают второе место после терригенных.

Карбонатные породы. Выходы известняков. Берег Черного моря

В группу rарбонатных пород входят известняки, мергели и доломиты. Общепризнанной классификации карбонатных пород еще не выработано. Например, известняки и доломиты часто подразделяются таким образом, что к каждой из этих групп относят породы, сложенные более чем на 50% кальцитом или доломитом. По мнению автора, целесообразней выделять группу смешанных пород - доломито-известняков, в которых содержание каждого из обоих породообразующих минералов изменяется в пределах 40-60%. Известняками же или доломитами следует называть породы, сложенные более чем на 60% кальцитом или доломитом (см. фиг. 8-II).
О принадлежности пород к той или иной разновидности ряда известняк - доломит можно судить по количеству в них MgO. В чистых известняках, сложенных кальцитом более чем на 95%, содержание MgO не превосходит 1,1%. В доломитовых известняках MgO изменяется от 1,1 до 8,8%, в доломито-известняках - от 8,8 до 13,1%, в известковых доломитах - от 13,1 до 20,8% и, наконец, в чистых доломитах от 20,8 до 21,9%. Во всех перечисленных породах содержание глинистых (или обломочных) частиц не превосходит 5%. Однако часто глинистые и песчаные частицы содержатся в гораздо большем количестве. Тогда возникают трехкомпонентные смешанные породы, свойства которых определяются в первую очередь, содержанием глинистых и песчаных частиц и во вторую - количеством доломита. Поэтому общий облик классификационного треугольника отличается от того, который был предложен для классификации песчано-алеврито-глинистых пород (см. фиг. 7 - II).
, содержащие примесь глинистых частиц, называются мергелями.
Некоторые доломиты содержат значительную примесь гипса и ангидрита. Такие породы обычно называются сульфатно-доломитовыми. Наблю-даются также переходы между карбонатными и кремнистыми породами.

Карбонатные породы Минеральный и химический состав

Главными минералами, слагающими карбонатные породы, являются: кальцит, кристаллизирующийся в гексагональной сингонии, арагонит - ромбическая разновидность СаСОз, и доломит, представляющий собой двойную углекислую соль кальция и магния. В современных осадках встречаются также порошковатые и коллоидные разновидности кальцита (дрюит или надсонит, бючлиит и др.).
Определение минералогического и химического состава карбонатных пород производится в прозрачных шлифах, а также при помощи термиче-ского и химического анализов.
В полевых условиях наиболее простым способом определения доло- митов и известняков является реакция с разбавленной соляной кислотой,- При смачивании ею чистого или доломитистого известняка происходит бурное вскипание от выделяющейся углекислоты. Доломиты вскипают только в порошке.
Другим полевым способом определения этих пород является реакция с хлорным железом. Согласно Г. И."Теодоровичу, около 1 г истертой в порошок породы насыпают в пробирку с 5 см 3 10% -ного раствора FeCl 3 , после чего пробирку закрывают пальцем и взбалтывают. Если для испыта-ния был взят чистый известняк, то при этом происходит обильное выделение- СОг и образуется студенистый коричневато-красный осадок. Порошок чистого доломита не окрашивается, и раствор после оседания порошка сохраняет первоначальный цвет. Если доломит содержит примесь СаСОз, то наблюдается выделение пузырьков СОг, и первоначальный желтый цвет раствора изменяется на красный. В таком случае, когда испытуемая порода принадлежит доломитовому известняку, выделение CO 2 бывает значительным, цвет раствора становится красным, но устойчивого студнеобразного осадка не создается.
Для оценки содержания доломита пригоден также следующий способ. Около 0,1 з измельченной в порошок породы растворяют при слабом нагревании в пробирке с разбавленной соляной кислотой (1: 10). К полученному раствору приливают 10.см3 крепкого аммиака и взбалтывают. При этом выпадает белый осадок, по количеству которого можно судить о содержании MgO. Для количественного определения карбонатности пород в полевых условиях удобна полевая лаборатория системы А. А. Резникова и Е. П. Муликовской, дающая возможность находить содержание углекислоты, а также карбоната кальция и магния.

Таблица 1. Химический состав карбонатных пород

Нерастворимый остаток		5,19		2,40					1,26	1,95
SiO 2		0,06	1,24		0,61			0,70
TiO 2		0,81
Аl 2 O 3		0,54	0,65					0,29
Fe 2 O 3			0,34					0,30	0,40	0,43
								0,41
		0,05						Сл.
		7,90	1,74	0,29	2,69		21,7	21,06	14,30	11,43
	56,00	42,61	53,48	52,49	48,45	55,5	30,4	30,34	38,46	40,03
Na 2 O		0,05
K 2 O		0,33						0,34
H 2 O +		0,21			0,28			0,03
H 2 O -		0,56
П. n. n.										46,10
CO 2	44,00	41,58			42,01		47,9	46,81	45,60
P 2O5		0,04
		0,09
SO 3		0,05						0,17		0,32
		0,02
Сумма......	100,00	100,09				99,3	100,0	100,45	100,02	99,51
CaCO 3		56,6	92,4	92,92	79,82	98,8	100,0	0,90	33,58	42,35
CaMg (CO 3) 2		36,4		1,31	12,29			97,57	64,60	52,57

С. В. Тихомировым описан следующий простой способ определения доломита и кальцита в шлифах: к обычным фиолетовым (метилфиолетовым) чернилам прибавляют некоторое количество 5%-ной соляной, кислоты до появления синей окраски; поверхность открытого шлифа обильно покрывают чернилами, а после 1V2-2 минут осторожно удаляют их промокательной бумагой; за это время кальцит реагирует с соляной кислотой и окрашивается, доломит же остается неокрашенным, Подобным образом удается наблюдать даже мелкие зерна доломита среди частиц кальцита. Чернила с поверхности шлифа могут быть удалены водой с мылом.
Другие способы определения карбонатных пород описаны в третьей части книги (см. § 70).
Химический состав некоторых карбонатных пород приведен в табл 1.

Главные типы пород

Известняки

Известняки. Известняки представляют собой карбонатные породы, состоящие преимущественно из кальцита. Окраска известняков разнообразна и определяется, в первую очередь, характером примесей. Чистые известняки окрашены в белый, желтоватый, серый, темно-серый, а иногда и черный цвета. Интенсивность серого тона в их окраске обычно связана с небольшой примесью глинистых частиц или органического вещества. Зеленоватый цвет известняков обычно связан с наличием глинистого материала, примесью глауконита или весьма мелкодисперсных закисных соединений железа. Бурая или красноватая окраска известняков объясняется присутствием окисных соединений железа. Крупнозернистые известняки обычно окрашены в более светлые тона по сравнению с мелкозернистыми.
Важной особенностью известняков является их излом, характер которого определяется строением породы. Очень мелкозернистые известковые породы при слабой связности зерен (например, мел) обладают землистым изломом. Крупнокристаллические известняки обладают сверкающим изломом, мелкозернистые породы - сахаровидным изломом и т. д.
В виде примесей в известняках особенно часто встречаются карбонат магния, который образует с карбонатом кальция двойную соль - доломит, или, значительно реже, находится в твердом растворе с ним, а также глинистые минералы (значительное содержание которых характерно для мергелей), кремнекислота, глауконит, сульфиды, сидерит, окислы железа, иногда марганца, гипс, флюорит, а также органическое вещество.
Во многих известняковых толщах и их отдельных стратиграфических горизонтах присутствуют конкреции кремня.
В некоторых известняках наблюдается примесь фосфатов и свободного глинозема. Выявление этих примесей очень важно для поисков месторождений бокситов и фосфоритов.
Для известняков можно выделить следующие главные типы структур.
Кристаллическая зернистая структура, среди которой различают несколько разновидностей в зависимости от поперечников зерен: крупно-зернистую (размер зерен в поперечнике 0,5 мм), среднезернистую (от 0,50 до 0,10 мм), мелкозернистую (от 0,10 до 0,05 мм), тонкозернистую (от 0,05 до 0,01 мм) и микрозернистую (<0,01 мм) структуры. Последнюю структуру часто называют также пелитоморфной или скрытокристаллической.

Структуры карбонатных пород: а - органогенная (поперечник поля зрения поля зрения 7,3 мм), в - оолитовая (поперечник поля зрения 7,3 мм)", б - обломочная (поперечник 4,1 мм)", г - инкрустационная (поперечник поля зрения 4,1мм) осадочных пород»).

Органогенная структура, в которой выделяют три наиболее существенные разновидности: а) собственно органогенная, когда порода состоит из известковых органических остатков (без признаков их переноса),
вкрапленных в тонкозернистый карбонатный материал (фиг. 1 - IV а); б) органогенно-обломочная, когда в породе присутствуют раздробленные и частично окатанные о.рганические остатки, находящиеся среди тонко-зернистого карбонатного материала; в) дётритусовые, когда порода сложена только раздробленными" органическйми остатками без заметного количества тонкозернистых карбонатных частиц.
Обломочная структура наблюдается в известняках, образованных путем скопления" обломков, возникающих за счет разрушения более древних карбонатных пород (фиг. 1-VI б). Здесь, так же как и в некоторых органических известняках, кроме обломков, отчетливо видна известковая цементация массы.
Оолитовая структура, характеризующаяся наличием концентрически сложенных оолитов, обычно менее одного миллиметра в поперечнике. В центре оолитов часто присутствуют обломочные зерна. Иногда оолиты приобретают радиально-лучистое строение (фиг. 1-VI в).
Наблюдается также инкрустационная и крустификационная структуры. В первом случае характерно наличие корок концентрического строения, заполняющих прежние крупные пустоты (фиг. 1-VI г). Во втором случае наблюдаются нарастания удлиненных кристаллов карбонатов, радиально расположенных относительно обломков или органических остатков, слагающих породу.
В процессе окаменения многие известняки подвергаются существенным изменениям. Эти изменения выражаются, в частности, в. перекристаллизации, окаменении, доломитизации, ожелезнении и частичном растворении с образованием стилолитов. Во время этих изменений возникают типично вторичные структуры: например, большинство кристаллических структур, инкрустационная структура, а также ложнообломочная структура, образующаяся в связи с неравномерной перекристаллизацией или появлением серии трещинок, заполненных вторичным кальцитом. Для доломитизированных известняков свойственна порфиробластовая структура. Вторичные изменения структуры в известняках из-за частого их растворения и перекристаллизации затрудняют определение условий образования многих известняков.

Среди известняков четко выделяются несколько типов.

Главные из них следующие.

Органогенные известняки. Это одна из наиболее- широко распространенных разновидностей известняков. Они сложены раковинами бентонных простейших, брахиопод, различных типов моллюсков, остатками криноидей, известковых водорослей, кораллов и других донных организмов. Значительно реже известняки возникают да счет скопления раковинок планктонных форм.
Большая часть органогенных известняков образуется за счет накопления почти неперемещенных органических остатков. Однако в некоторых случаях органические остатки встречаются лишь в виде окатанных обломков, хорошо рассортированных по величине. Такие известняки-ракушняки, обладающие органогенно-обломочной структурой, являются уже переходными к обломочным известнякам.
Типичными представителями органогенных известняков являются рифовые (биогермные) известняки, состоящие в значительной части из остатков различных рифообразующих организмов и живущих в сообществе с ними других форм. Так, например, современные коралловые рифы сложены преимущественно остатками известковых водорослей (25- 50%)„ кораллами (10-35%), раковинами моллюсков (10-20%), форами- ниферами (5-15%) и т. д. Широко распространены известковые водоросли и среди более древних рифов. В частности, докембрийские рифы целиком состоят из остатков этих организмов. Более молодые рифы, помимо водорослей, слагались кораллами, мшанками, археоциатами и некоторыми другими типами организмов. Небольшие водорослевые желваки называют онкоидами.
Характерной особенностью рифовых известняков является их залегание, как правило в виде мощных и неправильных по форме, массивов, часто резко возвышающихся над образовавшимися одновременно с ними осадками. Слои последних прислоняются к рифам под углами до 30-50° и перемежаются у подножий с обломочными известняками, образованными за счет разрушения рифов. Мощность рифов достигает иногда 500-1000 at и более (см. § 87).
Особенностями рифовых известняков, позволяющими определять их происхождение, являются отсутствие в них примеси обломочных частиц, массивное строение и обилие каверн, заполненных сингенетичными и эИи- генетичными карбонатами. Очень типичны для них инкрустационные структуры.
Высокая пористость рифовых известняков способствует быстрой их доломитизации, в значительной мере уничтожающей органогенную структуру породы.
Рифообразные тела со слоистым строением называют биостромами. Они не имеют столь резко выраженной чечевицеобразной формы и могут быть сложены скоплением раковин. Современными их представителями являются банки (устричные и др.). Биостромы, так же как и типичные рифовые известняки, легко подвергаются доломитизации, в течение которой органические остатки в них могут быть в той или иной мере разрушены.
Писчий мел. Одним из весьма своеобразных представителей известковых пород является писчий мел, резко выделяющийся по своему внешнему виду от других разновидностей.
Писчий мел характеризуется белым цветом, однородностью строения, малой твердостью и мелкозернистостью. Сложен главным образом карбо-натом кальция (доломит отсутствует) при незначительной примеси глинистых и песчаных частиц. Значительная роль в образовании мела принадлежит органическим остаткам. Среди них особенно широко распространены остатки кокколитофорид - одноклеточных известковых водорослей, слагающих мел и мелоподобные мергели на 10-75%, в виде мелких (0,002-0,005 мм) пластинок, дисков и трубочек. Фораминиферы содержатся в мелу обычно в количестве 5-6% (иногда до 40%). Встречаются также раковины моллюсков (главным образом иноцерамов, реже - устриц и пектинид) и немногочисленные белемниты, а местами также раковины аммонитов. Остатки мшанок, морских лилий, ежей, кораллов и трубчатых червей, хотя и наблюдаются, но не служат породообразующими элементами мела.
Порошковатый кальцит, всегда присутствующий в мелу, образуется, вероятно, путем химического осаждения извести и частично при разрушении органических остатков. Содержание порошковатого кальцита в различных разновидностях мела бывает от 5 до 60%, иногда достигает 90%. Размер частиц непостоянен (0,0005-0,010 лип). Форма их более или менее округлая, иногда слегка удлиненная.
Некарбонатная часть мела представлена главным образом частицами меньше 0,01 мм. Она сложена преимущественно кварцем. Среди глинистых минералов встречаются монтмориллонит, реже - каолинит и гидрослюды.

Из числа сингенетических минералов присутствует опал, глауконит, халцедон, цеолиты, пирит, барит, гидроокислы железа и другие минералы.

Применяя пропитывание образцов мела трансформаторным маслом (см. § 73), Г. И. Бушинскому удалось выделить в писчем мелу ходы разнообразных илоядных организмов и горизонты с брекчиевидной струк-турой, возникшей при растрескивании известкового ила в процессе его уплотнения. Подобные трещины часто возникают под водой в коллоидных осадках, особенно при их сотрясении.
Писчий мел отлагается на дне морей с нормальной соленостью, расположенных в условиях теплого климата. Глубины моря в пределах зоны накопления были, по-видимому, весьма различными - от нескольких десятков до многих сотен метров.
В геосинклинальных областях отложения, "соответствующие мелу, сцементированы и превращены в известняки. Вероятно, что многие из распространенных здесь скрытокристаллических известняков в иных условиях окаменения представляли бы собой мелоподобные породы. На значительной глубине ниже поверхности земли (в буровых скважинах) мел значительно более плотен, чем на поверхности земли.
Известняки химического происхождения. Этот тип известняков условно отделяется от других типов, так как в боль-шинстве известняков всегда присутствует в том или ином количестве кальцит, выпавший из воды чисто химическим путем.
Типичные известняки химического происхождения микрозернисты, лишены органических остатков и залегают в виде пластов, а иногда ско-плений конкреций. Часто в них наблюдается система мелких кальцитовых жилок, образующихся при уменьшении объема первоначально коллоидных осадков. Нередко присутствуют жеоды с крупными и хорошо образованными кристаллами кальцита.
Известняки химического происхождения широко распространены, но иногда их трудно отделить, в особенности после перекристаллизации, от мелкозернистых известняков, образовавшихся за счет приноса и отложе-ния мелких частиц, возникших при размыве карбонатных пород.
К числу известняков химического происхождения, вероятно, отно-сятся скрытокристаллические (пелитоморфные) с раковистым изломом разновидности, получившие название литографских. По-видимому, . много кальцита, образовавшегося чисто химическим путем, в писчем мелу, а также во всех органогенных известняках (кроме детритусовых). Особую группу составляют известковые туфы, образовавшиеся на суше за счет выделения извести из воды источников.
Обломочные известняки. Этот вид известняков часто содержит значительную примесь кварцевых зерен и иногда ассоциируется с песчаными породами. Обломочным известнякам нередко свойственна косая слоистость.
Обломочные известняки сложены, как правило, карбонатными зер-нами различного размера, поперечник которых обычно измеряется десятыми долями миллиметра, реже несколькими миллиметрами. Встре-чаются и известняковые конгломераты, состоящие из крупных обломков. Обломочные карбонатные зерна, как правило, хорошо округлены и близки по размеру, хотя известно много плохо сортированного материала.
В шлифах они обычно резко отделяются от окружающего их карбонатного цемента.
Обдомочцые известняки иногда тесно связаны с органогенными породами, возникая при раздроблении и окатывании органических остатков.
Они близки в некоторых случаях и к известнякам химического происхо-ждения. При этом промежуточным типом являются оолитовые известняки, состоящие из мелких концентрически построенных оолитов. Последние образуются за счет химического осаждения карбоната кальция в зоне достаточно подвижных вод. Оолитовые известняки часто косослоисты.
Типичные обломочные известняки формируются почти всегда на малой глубине, особенно часто в периоды замедленного осадконакопле- ния, за счет размыва более древних карбонатных пород.
Вторичные известняки. К этой группе относятся известняки, залегающие в верхней части кепроков соляных куполов, а также известняки, возникающие в процессе преобразования доломитов при их выветривании (раздоломичивание или дедоломитнзация). В последнее время подобные породы были изучены В. Б. Татарским.
Раздоломиченные породы представляют собой средне- или крупнозернистые известняки, плотные, но иногда ноздреватые или кавернозные. Залегают они в виде сплошных масс. В некоторых случаях в них встречаются линзовидные включения мелко- или тонкозернистых доломитов, иногда рыхлых и пачкающих пальцы. Реже они образуют включения и ветвящиеся жилы в толще доломитов.
В шлифе вторичные известняки всегда имеют плотное строение. Контуры зерен кальцита округлые или неправильно извилистые. Значи-тельная часть зерен содержит внутри себя скопления мелких зерен доло-мита или образовавшиеся после их полного растворения пылеватые частицы (темные сердцевинки ромбоэдров доломита). Изредка различаются реликты прежней структуры доломитов. Раздоломичивание резко меняет физические свойства.породы, превращая мелкопористые, хорошо проницаемые доломиты в плотные известняки с крупными, но изолированными кавернами. Раздоломичиванию подвергаются обычно только чистые доломиты.
При выветривании известняки быстро выщелачиваются. Подземные воды, циркулирующие в известняках, приводят к образованию карстовых явлений. При выщелачивании известняков иногда образуются накопления остаточных глин и очень редко - фосфоритов.
Происхождение. Образование известняков происходит в самых разнообразных физико-географических условиях. Пресноводные известняки встречаются сравнительно редко. Они залегают обычно в виде линз среди песчано-глинистых континентальных отложений, лишены органических остатков, характеризуются часто желвакообразным строением, микрозернистостью, наличием мелких трещинок, заполненных кальцитом, присутствием жеод и другими особенностями, связанными с отложением известкового коллоидного материала.
Иногда этими же особенностями характеризуются и известняки, образовавшиеся в солоноватоводных и засоленных бассейнах. Здесь уже встречаются органогенные разновидности, состоящие большей частью из раковин немногочисленных -видов моллюсков или остракод.
Морские известняки встречаются наиболее часто. Они представляют собой или очень мелководные, прибрежные разновидности (обломочные или оолитовые известняки, некоторые ракушняки), или более глубоко-водные отложения, условия образования которых могут быть установлены на основании изучения органических остатков.и литологических особенностей известняков.
Накоплению известняков во всех физико-географических условиях благоприятствует небольшое количество приносимого обломочного
материала, поэтому известняки образовывались преимущественно в эпохи существования небольших массивов суши с равнинным рельефом. Подобные условия возникали во время крупных трансгрессий.
Другим фактором, способствующим образованию известняков, является теплый климат, так как растворимость карбоната кальция при прочих равных условиях значительно увеличивается по мере понижения температуры воды. Поэтому присутствие толщ известняков служит надежным указанием на наличие в прошлом теплого климата. Однако условия образования известняков в геологическом прошлом несколько отличались от современных из-за большего содержания углекислоты в атмосфере. С течением времени увеличивалось также количество органогенных известняков.
Геологическое распространение. В истории Земли существовали эпохи особенно интенсивного образования известняков и близких к ним пород. Такими эпохами являются верхнемеловая, каменноугольная и силу-рийская. Известняки часто встречаются и в более древних отложениях.
Практическое применение. Известняки представляют собой минеральное сырье массового потребления. Главным образом они используются в металлургической, цементной, химической, стекольной и сахарной отраслях промышленности. Большое количество известняков употребляется в строительстве, а также в сельском хозяйстве.
В металлургии известняки употребляются в качестве флюса, обеспе-чивающего переход в металл полезных компонентов и очистку металла от вредных примесей, переходящих в шлак. В обыкновенных сортах флюсового известняка содержание нерастворимого остатка не должно превосходить 3%, содержание ЭОз - 0,3%, а количество СаО не может быть менее 50%. Флюсовые известняки должны быть механически проч-ными.
Известняки, употребляющиеся в смеси с глиной для производства портланд-цемента, не должны содержать включений гипса, кремня и песчаных частиц. Содержание в них окиси магния должно быть не более 2,5%, а отношение, называемое коэффициентом насыщения, в исходной смеси равно 0,80-0,95, причем количество кремнезема не должно пре-вышать. содеряшние полуторных окислов более чем в 1,7-3,5 раза. Наиболее пригодны рыхлые известняки.

Известняки являются основным сырьем для производства негашеной (воздушной) извести. Наиболее ценны известняки с содержанием MgCOe до 2,5% и глинистых примесей до 2%. Доломитизированные известняки (с содержанием MgO до 17%) дают худшую по качеству известь.
В химической промышленности известняки и продукты их обжига применяются при производстве карбида кальция, соды, едкого натра и других веществ. Для изготовления этих материалов необходимы чистые известняки с малым содержанием примесей.
В стекольной промышленности известняк вводится в шихту для повышения химической стойкости стекла. Обычные сорта стекол содержат до 10% окиси кальция. Употребляемые в стекловарении известняки должны"на 94-97% состоять из СаСОз и содержать не более 0,2- 0,3% БегОз.
В сахарной промышленности известняки, содержащие малое количество примесей, употребляются для очистки свекловичных соков.
Известняки, разрабатываемые как каменный строительный и дорож-ный материал, должны обладать достаточной механической прочностью и устойчивостью против выветривания. Особенно пригодны в качестве бутового камня чистые и окремненные известняки. Примесь глинистых частиц значительно уменьшает механическую прочность известняков и их стойкость против выветривания. Щебень из прочных известняков исполь-зуется при изготовлении бетона и в качестве железнодорожного балласта.
Еще меньше требований предъявляется к известнякам, используемым в сельском хозяйстве для известкования подзолистых почв. Для этой цели может употребляться любой, предпочтительно мягкий, местный известняк.
Мел используется в большом количестве в малярном деле как белый пигмент. В значительном количестве мел употребляется как наполнитель в резиновой, бумажной и некоторых других отраслях промышленности. Часто мел применяется как заменитель извести.

Render({ blockId: "R-A-248885-7", renderTo: "yandex_rtb_R-A-248885-7", async: true }); }); t = d.getElementsByTagName("script"); s = d.createElement("script"); s.type = "text/javascript"; s.src = "//an.yandex.ru/system/context.js"; s.async = true; t.parentNode.insertBefore(s, t); })(this, this.document, "yandexContextAsyncCallbacks");

Доломиты

Доломиты представляют собой карбонатные породы, состоящие в основном из минерала доломита. Чистый доломит соответст-вует формуле CaMg (СОз) 2 и содержит 30,4% СаО; 21,8% MgO и 47,8%СОг, или 54,3% СаСОз и 45,7% MgCCb. Весовое соотношение СаО: MgO = = 1,39.
Для доломитов характерно присутствие минералов, выпавших чисто химическим путем во время образования осадка или возникших во время его диагенеза (кальцит, гипс, ангидрит, целестин, флюорит, магнезит, окислы железа, реже - кремнезем в виде опала и халцедон, органическое вещество и пр.). В некоторых случаях наблюдается присутствие псевдоморфоз по кристаллам разнообразных солей.
По внешнему виду многие доломиты очень похожи на известняки, с которыми их сближает цвет и невозможность невооруженным глазом отличить кальцит от доломита в мелкокристаллическом состоянии.
Среди доломитов встречаются совершенно однородные разновидности от микрозернистых (фарфоровидных), иногда пачкающих руки и обладающих раковистым изломом, до мелко- и крупнозернистых разновидностей, сложенных из ромбоэдров доломита примерно одной и той же величины (обычно 0,25-0,05 мм). Выщелоченные разновидности этих пород по своему внешнему виду несколько напоминают песчаники.
Для доломитов иногда типична кавернозность, в частности за счет выщелачивания раковин, пористость (в особенности в естественных обнажениях) и трещиноватость. Некоторые доломиты обладают способ-ностью к самопроизвольному растрескиванию. Хорошо сохранившиеся органические остатки в доломитах встречаются редко. Окрашены доло-миты большей частью в светлые оттенки желтоватого, розоватого, красно-ватого, зеленоватого и других тонов.
Для доломитов характерна кристаллическая зернистая (мозаичная) структура, обычная также для известняков, и разного рода реликтовые структуры, вызванные замещением известковых органических остатков, оолитов или карбонатных обломков во время доломитизации. Наблюдается иногда оолитовая, а также инкрустационная структура в связи с заполнением разнообразных полостей, обычно в рифовых массивах.
Для пород, переходящих от известняков к доломитам, типична порфиробластовая структура, когда на фоне мелкокристаллической кальцитовой массы присутствуют отдельные крупные ромбоэдры доломита.
Ромбоэдры доломита часто ясно зональны. Обычно их внутренняя часть в шлифе кажется темной, так как содержит много включений, а периферическая - свободна от них. Встречаются ромбоэдры с чередующимися зонами разной степени прозрачности или сложенные в центре кальцитом, а с поверхности доломитом.
По происхождению доломиты подразделяются на первично-осадочные, сингенетические, диагенетические и эпигенетические. Три первых, типа часто объединяют под названием первичных доломитов, а эпигенетические доломиты называют также вторичными.
Первично-осадочные доломиты. Эти доломиты возникали в морских заливах и лагунах с водой повышенной солености, за счет непосредственного выпадения доломита из воды. По данным С. Г. Вишнякова и Я. К. Писарчик, эти породы залегают в виде хорошо выдержанных пластов, в пределах которых иногда ясно выражена тонкая слоистость. Первичная кавернозность и пористость, так же как и органи-ческие остатки, отсутствуют. Часто наблюдается переслаивание подобных доломитов с гипсом. Контакты слоев равные, слабоволнистые или посте-пенные. Иногда встречаются включения гипса или ангидрита.
Структура первично-осадочных доломитов равномерно микрозерни- стая. Преобладающий размер зерен около 0,01 мм. Кальцит встречается лишь в виде незначительной примеси. Иногда наблюдается окремнение, местами интенсивное.

Некоторые исследователи отрицают возможность образования первичных доломитов как в современную эпоху, так и в геологическом прошлом. Этот вопрос детально обсуждается в работе Фейербриджа (Fairbrigde, 1957). Обстоятельно проблема доломитообразования обсуждается -в трудах Н. М. Страхова и Г. И. Теодоровича.
Сингенетические и диагенетические доломиты. К их числу относится преобладающая часть доломитов. Различить их можно не всегда. Они возникают за счет преобразования известкового ила. Залегают в виде пластов и линзовидных залежей и пред-ставляют собой крепкие с неровным шероховатым изломом породы, обычно с неясной слоистостью. Структура сингенетических доломитов чаще равномерномикрозернистая. Для диагенетических более типична неравномернозернистая (зерна от 0,1 до 0,01 мм). Часто наблюдаются органические остатки, в той или иной мере замещенные доломитом. При этом первоначально замещаются раковинки, состоящие из пелитоморфного кальцита (например, раковинки фораминифер). Органические же остатки, сложенные крупными кристаллами кальцита (например, членики крино- идей), остаются обычно недоломитизированными. Раковины брахиопод и кораллы доломитизируются после раковинок фораминифер и раньше члеников криноидей и панцирей морских ежей.
Таким же образом происходит первоочередное замещение доломитом и пелитоморфных участков породы, сложенных кальцитом неорганического происхождения. Часто наблюдается также выщелачивание органических остатков.
Характерна для диагенетических доломитов и неправильно ромбоэдрическая, ромбоэдрическая или овальная форма зерен доломита, часто имеющих концентрически зональное строение. В центральной части зерен имеются темные пылевидные скопления.
В некоторых случаях происходит огипсование породы. При этом замещению гипсом легче всего подвергались наиболее проницаемые для растворов участки карбонатной породы (в частности, органические остатки), а также скопления пелитоморфного доломита.
Вторичные (эпигенетические) доломиты. Этот тип доломитов образуется в процессе замещения при помощи растворов
уже твердых известняков, вполне сформировавшихся как горные породы. Эпигенетические доломиты залегают обычно в виде линз среди неизмененных известняков или содержат в себе участки остаточного известняка.
Районы распространения эпигенетических доломитов часто приурочиваются.к крупным элементам структур и древнего рельефа. Так например, С. Г. Вишняков указывает, что доломиты и доломитизированные известняки горизонта глауконитовых известняков нижнего силура Ленинградской области распространены лишь в районах додевонских депрессий, в которых выше по разрезу распространены доломиты нарорских слоев, обогащающие магнием подземные воды.
Эпигенетические доломиты характеризуются обычно массивностью или неясной слоистостью, неравномернозернистой и неоднородной структурой. Рядом с участками, полностью доломитизированными, присутствуют участки, почти не затронутые этим процессом. Граница между такими участками извилистая, неровная и проходит иногда посередине раковин. .
Я. К. Писарчик считает также характерным для эпигенетических доломитов отсутствие в ядре кристаллов доломитов пылевидных частиц пелитоморфного кальцита, хорошо выраженную ромбоэдрическую форму кристаллов доломита, так же как и их прозрачность.
Вторичные доломиты обычно крупно- и неравномернозернисты, часто такясе крупно- и неравномернопористы.
Происхождение. Доломиты могут возникать на всех стадиях образо-вания осадочных пород. Их формированию способствует значительная минерализация воды и ее щелочность, повышенная температура, а также обилие в растворе углекислоты. В прошлом, эти условия имели место уже в воде бассейнов, и тогда образовывались первично-осадочные доломиты. .
В последние геологические периоды, вероятно, из-за уменьшения содержания углекислоты в атмосфере, такие доломиты формировались очень редко.
Значительно чаще благоприятные условия для возникновения доломитов создавались в йлах из-за большей минерализации иловых вод и значительного содержания в них углекислоты, в частности, при разложении органического вещества.
Образование доломита неоднократно становилось возможным и значительно ниже поверхности земли, уже в толще осадочных пород.
Источником солей магния для первично-осадочных доломитов явля-лась морская вода, а в других случаях - органические остатки, в которых Mg часто находится в легко растворимом виде, или, наконец, маг-незиальные породы, из которых происходило выщелачивание солей магния.
Увеличение минерализации воды значительно сближает растворимость углекислого кальция и магния. Доломит, как указывает Г. И. Теодорович, обычно образуется при концентрации вод, промежуточных между отложением известковых осадков и осадков сульфата кальция. Возможны все переходы от чистых известняков к нормальным доломитам и от доломитов, через сульфатно-доломитовые породы, до сетчатых доломитсодержащих ангидритов или гипсов. Первичным членом этого ряда являются чисто известковые и доломито-известковые типично морские отложения, лишенные сингенетических целестина, флюорита и сульфатов кальция. Затем следуют: 1) известковые доломиты и доломиты с сингенетическим целестином и флюоритом; 2) доломиты с сингенетическим ангидритом, целестином и флюоритом; 3) доломиты с сингенетическим ангидритом без целестина и флюорита и 4) доломиты с сингенетическим ангидритом и магнезитом.
При выветривании доломитов иногда наблюдается их раздоломичивание, ведущее к образованию известняков.
Характерным явлением, сопровождающим выветривание доломитов и доломитизированных известняков, является образование так называемой доломитовой муки, представляющей собой скопление мелких изъеденных кристаллов доломита. Доломитовая мука залегает обычно в виде линз, гнезд и прослоев среди твердых доломитов, образуя скопления до нескольких метров мощности.

Геологическое распространение

Эпохи доломитообразования совпадали с эпохдми усиленного накопления известняков, за исключением того, что частота образования доломитов в общем уменьшалась по мере развития Земли. Поэтому мощные толщи чистых доломитов встречаются преимущественно среди докембрийских отложений. Среди этих же отложений, по- видимому, преобладают первичные доломиты, образовавшиеся за счет химического осаждения минералов из морской воды. В более молодых отложениях чаще встречаются диагенетические или вторичные доломиты, обычно в гипсоносных или соленосных толщах.
Практическое применение. Доломиты и доломитовые известняки применяются в металлургии, при изготовлении строительных материалов, в стекольной и. керамической промышленности.
В металлургической промышленности доломиты применяются в качестве огнеупорного материала и в качестве флюса.
Применение доломита с качестве огнеупорного материала объяс-няется высокой температурой его плавления, у чистых разновидностей, равной 2300°. При обжиге доломита при температуре 1400-1700° образовавшиеся в процессе диссоциации свободные окислы (CaO, MgO) перекри- сталлизовываются, в результате чего пористая масса спекается в плотный клинкер, применяемый для футеровки пода мартеновских печей. Доломитовый под поглощает из расплавленного металла вредные примеси - серу и фосфор.
В доломитах, применяемых в качестве огнеупоров содержание кремнезема не должно быть больше 4-7%, содержание В2О3 и Мп304 не выше 3-5%, так как присутствие этих примесей резко понижает темпе-ратуру спекания и плавления доломита.
При использовании доломитов в качестве флюсов при доменной плавке применяются большей частью известковистые доломиты с содержанием СаО в пределах 30-40% и MgO не менее 10%. Содержание примесей (нерастворимый остаток, фосфор, сера) должно быть незначительно.
В последние годы доломиты начинают использоваться в металлур-гии для производства магния. Используются они также для производства магнезиальных цементов, при отсутствии местных известняков для изго-товления извести, в стекольной, керамической и других отраслях про-мышленности.

Под мергелями понимают породы, переходные между кар-бонатными и глинистыми, содержащие 20-70% глинистых частиц. При меньшем их количестве мергели переходят в глинистые известняки, доломито-известняки и доломиты. Типичные мергели содержат менее 5% доломита (1,1% MgO) и от 20 до 40% глинистых частиц. При возрастании содержания доломита до 20% (4,4% MgO) они переходят в слабо доло-митовые, а затем в умереннодоломитовые (20-25% доломита или 4,4- 10,9% MgO) и сильнодоломитовые (более 50% доломита или более 10,9%
MgO). Мергели, в которых карбонатная часть представлена почти исключительно доломитами (содержание кальцита менее 5% следует называть до ломито-мергелями).
Собственно мергели (содержащие не более 5% доломита) делятся на две группы: мергели, содержащие от 20 до 40% глинистых частиц, и глинистые мергели, в которых количество этих частиц увеличивается с 40 до 70%. Тонкозернистые глинистые известняки (содержание гли-нистых частиц 5-20%) часто называют известковыми: мергелями.
Мергели подразделяются на еще более мелкие группы. Так, их разновидности, содержащие СаСОз от 75 до 80% и мелкие частицы силикатных минералов в количестве от 20 до 25%, могут применяться без всяких добавок для производства портланд-цемента и поэтому называются натуральными цементными мергелями (натуралы). Г. И. Бушинский предлагает именовать мелоподобными мергелями еще более известковистые разновидности мергелей, переходные к писчему мелу и содержащие 80-90% СаСОз. Породы, содержащие 90^-95% СаСОз, следует называть глинистым мелом. Чистый мел, так же как и чистый известняк, состоит более чем на 95% из карбоната кальция.
У обычных мергелей в нерастворимом остатке содержание кремнезема превышает количество полуторных окислов не более, чем в 4 раза. Мергели, у которых соотношение S1O2: R2O3 > 4, относятся к группе песчаных или кремнеземистых.

Типичные мергели представляют собой однородную по структуре, очень мелкозернистую породу, состоящую из смеси глинистых и карбонатных частиц и часто обладающую во влажном состоянии известной пластичностью. Обычно мергели окрашены в светлые тона, но встречаются и яркоокрашенные разновидности красного, коричневого и фиолетового цвета (особенно в красноцветных толщаХ). Тонкая слоистость для мергелей не типична, но многие из них залегают в виде тонких слоев. Некоторые мергели образуют закономерные ритмичные переслаивания с тонкими глинистыми и песчаными прослоями (флишевые отложения). Другие обладают способностью при выветривании быстро растрескиваться («трескуны» и «рухляки»). Обычно это связано с присутствием среди глинистых частиц минералов монтмориллонитовой группы, способных резко увеличивать свой объем при увлажнении,
В качестве примеси в мергелях присутствуют органические остатки, обломочные зерна кварца и других минералов, сульфаты, окислы железа, глауконит и т. д.
Под микроскопом мергели обнаруживают алевритовую или, реже, псаммопелитовую структуру, свойственную некоторым глинам и характеризующуюся присутствием песчаных и алевритовых частиц на фоне основной, тонкозернистой массы, состоящей из смеси глинистых частиц и карбонатных зерен. Размер последних иногда достигает размера алевритовых (т. е. около 0,01 мм).
Происхождение и геологическое распространение. Мергели образуются в областях одновременного отложения глинистого и карбонатного материала. Районы их образования располагаются обычно ближе к области сноса сравнительно с чисто карбонатными породами. Мергели встречаются часто среди континентальных отложений (особенно среди озерных). Существуют также лагунные и морские разновидности. Эпохи образования мергелей совпадают с эпохами образования других карбонатных пород.

Практическое применение

Мергели широко используются в цементном производстве. Для производства портланд-цемента наиболее пригодны те мергели (натуралы), которые могут непосредственно применяться для обжига без предварительного смешения с другими видами сырья (с известняком или глиной). Химический состав мергелей-натуралов должен соответствовать тем же требованиям, как и смесь известняка с глиной (см. выше). Вредна примесь окиси магния, фосфора, щелочей и серы.
Сырье для портланд-цемента обжигается при температуре около 1450°, при которой уже происходит спекание глинистых и известковых частиц и формирование силикатов и алюминатов. Обожженная смесь (клинкер) размалывается и смешивается с небольшим количеством гипса и иногда гидравлических добавок.
Роман-цемент по сравнению с портланд-цементом производится из сырья, более бедного окисью кальция, и обжигается при значительно более низких температурах (850-1100°). Для его изготовления могут быть использованы доломитизированные породы.

Известняки обломочные образуются в результате разрушения и перемыва более древних известняков и механической обработки скелетов известняковых организмов. Раковины и обломки их подвергаются механической обработке в зоне прибоя, волнений, в результате приливно-отливных течений, и в той или иной степени окатываются. Раковины измельчаются и илоедами. Так формируется основная часть мелководных карбонатных осадков современных морей. Когда захороняются обломки поблизости от источников сноса (без механической обработки) образуются брекчии. Известняки, сформированные в результате механической обработки раковин, получили название органогенно-обломочных.

Известняки биогермные - это продукт жизнедеятельности животных и растений. К ним относятся биогермы - прижизненные скопления прикрепленных организмов, находящихся в положении роста, и биоценозы - прижизненные скопления организмов, обитающих вместе на определенном участке дна бассейна.

Хемогенные известняки образуются при седиментогенезе и раннем диагенезе. Хемогенная садка происходит в современных морях и океанах, а также в водоемах суши с аридным климатом. Роль хемогенной садки CaCO3 в геологическом прошлом была более значительной. В результате хемогенной садки образуются пелитоморфные, оолитовые известняки и многочисленные карбонатные конкреции в терригенных породах. Механизм этого процесса сводится к следующему. В водах морей и океанов низких широт в мелководной области, а также в водоемах суши аридной зоны карбонат Ca содержится в количестве, близком к насыщению, или даже насыщает воды. Монокарбонат CaCO3 является практически нерастворимым соединением (растворимость его 0,001 г на 100 г воды). При избытке в воде CO2 он переходит в бикарбонат - Ca(HCO3)2 - соединение высокой растворимости. В природных водах существует подвижное равновесие:

CaCO3 + CO2 + H2O = Ca (HCO3)2

При выделении избытка CO2 в атмосферу равновесие смещается в сторону образования нерастворимых в воде монокарбонатов. Причиной уменьшения содержания CO2 может быть прогревание воды, деятельность организмов (водорослей), волнение, удаляющее избыток CO2 и поставляющее мельчайшие кристаллики CaCO3 (затравку) при взмучивании ила.

На происхождение доломитов существует несколько точек зрения. В настоящее время считается доказанным существование 3 генетических типов доломитов:

• 1. Доломиты первичные - седиментационные, образовавшиеся в результате хемогенной садки из вод бассейна. Такой тип доломитов получил широкое распространение в протерозойских и нижнепалеозойских отложениях.
• 2. Доломиты, которые образовались в период диагенеза при воздействии морских и иловых вод на известковые и известково-доломитовые осадки.
• 3. Доломиты, сформированные в результате метасоматоза (при катагенезе, метагенезе и гипергенезе) при воздействии вод, обогащенных магнием, на известняковые породы), так называемые эпигенетические доломиты.

Известняки слагают мощные толщи в кембрии Сибири, Урала, Средней Азии; в силуре Санкт-Петербургской области, Прибалтики, Урала, Средней Азии, Предкавказья; в девоне Русской платформы, Урала, Сибири; в карбоне Русской платформы. В триасовых отложениях они встречаются на Кавказе, в Крыму, Средней Азии; в юре они развиты на Кавказе, в Крыму; в меловых отложениях представлены толщами мела и известняков; в третичных отложениях получили широкое распространение на Кавказе, в Закавказье.

Доломиты менее распространены, чем известняки. Они изучены в кембрии Сибири; в силуре - на Сибирской платформе и в Прибалтике; в девоне - Средней Азии; девоне и карбоне на Русской платформе; в перми - на востоке Русской платформы; верхней юре - на Памиро-Алтайской системе; в третичных отложениях - в Таджикистане.

Известняки - одно из важных полезных ископаемых. Их основные потребители - металлургическая и цементная промышленности. Они широко используются в строительной промышленности, химической, стекольной и в сельском хозяйстве. С карбонатными коллекторами связаны большие запасы нефти и газа. С известняками связаны пластообразные залежи барита, магнезита, флюорита, известковистых марганцевых руд, сплошных и вкрапленных антимонитовых руд; пластообразные и жилообразные месторождения сидерита; пластообразные залежи и линзы стронция; урано-ванадиевые и тюямунитовые руды; пласты и залежи неправильной формы вкрапленных руд свинца, цинка, сурьмы, ртути, меди (медь часто с примесью кобальта); неправильные залежи арсенопирита (Справочник по литологии, 1983). В фосфоритоносных и битуминозных известняках, наряду с высоким содержанием фосфора, встречаются повышенные количества стронция, бария, молибдена, урана и др. Древние карсты в карбонатных породах в ряде случаев содержат бокситы, руды никеля, кобальта, меди, железа и марганца, драгоценные камни, фосфориты, каолины, огнеупорные глины, стекольные пески, охры. Среди карбонатных пород в жилах и пустотах встречаются стяжения исландского шпата.

Потребителем доломитов и доломитизированных известняков является черная металлургия, где эти породы используются в качестве огнеупорного материала, флюса и руды на магний. В промышленности строительных материалов доломит идет на производство магнезиального цемента, термоизоляционных материалов, извести, а также на облицовочный материал и строительный камень, высокопрочный цемент и др.

В небольших количествах доломит используется в резиновой, кожевенной и бумажной промышленности, в абразивном производстве, а также в сельском хозяйстве для известкования кислых почв.

Установлено, что в ранней стадии аридного литогенеза доломитообразование сопровождается осаждением меди, свинца и цинка (в равных концентрациях), тогда как для поздней стадии характерна ассоциация доломита с галитом и сульфатами.

Образование некоторых эпигенетических месторождений урана, меди, свинца, цинка, ванадия и других металлов часто сопровождается весьма значительной доломитизацией. Вторичные преобразования карбонатных пород существенно влияют также на пористость и проницаемость пород, вмещающих крупные нефтяные и газовые залежи.

Известняки

Известняки органогенные (биогенные). Биогенный способ накопления известняков (кальцита) в настоящее время преобладает, вероятно такая же тенденция имела место в течение всего фанерозоя. Такого рода породы представляют собой окаменевшие продукты жизнедеятельности животных и растений. Среди них различают биогермы - прижизненные скопления прикрепленных организмов, находящихся в состоянии роста - кораллы, мшанковые и водорослевые - строматолитовые известняки.

Выделяют еще биоценозы - прижизненные скопления организмов, обитающих вместе на определенном участке дна бассейна. Биоценозы и- весьма разнообразные горные породы, они дают обычно цельнораковинные известняки.

Еще чаще встречаются известняки, представляющие собой результат совместного захоронения обломочного детрита ранее умерших животных. Такие скопления получили названия танато- и тафоценозов . Они сложены окаменевшими остатками самых различных видов - например, брахиопод, пелиципод, криноидей, фораменифер и др.

Если преобладающей группы организмов выделить нельзя, то могут рассматриваться, например, брахиоподово-коралловые, фораминиферо-водорослевом известняки или просто органогенные известняки.

В результате тонкого перетирания скелетных остатков волнениями в прибрежной зоне образуются микрозернистые известняки, часто трудно отличимые от пород химического происхождения.

Специфической разновидностью органогенных известняков является писчий мел. Эта горная порода сложена в основном слабосцементированными остатками мельчайших организмов, в основном коколитофорид. С этим связаны его физические свойства: небольшая твердость (менее 1), большая пористость (около40%- как у глин), значительная естественная влажность (около 30%).

Часть афанитовых и микрозернистых известняков сформировалась органогенным, а другая часть хемогенным путем, часто это трудно определить в диагенетически преобра-зованных породах.

Хемогенные известняки. К этой группе относят известняковые породы, сформировавшиеся хемогенным способом на стадиях осадконакопления или раннего диагенеза. Распространение хемогенных карбонатных пород существенно меньше, чем органогенных. Обычно хемогенные известняки имеют зернистую или кристаллическую структуру. Для этих пород характерны также оолитовые и сферолитовые структуры. Хемогенные породы часто ассоциируют с органогенными.

Особую подгруппу карбонатных хемогенных пород представляют собой известковые натеки (например, сталактиты и сталагмиты в пещерах), образующиеся за счет выпадения из просачивающихся растворов кальцита или его разновидности арагонита. Эти образования имеют обычно игольчато-кристаллическую структуру, причем кристаллы ориентированы перпендикулярно границам нарастания.

При замещении в ходе диагенеза или катагенеза части кальцита доломитом формируются доломитизированные известняки.

Отложение химических карбонатных осадков интенсивно проявлялось в предшествующие древние эпохи геологической истории и происходит в меньших масштабах в современных морях и океанах, а также на континентах в условиях аридного климата, большей частью в озерах.

Хемогенным путем НСО3 образуются пелитоморфные известняки, оолитовые известняки и многочисленные карбонатные конкреции среди терригенных пород в мелководной области морей и океанов при выделении из вод избытка СО2 в атмосферу. Процесс происходит в рамках существующего в акваториях природного равновесия:

Са(НСО 3) 2 =СаСО 3 +СО 2 +Н 2 0.

При выделении избытка СО 2 в атмосферу равновесие смещается в сторону образования нерастворимых в воде монокарбонатов (СаСО 3 и др.). Причинами уменьшения содержания СО 2 может быть прогревание воды, ускоряющее процесс удаления из воды избытка СО2, а также волнение воды и мельчайшие водоросли, обеспечивающие формирование и поставку затравки - центров кристаллизации СаСО 3 при взмучивании ила. При этом карбонат кальция осаждается в виде мельчайших кристалликов и, возможно, в виде комков геля СаСО 3 . Выделение СаСО 3 продолжается и в начальной стадии диагенеза в самом осадке из концентрированных растворов иловых вод.

При этом гидрохимический состав вод и термодинамические условия бассейна меняются по сезонам года. Следствием этого является периодичность выделения СаСО 3 и их преобразований с формированием зональных кристаллов, концентрических полос в оолитах и т.п..

Химическому выпадению кальцита способствует жаркий засушливый климат, а также ограниченность привноса в бассейн осадконакопления терригенного материала.

Известняки обломочные формируются в результате разрушения и перемыва более древних известняков и механической обработки скелетов известковых организмов. При этом обломки пород и раковин подвергаются интенсивной механической обработке в полосе прибоя, в зоне волнений и приливно-отливных течений. Раковины измельчаются также илоедами. Таким способом формируется большая часть мелководных карбонатных осадков современных морей.

При захоронении обломков вблизи источников сноса без существенной механической обработки получаются брекчии. Известняки, возникшие в результате механической обработки раковин называются органогенно-обломочными. Выделяются также известняковые конгломераты и пески, другие виды обломочных пород.

Известняки смешанного или неясного происхождения относятся к подгруппе наиболее распространенных карбонатных пород. В таких породах можно обнаружить участки с органогенной структурой.

Доломитовые породы.

Доломитом называют породу, состоящую на 95% и больше из минерала доломита. Обычно такого рода породы содержат примеси кальцита, пирита, халцедона, кварца и органического вещества. В некоторых доломитах встречаются вкрапленники ангидрита и гипса. В зернистых и микрозернистых доломитах под микроскопом наблюдается значительное количество правильных ромбоэдрических кристаллов. Происхождение доломитов, в отличие от известняков, в основном химическое. В современную эпоху они образуются редко на береговых отмелях некоторых тропических морей (Красного моря, побережья Австралии, а также в осадках оз. Балхаш в Казахстане). Мощные толщи доломитов геологического прошлого образовывались вероятно путем непосредственного химического выпадения из морской воды и в озерных бассейнах в условиях аридного климата.

Значительная часть доломитов образовалась в период диагенеза при воздействии морских и иловых вод на известковые и известково-доломитовые осадки.

По макроскопическому облику доломиты напоминают известняки и ориентировочно отличаются от них по описанной выше реакции с 5%-ной соляной кислотой.При определении карбонатности пород, либо при изучении диагностируемых карбонатных минералов проводят их опробование 5-процентной соляной кислотой. При этом кальцит с шипением растворяется в холодной кислоте в куске, доломит растворяется в холодной кислоте только в порошке, а сидерит "шипит" в порошке, но при нагревании кислоты.

Выделяются следующие подгруппы доломитов.

Обломочные доломиты. Среди обломочных доломитов различаются, также как и среди обломочных известняков, конгломераты, брекчии, доломитовые песчаники и другие обломочные породы. Состоят они из окатанных или угловатых обломков доломита, содержат примеси терригенного материала и сцементированы доломитовым или кальцитовым цементом.

Обломочные доломиты распространены среди мощных доломитовых толщ в виде пластов, линз и явились результатом перемыва доломитовых пород в условиях пляжевого мелководья. Брекчии иногда имеют химическое происхождение, как продукты внутриформационной коры выветривания.

Доломиты с органогенной структурой иногда содержат различимые органические остатки. Последние обычно сложены пелитоморфным доломитом, а их матрикс также представлен пелитоморфным или зернистым доломитом и кальцитом. Доломиты такого типа формируются как продукты доломитизации карбонатных осадков на стадиях седиментации или в процессе диагенеза. Известны доломиты с остатками кораллов, брахиопод, мшанок, пелиципод и др. организмов.

Водорослевые доломиты состоят из крупных караваеобразных тел - биогерм, мелких округлых шарообразных тел, почти полностью сложенных водорослями синезелеными и зелеными, концентрирующими карбонат магния. Тела водорослей сложены пелитоморфным доломитом. Цемент в породах доломитовый, иногда они отличаются высокой пористостью и кавернозностью. Бывают водорослевые доломиты с разорванными или переотложенными водорослями, отличающиеся горизонтальной или горизонтально-волнистой слоистостью.

Хемогенные доломиты - это пелитоморфные или микрозернистые, подчас оолитовые породы, лишенные органических остатков, однородные по структуре и составу, иногда с примесью ангидрита и гипса. Пелитоморфные доломиты иногда содержат прослои гидрослюдистых и монмориллонитовых глин.

Оолитовые доломиты состоят из концентрических и радиально-лучистых агрегатов, сцементированных пелитоморфным и зернистым доломитом.

Сидериты рассматриваются как диагенетические образования, сформировавшиеся в условиях низкого окислительно-восстановительного потенциала и существенного количества Сорг. в осадке. Сидерит может быть рассеян в осадочной породе, образовывать в них конкреции, выполнять полости и инкрустировать органогенные известняки.

В настоящее время образование сидерита связано с континентальными условиями. В пресных водоемах гумидной зоны сидерит является основным минералом, цементирующим обломочные породы и дающим конкреции. В более ранние эпохи он накапливался и в прибрежно-морских условиях, образуя оолитовые гидрогетит-шамозит-сидеритовые руды. Обилием сидеритовых и сидеритсодержащих конкреций характеризуются позднепалеозойские угленосные формации.

Карбонатные породы смешанного состава - доломитовые известняки (5-50% доломита), известковые доломиты (50-95% доломита), анкеритизированные известняки (от нескольких до 30-50%) анкерита образуются путем доломитизации и анкеритизации известкового ила, реже известняков. Иногда породы такого типа возникают вследствие раздоломичивания доломитов при процессах выветривания. Макроскопически переходные породы трудно отличить от доломитов и известняков. Для этого необходим комплекс дополнительных исследований.

Углистые известняки - обычно черного цвета, содержат до 50% углистого материала и обычно встречаются в разрезах совместно с угольными пластами.

Мергели - карбонатно-глинистые породы, тонкозернистые мягкие, реже камневидные и твердые белого, желтовато-серого и зеленовато-серого цвета. Сложены они пелитоморфным или микрозернистым кальцитом (редко доломитом) и тонким глинистым материалом. Распределение глинистой составляющей равномерное, редко она образует маломощные прослои. Глинистое вещество представлено монтмориллонитом и слюдой. Иногда мергели содержат значительную долю кремнезема (в виде опала). Нередко мергели содержат глауконит (глауконитовые мергели), цеолиты, барит, пирит. Часто в мергелях содержатся слои фораминифер, кокколитофорид и др.

Промышленность использует различные карбонатные породы: осадочные известняки и их разновидность-мел, доломиты и их разновидность - доломитовую муку, мергели, гидротермальные травертины, карбонатные породы карбонатитовых комплексов, известковые туфы. Существует ряд классификаций карбонатных пород, в том числе кальциевых их разностей.

В промышленности используется и такое образование карбонатного состава, как «ракушка», представленное еще не литифицированным осадком, состоящим из раковин и их обломков (иелеципод и других организмов).

Между известняками, сложенными преимущественно кальцитом, и доломитами, состоящими в основном из доломита, существует ряд смешанных карбонатных пород. Границы между различными разновидностями этого ряда не общепризнаны. Согласно предложению С. С. Виноградова, границей между известняками и слабодоломитизированными известняками следует считать породу, содержащую 1,2% МgО, а если в ней MgO от 4 до 10%, то ее относят к доломитовым известнякам, в многодоломитовом известняке MgO 10-17%, в сильномергелистом доломите 19,67-21,42%, в чистом доломите 21,86-21,42%.

Существует ряд переходных разностей между карбонатными породами различной магнезиальности и (магнезиальные мергели, мергелистые доломитовые известняки и др.).

Состав карбонатных пород играет большую роль в их оценке. Для большинства отраслей промышленности наиболее благоприятен однородный состав. Неоднородность состава вызывает непостоянство физико-механических свойств. Прослои, особенно тонкие, глинистых и песчано-глинистых пород, карстовые полости, заполненные обломочным материалом, наличие желваков кремня и другие неоднородности осложняют технологический процесс переработки сырья.

В качестве отрицательного явления следует отметить присутствие выделений сульфидов (пирита, марказита и др.), зерен полевых шпатов, слюд, глауконита, а в большинстве случаев и фосфата. Для некоторых отраслей промышленности (стекольной, производство белого цемента и др.) повышенное содержание считается вредным, В промышленности карбонатные породы используются благодаря особенностям их состава и ряду свойств. К этим свойствам относятся механическая прочность, белизна, способность образовывать при помоле определенной формы частицы, декоративность, диэлектрические особенности, объемная масса, твердость (небольшая твердость обусловливает способность к распиловке и невысокую абразивность, но повышенную истираемость), пористость, огнеупорность и др.

Карбонатные породы в процессе использования подвергают механической обработке (дроблению, измельчению, распиловке и пр.), более глубокой термической, химической и др. Прочность карбонатных пород на сжатие в воздушно-сухом состоянии колеблется от 30-80 МПа у известняков-ракушечников, до 40-140 МПа и реже более 200 МПа. Только дроблению подвергают карбонатные породы при использовании их в качестве рваного камня - щебня и бута. При этом в оценке качества сырья большое значение имеют механические свойства, определяемые прочностью в водонасыщенном или сухом состоянии, морозостойкостью, сопротивлением удару и др., а также водопоглощением, дробимостыо, коэффициентом размягчения, износом в полочном барабане и др.

Например, камень, используемый в качестве щебня для бетона гидротехнических сооружений, должен иметь прочность на сжатие в водонасыщенном состоянии не менее 50 МПа; дробимость в цилиндре в сухом состоянии, определяемую по потере массы через определенное время дробления, не более 10% для сооружений зоны переменного уровня воды и 14% для подводных и надводных частей сооружений; морозостойкость, определяемую числом циклов попеременного замораживания и оттаивания (в водонасыщенном состоянии), - не менее 100; объемную массу не менее 2,4-2,3 г/см3.

Для щебня, используемого в дорожном бетоне, прочность на сжатие в водонасыщенном состоянии для верхнего слоя покрытий дорог дожна быть не менее 80 МПа, а для нижнего - не менее 60 МПа. В целом же для бутового камня в зависимости от характера использования минимальная прочность на сжатие может колебаться от 10 до 80 МПа. Распиловке подвергаются карбонатные породы для получения штучного камня - это облицовочные блоки, стеновые камни, бортовые камни, брусчатка и т. д.

Кроме ряда физических (или, как их называют, физико-механических) свойств при оценке сырья для изделий этого типа учитывают выход продукции из горной массы, в ряде случаев его декоративность, а также возможности утилизации отходов, получаемых при добыче и переработке. Декоративность имеет большое значение при использовании камня для облицовки, а также для изготовления художественных изделий. Для скульптурного мрамора существенное значение имеют не только характер окраски и структура породы, но и просвечиваемость (глубина просвечиваемости, определяемая толщиной пластины, способной к просвечиванию). Для камня, применяемого дли изготовления плит для полов, большое значение имеет истираемость.

Часть карбонатных пород используется в виде так называемой: крошки, диаметр частиц 0-40 мм. Например, мраморная крошка для изготовления мозаичных и декоративных строительных деталей подразделяется на три класса: 0-5; 5-10 и 10-20 мм; прочность на сжатие - не менее 50 МПа в воздушно-сухом состоянии. Мраморная крошка для изготовления декоративных штукатурок, мозаичных бетонов и растворов подразделяется на четыре класса 0,63-5; 5-10; 10-20 и 10-40 мм; минимальная прочность на сжатие 30 МПа в водонасыщенном состоянии. Крошка карбонатных пород используется и для изготовления асфальта бетонных и битумоминеральных смесей и других изделий.

В естественном молотом виде карбонатные породы применяются в сельском хозяйстве (для известкования почв, как минеральная подкормка и др.), в кабельной промышленности, для которой важна изометричность частиц и их диэлектрические свойства, в лакокрасочной промышленности, в медицине, при производстве резины, линолеума, бумаги и т. д.

Большое значение имеют карбонатные породы для производства вяжущих веществ, в том числе строительной извести и особенно цементов. Для получения строительной извести применяют известняки и доломитовые известняки; для гидравлической извести - глинистые известняки, содержащие 8-20% глинистого компонента. При обжиге известняка получается жженая известь СаО, которая при затворении с водой дает гашеную известь (пушонку). Гашеная известь при смешивании с водой дает известковое тесто, а при добавлении воды и - строительный раствор.

Если в известняке количество глинистых веществ до 3-5%, то из такого известняка получают жирную известь, если больше - тощую известь (серую). Наличие MgO замедляет гашение. По составу к гидравлической извести (способной затвердевать в воде) близок роман-цемент. Сырье или сырьевая смесь для производства роман-цемента должны иметь гидравлический модуль (отношение CaO + MgO к сумме SiO 2 + Аl 2 О 3 + Fe 2 О 3) от 1,3 до 1,7, в то время как у гидравлической извести оно составляет от 1,7 до 9). Роман-цемент относится к относительно низкокачественным вяжущим веществам, и его производство резко сокращено. Более ценный продукт - портландцемент, но при производстве его к сырью предъявляют ряд требований.

Исходная, подлежащая обжигу минеральная смесь (шихта) должна иметь определенный состав. Обычно шихту составляют из известняка и глинистых пород - глин, суглинков, аргиллитов, лёссов и др. Иногда глинистая часть заменяется доменным шлаком, остающимся после выплавки чугуна, сланцевым коксом, золой горючих , белитовым (нефелиновым) шламом, получаемым при извлечении из нефелина глинозема, и др., например, применяются порфироиды, можно использовать вместо глин базальты. В некоторых случаях применяются природные смеси, отвечающие составу шихты - мергели-натуралы.

Один из основных показателей нормального состава шихты - коэффициент насыщения. Этот коэффициент колеблется в пределах 0,82-0,95. Необходимо выдерживать кремнеземный (п) и глиноземный (р) модули.

Предел колебания п 1,2-3,5, р 1-2,5. Если основные компоненты шихты не обеспечивают кремнеземный модуль из-за низкого содержания SiO 2 , то в шихту вводят кварцевый песок, маршаллит, опоки, трепелы и другие кремнистые продукты; если низка железистость шихты, то добавляют богатые железом продукты: пиритные огарки, колошниковую пыль, железные руды. При низком содержании А1203 вводят бокситы и другие высокоалюминиевые продукты. Кроме того, состав шихты контролируется составом исходных пород.

В продукте обжига шихты - клинкере - содержание MgO должно быть не выше 4,6%, редко до 6%, ТiO 2 не выше 0,3%, редко до 4- 5%. В процессе обжига шихты образуются трехкальциевый силикат (аллит, двухкальциевый силикат (белит), трехкальциевый алюминат и четырехкальциевый алюмоферрит, содержание (в %) которых соответственно 42-65; 15-50; 2-15 и 10-25.

В клинкере может остаться некоторое количество СаО, поэтому ее следует связать, добавляя в клинкер продукты, способные взаимодействовать с СаО. Такие добавки называют активными или гидравлическими. К гидравлическим добавкам относятся горные породы разного генезиса: осадочного - диатомиты, трепелы, опоки и спонголиты; пирометаморфического - глиежи; вулканогенного и вулканогенно-осадочного - пеплы, пемзы, туфы, туфолавы; некоторые цеолитовые породы; витролипариты и др.; выветрелые основные породы - диабазы, базальты. Кроме того, к ним относятся некоторые техногенные продукты - доменные шлаки, белитовый шлам, топливные золы, отходы керамики (битые и бракованные кирпич и черепица и др.).

Кроме гидравлических добавок в клинкер добавляют , регулирующий время схватывания бетона. Цемент получается в результате помола клинкера с вышеназванными добавками. После затворения цемента водой и добавок заполнителей получают бетон. В качестве заполнителей тяжелых бетонов используют , песок, щебень; для легких бетонов - различные горные породы и продукты их переработки. В естественном виде легкими заполнителями являются осадочные породы - известняки-ракушечники и вулканогенные породы - вулканические шлаки, пемзы и пумидиты (пеплы).

При термической обработке из осадочных пород - глин, глинистых илов и суглинков - получают керамзит, аглопорит и другие, легкие заполнители; из диатомитов и трепелов - гермолит; из вермикулита, формирующегося в процессе выветривания - вспученный вермикулит; из вулканогенного перлитового сырья (водосодержащих стекловатых пород) - вспученный перлит. Легкими заполнителями могут служить и некоторые техногенные продукты (металлургические шлаки, фосфозит и т. д.).

Существует ряд специальных видов цемента - цветные, беложгущиеся, тампонажные и др. Тампонажные цементы, используемые при бурении, получают из шихты, состоящей из известняков и бокситов. Расширяющиеся цементы приготовляют на основе глиноземистого цемента и гипсо-известкового сплава, а высококремнеземистые- на основе перлита.

Алюмофосфатные цементы характеризуются высокой жаростойкостью. Можно получить цемент, используя красные шламы (отходы алюминиевой промышленности), феррохромовые шлаки (отходы ферросплавного производства). Имеются сульфотодержащие цементы, для получения которых используют отходы туковой промышленности (фосфогипс), и ряд других разновидностей цементов.

В химической промышленности кальциевые карбонатные породы применяются в производстве кальцинированной соды, кормового преципитата, суперфосфата, карбида кальция, едких калия и натрия, хлорной извести и др. Главное требование - высокая чистота сырья.

Известняк входит в состав стекольной шихты; основная вредная примесь здесь - хромофоры, в том числе железо, и др.

Большое количество карбонатных пород используется в металлургии. Доломиты применяют как огнеупоры (в том числе смодо-доломитовые), а также для извлечения магния. Кальциевые карбонатные породы широко используются в качестве флюса (в том числе при производстве чугуна и стали, глинозема, , , , и т. д.); при этом имеют значение не только химический состав карбонатных пород, по и их механические свойства (прочность, кусковатость), а также в производстве силикатного кирпича (как основной компонент), строительной керамики, меловых промывочных жидкостей для бурения скважин, химически осажденного мела и др.

Доломиты применяют в производстве стекла, минеральной ваты, глазури, стекольного волокна, совелита, электросталеплавпльном производстве, производстве сульфитной целлюлозы, магнезиальной извести, при известковании кислых почв и т. д.