Карбонатные отложения и их свойства¶

Карбонатные отложения — это осадочные горные породы и современные осадки, сложенные преимущественно карбонатными минералами (кальцитом, арагонитом, доломитом, магнезитом). Они составляют значительную часть осадочной оболочки Земли и широко распространены на континентах и дне Мирового океана. Основные разновидности — известняки, доломиты, мел и мергели.

¶Состав и минералогия

Главный породообразующий минерал карбонатных отложений — кальцит (CaCO₃), реже встречается его полиморфная модификация арагонит. Доломит (CaMg(CO₃)₂) образует одноимённые породы, а магнезит (MgCO₃) формирует магнезитовые разности. В качестве примесей присутствуют глинистые минералы, кварц, глауконит, пирит, органическое вещество. По соотношению карбонатного и глинистого материала выделяют переходные разности: глинистый известняк (10–30 % глины) и мергель (30–70 % глины).

¶Генезис и классификация

По происхождению карбонатные отложения делят на три основные группы:

• Биогенные (органогенные) — образуются при накоплении скелетных остатков морских организмов (фораминифер, кораллов, моллюсков, кокколитофорид). К ним относятся рифовые известняки, писчий мел, ракушечники.
• Хемогенные — формируются при химическом осаждении карбоната кальция из пересыщенных растворов (оолитовые, пелитоморфные известняки, травертины).
• Обломочные (кластические) — состоят из обломков ранее существовавших карбонатных пород, переотложенных водными потоками.

По условиям залегания выделяют пластовые, массивные и рифогенные тела. Карбонатные отложения формируются преимущественно в морских условиях тёплого климата, на шельфах и в пределах мелководных бассейнов.

¶Физико-механические свойства

Свойства карбонатных пород определяются их структурой, текстурой и степенью вторичных изменений:

• Плотность варьируется от 1,6 г/см³ у мела до 2,8 г/см³ у плотных кристаллических известняков.
• Пористость колеблется от долей процента в перекристаллизованных разностях до 30–40 % в мелоподобных и кавернозных породах.
• Прочность на сжатие плотных известняков достигает 100–200 МПа, у слабосцементированных разностей снижается до 5–10 МПа.
• Растворимость — ключевая характеристика: карбонаты активно растворяются в воде, содержащей углекислый газ, с образованием гидрокарбонатов. Это обусловливает развитие карстовых процессов.

Доломиты, как правило, прочнее и менее растворимы, чем известняки, однако при выветривании могут приобретать повышенную пористость.

¶Практическое значение

Карбонатные отложения — важнейшее полезное ископаемое. Они используются:

• в строительстве — как стеновой камень, щебень, наполнитель бетонов, производство извести и цемента;
• в металлургии — как флюсы при выплавке чугуна и стали;
• в сельском хозяйстве — для известкования кислых почв;
• в химической промышленности — для получения соды, карбида кальция, минеральных удобрений;
• в нефтегазовой отрасли — карбонатные коллекторы содержат значительную часть мировых запасов углеводородов, их изучают методами геофизических исследований скважин.

Мел используется в производстве бумаги, резины, красок, зубных паст и в качестве пигмента.

¶Географическое распространение в России

На территории России карбонатные отложения широко развиты на Русской платформе (известняки и доломиты каменноугольного и девонского возраста), в Поволжье, на Урале, в Крыму и на Кавказе. Крупные месторождения мела сосредоточены в Белгородской и Воронежской областях. Доломиты добываются в Московской, Ленинградской областях и в Башкортостане.

¶Интересные особенности

• Карбонатные породы часто содержат остатки древних организмов, что делает их важным объектом палеонтологических исследований.
• В зонах выветривания известняки образуют характерные карстовые формы рельефа — воронки, пещеры, подземные реки.
• Некоторые разности карбонатных пород обладают декоративными свойствами и используются как облицовочный камень (мраморизованные известняки).

¶Источники

• Кузнецов В. Г. Литология. Осадочные горные породы и их изучение. — М.: Недра, 2007.
• Страхов Н. М. Основы теории литогенеза. — М.: Изд-во АН СССР, 1962.
• Петрографический кодекс России. Магматические, метаморфические, осадочные образования. — СПб.: ВСЕГЕИ, 2009.