Gresie - Sandstone

Gresie
Roca sedimentara
USDA Mineral Grey 93c3955.jpg
Placă tăiată de gresie care prezintă bandajul Liesegang
Compoziţie
De obicei cuarț și feldspat ; fragmentele litice sunt, de asemenea, frecvente. Alte minerale pot fi găsite în gresia deosebit de matură.

Gresia este o rocă sedimentară clastică compusă în principal din granule de silicat de dimensiuni de nisip (0,0625 până la 2 mm) . Gresiile cuprind aproximativ 20-25% din toate rocile sedimentare .

Majoritatea gresiei este compusă din cuarț sau feldspat (ambii silicați ) deoarece sunt cele mai rezistente minerale la procesele meteorologice de la suprafața Pământului, așa cum se vede în seria de dizolvare Goldich . La fel ca nisipul necimentat , gresia poate avea orice culoare datorită impurităților din minerale, dar cele mai frecvente culori sunt cafeniu, maro, galben, roșu, gri, roz, alb și negru. Deoarece paturile de gresie formează adesea stânci foarte vizibile și alte caracteristici topografice , anumite culori ale gresiei au fost puternic identificate cu anumite regiuni.

Formațiunile de rocă care sunt compuse în principal din gresie permit de obicei percolarea apei și a altor fluide și sunt suficient de poroase pentru a stoca cantități mari, făcându-le acvifere valoroase și rezervoare de petrol .

Gresia cu cuarț poate fi transformată în cuarțit prin metamorfism , de obicei legată de compresia tectonică din centurile orogene .

Origini

Gresiile sunt de origine clastică (spre deosebire de organice , cum ar fi creta și cărbunele , sau chimice , cum ar fi gipsul și iaspiul ). Boabele de nisip din silicat din care se formează sunt produsul degradării fizice și chimice a rocii de bază. Meteorizarea și eroziunea sunt cele mai rapide în zonele cu relief ridicat, cum ar fi arcurile vulcanice , zonele de ruptură continentală și centurile orogene .

Nisipul erodat este transportat de râuri sau de vânt din zonele sale sursă către medii de depozitare în care tectonica a creat spațiu de cazare pentru a se acumula sedimente. Bazinele Forearc tind să acumuleze nisip bogat în boabe litice și plagioclază . Bazinele intracontinentale și grabenele de -a lungul marginilor continentale sunt, de asemenea, medii comune pentru depunerea nisipului.

Pe măsură ce sedimentele continuă să se acumuleze în mediul de depozitare, nisipul mai vechi este îngropat de sedimente mai tinere și suferă diageneză . Aceasta constă în cea mai mare parte în compactarea și litificarea nisipului. Etapele incipiente ale diagenezei, descrise ca eogeneza , au loc la adâncimi superficiale (câteva zeci de metri) și se caracterizează prin bioturbare și modificări mineralogice în nisipuri, cu o ușoară compactare. Hematitul roșu care dă culoarea gresiei de pat roșu se formează probabil în timpul eogenezei. Înmormântarea mai profundă este însoțită de mezogeneză , timp în care are loc cea mai mare parte a compactării și litifierii.

Compactarea are loc pe măsură ce nisipul este supus unei presiuni crescânde din partea sedimentelor deasupra. Boabele de sediment se mută în aranjamente mai compacte, boabele ductile (cum ar fi boabele de mică ) sunt deformate și spațiul porilor este redus. În plus față de această compactare fizică, compactarea chimică poate avea loc prin soluție sub presiune . Punctele de contact dintre cereale sunt sub cea mai mare tulpină, iar mineralul strecurat este mai solubil decât restul cerealelor. Ca rezultat, punctele de contact sunt dizolvate, permițând boabelor să intre în contact mai strâns.

Litificarea urmează îndeaproape la compactare, deoarece temperaturile crescute la adâncime grăbesc depunerea cimentului care leagă boabele împreună. Soluția sub presiune contribuie la cimentare, deoarece mineralul dizolvat din punctele de contact tensionate este depozitat din nou în spațiile porilor netensionate.

Compactarea mecanică are loc în principal la adâncimi mai mici de 1.000 de metri (3.300 ft). Compactarea chimică continuă până la adâncimi de 2.000 de metri (6.600 ft), iar cea mai mare parte a cimentării are loc la adâncimi de 2.000-5.000 de metri (6.600-16.400 ft).

Acoperișul gresiei îngropate este însoțit de telogeneză , a treia și ultima etapă a diagenezei. Deoarece eroziunea reduce adâncimea înmormântării, expunerea reînnoită la apa meteorică produce modificări suplimentare la gresie, cum ar fi dizolvarea unei părți din ciment pentru a produce porozitate secundară .

Componente

Cereale de cadru

Paradise Quarry, Sydney , Australia
Nisip de grus și granitoidul din care este derivat

Boabele-cadru au fragmente detritice de dimensiuni de nisip (0,0625 - 2-milimetri (0,00246 - 0,07874 in) diametru) care alcătuiesc grosul unei gresii. Aceste boabe pot fi clasificate în mai multe categorii diferite pe baza compoziției lor minerale:

  • Boabele de cuarț sunt mineralele dominante în majoritatea rocilor sedimentare clastice ; acest lucru se datorează faptului că au proprietăți fizice excepționale, cum ar fi duritatea și stabilitatea chimică. Aceste proprietăți fizice permit boabelor de cuarț să supraviețuiască mai multor evenimente de reciclare, permițând în același timp boabelor să prezinte un anumit grad de rotunjire. Boabele de cuarț evoluează din roca plutonică, de origine felsică și, de asemenea, din gresii mai vechi care au fost reciclate.
  • Boabele cadru feldspatice sunt de obicei al doilea mineral cel mai abundent în gresii. Feldspatul poate fi împărțit în feldspati alcalini și feldspati plagioclasici, care pot fi distinși la microscopul petrografic.
  • Intervalul de feldspat alcalin în compoziția chimică de la KAlSi 3 O 8 până la NaAlSi 3 O 8 .
Fotomicrografie a unui bob de nisip vulcanic ; imaginea superioară este lumină polarizată plan, imaginea inferioară este lumină polarizată încrucișată, caseta de scală din centrul stânga este 0,25 milimetri. Acest tip de cereale ar fi o componentă principală a unei gresii litice.
  • Boabele de cadru litice (numite și fragmente litice sau claste litice) sunt bucăți de rocă sursă antică, care nu au fost încă supuse unor granule minerale individuale. Fragmentele litice pot fi orice rocă magmatică, cu granulație fină sau granulară, magmatică sau sedimentară, deși cele mai frecvente fragmente litice găsite în rocile sedimentare sunt clastele rocilor vulcanice.
  • Mineralele accesorii sunt toate celelalte boabe minerale dintr-o gresie. Aceste minerale reprezintă de obicei doar un procent mic din boabele dintr-o gresie. Mineralele accesorii comune includ micas ( muscovit și biotit ), olivină , piroxen și corindon . Multe dintre aceste boabe accesorii sunt mai dense decât silicații care alcătuiesc cea mai mare parte a rocii. Aceste minerale grele sunt în mod obișnuit rezistente la intemperii și pot fi utilizate ca indicator al maturității gresiei prin indicele ZTR . Mineralele grele obișnuite includ zircon , turmalină , rutil (deci ZTR ), granat , magnetit sau alte minerale dense și rezistente derivate din roca sursă.

Matrice

Matricea este un material foarte fin, care este prezent în spațiul porilor interstițiali între granulele cadru. Natura matricei din spațiul porilor interstițiali are ca rezultat o clasificare dublă:

  • Arenitele sunt gresii curate din punct de vedere textural , care sunt lipsite de sau au foarte puțină matrice.
  • Wackele sunt gresii murdare textural , care au o cantitate semnificativă de matrice.

Ciment

Cimentul este ceea ce leagă granulele din cadrul siliciclastic. Cimentul este un mineral secundar care se formează după depunere și în timpul îngropării gresiei. Aceste materiale de cimentare pot fi minerale silicatice sau minerale nesilicate, cum ar fi calcitul.

  • Cimentul de siliciu poate consta fie din minerale de cuarț, fie din opal . Cuarțul este cel mai comun mineral silicat care acționează ca ciment. În gresie, unde există ciment de siliciu, boabele de cuarț sunt atașate la ciment, ceea ce creează o margine în jurul boabelor de cuarț numite supraaglomerare. Creșterea excesivă păstrează aceeași continuitate cristalografică a granulelor de cuarț care este cimentată. Cimentul opal se găsește în gresii bogate în materiale vulcanogene și foarte rar este în alte gresii.
  • Cimentul de calcit este cel mai comun ciment de carbonat. Cimentul de calcit este un sortiment de cristale de calcit mai mici. Cimentul aderă la boabele cadru, cimentând boabele cadru împreună.
  • Alte minerale care acționează ca cimenturi includ: hematit , limonit , feldspati , anhidrit , gips , barit , minerale argiloase și minerale zeolitice .

Gresia care se epuizează din liantul său de ciment prin intemperii devine treptat friabil și instabil. Acest proces poate fi oarecum inversat prin aplicarea de tetraetil ortosilicat (Si (OC 2 H 5 ) 4 ) care va depune dioxid de siliciu amorf între boabele de nisip. Reacția este după cum urmează.

Si (OC 2 H 5 ) 4 (l) + 2 H 2 O (l) → SiO 2 (s) + 4 C 2 H 5 OH (g)

Spațiul porilor

Spațiul porilor include spațiile deschise dintr-o piatră sau un sol. Spațiul porilor dintr-o rocă are o relație directă cu porozitatea și permeabilitatea rocii. Porozitatea și permeabilitatea sunt direct influențate de modul în care grânele de nisip sunt împachetate împreună.

  • Porozitatea este procentul volumului în vrac care este locuit de interstiții într-o rocă dată. Porozitatea este influențată direct de ambalarea boabelor sferice de dimensiuni egale, rearanjate de la ambalate slab la cele mai strânse ambalate în gresii.
  • Permeabilitatea este rata în care apa sau alte fluide curg prin rocă. Pentru apele subterane , permeabilitatea la lucru poate fi măsurată în galoane pe zi printr-o secțiune transversală de un picior pătrat sub un gradient hidraulic al unității .

Tipuri de gresie

Diagrama QFL schematică care prezintă provinciile tectonice
Așternuturi încrucișate și spălare în gresie din formațiunea Logan ( carbonifer inferior ) din județul Jackson, Ohio
Interior din gresie roșie din Canionul Antilopei de Jos , Arizona, purtat neted de eroziunea cauzată de inundațiile fulgerătoare de-a lungul a mii de ani

Gresiile sunt de obicei clasificate prin numărarea în puncte a unei secțiuni subțiri folosind o metodă precum metoda Gazzi-Dickinson . Aceasta produce procentele relative de cuarț, feldspat și boabe litice și cantitatea de matrice de argilă. Compoziția unei gresii poate oferi informații importante privind geneza sedimentelor , atunci când este utilizat cu un triunghi Q uartz, F eldspar, L fragment ithic ( diagrame QFL ). Cu toate acestea, geologii nu au reușit să cadă de acord asupra unui set de limite care separă regiunile triunghiului QFL.

Ajutoarele vizuale sunt diagrame care permit geologilor să interpreteze diferite caracteristici ale unei gresii. De exemplu, o diagramă QFL poate fi marcată cu un model de proveniență care arată originea tectonică probabilă a gresiei cu diferite compoziții de cereale cadru. De asemenea, stadiul maturității texturale ilustrează diferitele etape prin care trece o gresie pe măsură ce crește gradul de procesare cinetică a sedimentelor.

  • O diagramă QFL este o reprezentare a granulelor cadru și a matricei care este prezentă într-o gresie. Această diagramă este similară cu cele utilizate în petrologia magmatică. Atunci când este reprezentat corect, acest model de analiză creează o clasificare cantitativă semnificativă a gresiei.
  • O diagramă a provenienței gresiei se bazează de obicei pe o diagramă QFL, dar permite geologilor să interpreteze vizual diferitele tipuri de locuri din care pot proveni gresii.
  • O etapă a diagramei maturității texturale arată diferențele dintre gresii imature, submature, mature și supermature. Pe măsură ce gresia devine mai matură, boabele devin mai rotunjite și există mai puțină argilă în matricea stâncii.

Schema de clasificare a lui Dott

Schema de clasificare a gresiei Dott (1964) este una dintre multele astfel de scheme utilizate de geologi pentru clasificarea gresilor. Schema lui Dott este o modificare a clasificării lui Gilbert a greselor silicatice și încorporează conceptele duale de maturitate texturală și compozițională ale RL Folk într-un singur sistem de clasificare. Filosofia din spatele combinării schemelor lui Gilbert și RL Folk este că este mai capabilă să „descrie natura continuă a variației texturale de la piatră de noroi la arenită și de la o compoziție stabilă la instabilă a cerealelor”. Schema de clasificare a lui Dott se bazează pe mineralogia boabelor cadru și pe tipul de matrice prezentă între boabele cadru.

În această schemă de clasificare specifică, Dott a stabilit granița dintre arenită și wackes la o matrice de 15%. În plus, Dott împarte diferitele tipuri de boabe-cadru care pot fi prezente într-o gresie în trei mari categorii: cuarț, feldspat și boabe litice.

  • Arenitele sunt tipuri de gresie care au mai puțin de 15% matrice argiloasă între granulele cadru.
    • Arenitele de cuarț sunt gresii care conțin peste 90% din boabe silicioase. Boabele pot include fragmente de cuarț sau roci de chert . Arenitele de cuarț sunt gresii din punct de vedere matural până la supermaturi. Aceste nisipuri de cuarț pur rezultă din intemperii extinse care au avut loc înainte și în timpul transportului. Această intemperie a îndepărtat totul, în afară de boabele de cuarț, cel mai stabil mineral . Acestea sunt în mod obișnuit afiliate cu roci care sunt depuse într-un mediu cratonic stabil, cum ar fi plajele eoliene sau mediile de raft. Arenitele de cuarț provin din reciclarea multiplă a boabelor de cuarț, în general ca roci sursă sedimentare și mai puțin regulat ca depozite din primul ciclu derivate din roci magmatice primare sau metamorfice .
    • Areniții feldspatici sunt gresii care conțin mai puțin de 90% cuarț și mai mult feldspat decât fragmentele litice instabile și minerale accesorii minore. Gresiile feldspatice sunt de obicei imature sau sub-mature. Aceste gresii apar în asociere cu setări de raft cratonice sau stabile. Gresiile feldspatice sunt derivate din roci cristaline primare de tip granitic. Dacă gresia este predominant plagioclază, atunci are origine originară.
    • Areniții litici se caracterizează prin conținut în general ridicat de fragmente litice instabile. Exemplele includ clastele vulcanice și metamorfice, deși clastele stabile, cum ar fi chert, sunt frecvente în areniții litici. Acest tip de rocă conține mai puțin de 90% boabe de cuarț și fragmente de rocă mai instabile decât feldspatii. Ele sunt de obicei imature până la submature textural. Acestea sunt asociate cu conglomerate fluviale și alte depozite fluviale, sau în conglomerate marine de adâncime mai mare. Acestea sunt formate în condiții care produc volume mari de material instabil, derivat din roci cu granulație fină, în principal șisturi , roci vulcanice și roci metamorfice .
  • Wackele sunt gresii care conțin mai mult de 15% matrice argiloasă între boabele cadru.
    • Wack-urile de cuarț sunt neobișnuite, deoarece areniții de cuarț sunt maturi din punct de vedere textural până la supermaturi.
    • Wackele felspatice sunt gresii feldspatice care conțin o matrice mai mare de 15%.
    • Wacke litic este o gresie în care matricea este mai mare de 15%.
  • Gresiile Arkose sunt mai mult de 25% feldspat . Boabele tind să fie slab rotunjite și mai puțin bine sortate decât cele ale gresiei de cuarț pur. Aceste gresii-feldspat bogate provin de la erodarea rapida a granitice și metamorfice terenuri în cazul în care alterarea chimică este subordonată la intemperii fizice .
  • Gresiile Greywacke sunt un amestec eterogen de fragmente litice și boabe unghiulare de cuarț și feldspat sau boabe înconjurate de o matrice de argilă cu granulație fină . O mare parte din această matrice este formată din fragmente relativ moi, cum ar fi șistul și unele roci vulcanice, care sunt modificate chimic și compactate fizic după înmormântarea profundă a formațiunii de gresie.

Utilizări

O fotografie panoramică a Cadrului
Cadrul principal al Universității din Sydney , așa-numita universitate din gresie
Statuia de gresie Maria Immaculata de Fidelis Sporer, în jurul anului 1770, în Freiburg , Germania
Lampă cu ulei de gresie veche de 17.000 de ani descoperită la peșterile din Lascaux , Franța

Gresia a fost utilizată încă din preistorie pentru construcții, lucrări de artă decorativă și instrumente. A fost utilizat pe scară largă în întreaga lume în construirea de temple, biserici, case și alte clădiri și în ingineria civilă .

Deși rezistența sa la intemperii variază, gresia este ușor de lucrat. Acest lucru îl face un material comun pentru construcții și pavaje , inclusiv în beton asfaltat . Cu toate acestea, unele tipuri care au fost utilizate în trecut, cum ar fi gresia Collyhurst folosită în nord-vestul Angliei , au avut o rezistență slabă pe termen lung, necesitând reparații și înlocuiri în clădirile mai vechi. Datorită durității boabelor individuale, uniformității mărimii boabelor și friabilității structurii lor, unele tipuri de gresie sunt materiale excelente din care se pot face pietre măcinate , pentru ascuțirea lamelor și a altor instrumente. Gresia non-friabilă poate fi utilizată pentru a produce pietre de măcinat pentru măcinarea cerealelor, de exemplu, gresie .

Un tip de gresie de cuarț pur, orto-cuarțit, cu mai mult de 90-95 la sută de cuarț, a fost propus pentru nominalizare la resursa de piatră a patrimoniului mondial . În unele regiuni din Argentina, The împroșcat-orthoquartzite Fațada este una dintre principalele caracteristici ale stil Mar del Plata bungalouri.

Vezi si

Note

Bibliografie

Lecturi suplimentare