Алексеев В.И. Конспект лекций по курсу Литология

Подождите немного. Документ загружается.

а б

Рис. 13. Грубообломочные породы [5] . Натуральная величина.

а – дресвяно-щебневая брекчия с карбонатно-глинистым цементом, Большой Кавказ;

б – конгломерат полимиктовый среднегалечный с хлорито-серицитовым цементом и

примесью алеврито-песчаного материала, Восточное Забайкалье.

ПЕСЧАНЫЕ ПОРОДЫ

В отличие от крупнообломочных пород, в строении песчаных пород

принимают участие преимущественно обломки аллотигенных минералов, хо-

тя могут встречаться и обломки микрозернистых пород (эффузивов, филли-

тов, микросланцев и др.). Состав обломков крайне разнообразен, что отража-

ет различие материала, поступающего из области сноса, степень его перера-

ботки на стадиях образования, переноса осадка, а также при диагенезе и ка-

тагенезе. Как результат предельной дифференциации терригенного материа-

ла, встречаются породы, сложенные одними кварцевыми обломками. Но

обычно, наряду с кварцем, в роли обломочных минералов выступают щелоч-

ные полевые шпаты, слюды, халцедон, глауконит, кислые плагиоклазы, а

также гидрослюды и каолинит. Второстепенные и акцессорные минералы

песчаных пород чаще всего представлены магнетитом, ильменитом, цирко-

ном, рутилом, гранатом, турмалином, апатитом, эпидотом, монацитом и др.

Реже встречаются пироксены, амфиболы, кианит, силлиманит, ставролит, ко-

рунд. Иногда заметную роль в песчаниках играют вторичные (постдиагене-

тические) минералы: регенерированные кварц, микроклин, ортоклаз, плаги-

оклазы, а также автоморфные кальцит, доломит, халцедон, каолинит, гидро-

слюды, альбит, хлориты, оксиды и сульфиды железа.

Цемент песчаников сложен обычно глинистыми минералами (каоли-

нит, гидрослюды и др.) или кальцитом, реже доломитом, опалом, халцедо-

ном, гипсом, ангидритом, оксидами и гидроксидами железа. Встречается

также хлоритовый, фосфатный, галитовый, сидеритовый и некоторые другие

виды цемента. Во многих песчаниках цемент полиминеральный: глинисто-

карбонатный, кремнисто-глинисто

-карбонатный и т.п. Нередко в цементе

можно встретить примесь органического – углистого или битуминозного ве-

щества. Такие минералы как гидрослюды, каолинит, глауконит, пирит, мар-

казит могут присутствовать не только в качестве обломочных, но и входить в

состав цемента, образуясь на стадии диагенеза.

Структуры песчаных пород псаммитовая, псефопсаммитовая, алевроп-

саммитовая. В измененных песчаниках наблюдаются мозаичные конформно-

регенерационные, стилолитовые и бластопсаммитовые структуры. Структу-

ры цементирующего материала весьма разнообразны. Наиболее распростра-

нены базальный, поровый, контактовый, пленочный и смешанный типы це-

мента. Кроме того, существует еще несколько типов цемента, формирую-

щихся в постседиментационные стадии: регенерационный, коррозионный,

крустификационный, пойкилитовый. Текстуры песчаников весьма разнооб-

разны. Для них характерны различные виды слоистости, гиероглифы, следы

жизнедеятельности животных и т.п.

В основу минералогической классификации песчаных пород положен

состав обломочных зерен. По этому признаку выделяют мономиктовые, оли-

гомиктовые и полимиктовые породы (рис. 14).

К мономиктовым относят широко распространенные кварцевые, а также от-

носительно редко встречающиеся полевошпатовые пески и песчаники. Оли-

гомиктовыми называют кварцево-полевошпатовые, полевошпатово-

кварцевые, а

также глауконит-кварцевые, карбонат-кварцевые и другие пес-

чаные породы. В составе мономинеральных и большинства олигомиктовых

пород обычно преобладает кварц – до 80-99 %. Породы, сложенные почти

нацело другими минералами встречаются значительно реже. Как примеры

подобного рода пород можно назвать каменноугольные песчаники Прибал-

хашья, содержащие до 80-97 % полевых шпатов, песчаники из с. Глинск

Львовской области

, содержащие до 90 % глауконита, современные пески

пустыни Уайт Сандз в штатае Нью-Мекскико США, состоящие из чистого

гипса. Олигомиктовые породы содержат значительные примеси (до 20 % и

более) полевых шпатов, глауконита, обломков кремнистых пород. Кварцевые

песчаники обычно светлые, часто белые и редко бывают темными вследствие

примеси магнетита, гематита или органического вещества.

Полимиктовые разности представлены аркозами, граувакками и поро-

дами смешанного состава (рис. 15). Их общий признак – пониженное содер-

жание основного компонента (<80 %) или отсутствие такового, причем не-

сколько компонентов могут присутствовать примерно в равных количествах

(рис. 14). Аркозовые песчаные породы или аркозы образуются за счет про-

дуктов разрушения гранитов, гнейсов и других близких по составу пород.

Содержание кварца и полевых шпатов в аркозах более 20 %, в небольшом

количестве (до 15 %) присутствуют обломки слюды, горных пород и цемент,

сложенный гидрослюдой, каолинитом или карбонатами. Для аркозовых по-

род характерна светлая серовато-розовая или серовато-желтая окраска.

Граувакками первоначально называли песчаники, состоящие из об-

ломков основных изверженных пород, имеющие крупный размер частиц и

плохую сортировку материала. В настоящее время под граувакками понима-

ют песчаники, содержащие кварц и обломки различных горных пород в ко-

личестве не менее 20 % каждого компонента. В обломках часто встречаются

глинистые, глинисто-кремнистые и углисто-кремнистые сланцы, андезиты,

базальты и другие эффузивы. Постоянной примесью в граувакках являются

Рис. 14. Классификация песчаных и алевритовых пород (по Н. В. Логвиненко, 1967 г.).

Мономинеральные или мономиктовые: 1 – кварцевые; 2 – полевошпатовые; 3 –

литоидные. Олигомиктовые: 4 – полевошпатово-кварцевые; 5 – кварцево-

полевошпатовые; 6 – кварцево-литоидные. Полиминеральные или полимиктовые: 7 –

аркозовые; 8 – литоидные аркозы; 9 – граувакковые; 10 – породы смешанного состава –

аркозо-граувакки

полевые шпаты и слюды. Обломки часто слабо сортированы и плохо оката-

ны. Цементом служат глина и продукты изменения аллотигенных минералов:

серицит, хлорит, цеолиты и др.

а б

Рис. 15. Полимиктовые песчаники. Зарисовки шлифов без анализатора [5].

а – песчаник аркозовый крупнозернистый со смешанным пленочно-регенерационным

цементом. Кольский полуостров; б – песчаник полимиктовый разнозернистый с базаль-

ным кальцитовым цементом. Среднее Поволжье

Характерная окраска граувакковых пород – зеленовато-серая, темно-

серая до черной. Переходные породы между аркозами и граувакками пред-

ставляют собой литоидные (литические) аркозы или аркозо-граувакки –

смешанные породы, в составе которых все три компонента (обломки пород,

кварц и полевой шпат) содержатся в количестве более 20 %.

Существует понятие зрелости песчаных пород, отраженной в соотно-

шении химически устойчивого кварца и менее устойчивых полевых шпатов:

при содержании полевых шпатов менее 25 % породы

считаются химически

зрелыми. Физическая зрелость обломочного материала выражена в степени

его сортированности и окатанности. Степень структурной зрелости опреде-

ляется соотношением объемов обломочной части и цемента. Породы, содер-

жащие более 15 % цемента, считают незрелыми и называют вакками, в отли-

чие от более "чистых" аренитов.

Химический состав обломочных пород весьма изменчив, но в ряде слу-

чаев может быть весьма информативен. Состав чистых кварцевых песков ха-

рактеризуется значительным содержанием кремнезема, – до 95-99 %. В оли-

гомиктовых полевошпатово-кварцевых породах содержание SiO2 понижает-

ся до 80 %. Наименьшее содержание кремнезема наблюдается в аркозах и

граувакках (65-68 %). Граувакки содержат больше Al2O3, чем большинство

других песчаников, и характеризуются преобладанием Na2O над K2O и MgO

над СаО. Аркозовые песчаники имеют высокое содержание Al2O3, K2O и

Na2O, обусловленное присутствием полевых шпатов. По отношению

SiO2/Al2O3 (показатель зрелости Ф. Петтиджона) можно выделять группы

зрелых кварцевых и незрелых полевошпатовых пород. Для разделения незре-

лых песчаников с низким отношением SiO2/Al2O3 используют содержания

других компонентов. Например, литоидные песчаники отличаются от других

незрелых разностей повышенным содержанием глинистых минералов, обо-

гащенных алюминием и относительно обедненных щелочами. Граувакки,

обогащенные обломками вулканогенных пород, несут петрохимические чер-

ты вещества океанической коры, вулканических дуг и поясов. Н.М. Страхов

ввел понятие о железо-марганцево-титановом модуле, который показывает

отношение двух первых элементов к третьему. Поступление титана в осадки

обусловлено разрушением континентальной коры; железо и марганец могут

поступать не только с речным стоком, но и в результате подводного вывет-

ривания – гальмиролиза и глубоководной гидротермальной деятельности. В

океанических осадках величина модуля повышена.

АЛЕВРИТОВЫЕ ПОРОДЫ

Алевритовые породы весьма сходны с песчаными и так же широко

распространены. Залегают в виде слоев и линз мощностью в первые метры, в

редких случаях – десятки и сотни метров. Они представлены различными

рыхлыми отложениями – алевритами (илы, лёссы) и сцементированными

породами – алевролитами, сложенными на 50 % и более частицами размером

0,01-0,1 мм (рис. 16-б).

а б

Рис. 16. Микрозернистые породы. Зарисовки шлифов [5]

а - глина темно-голубая гидрослюдистая пятнистая. Ленинградская область, с анали-

затором; б – алевролит полиминеральный слоистый с глинистым цементом. Восточная

Сибирь, без анализатора.

Алевритовые породы отличаются от псаммитов более высокой долей

устойчивых аллотигенных минералов – кварца, мусковита, халцедона, и по-

ниженными содержаниями щелочных полевых шпатов, плагиоклазов и об-

ломков пород. В них больше глинистого материала, органического вещества,

акцессорных минералов, оксидов и гидрооксидов железа. По минеральному

составу среди алевритовых пород, как и среди песчаных, выделяют

мономи-

неральные, олигомиктовые и полимиктовые разновидности. Вместе с тем,

среди них не встречаются литоидные разности и граувакки, относительно

редки аркозы. Состав и типы цемента такие же, как в песчаниках.

Алевритовые структуры делят на крупно-, средне- и мелкозернистые

(табл. 5, 6). Текстуры алевритовых пород слоистые и неслоистые. Слоистость

обычно тонкая, горизонтальная, реже косая,

волнистая или диагональная.

Мощность пакетов и слойков в алевритовых породах значительно меньше,

чем в песчаных. Часто встречаются микрослоистые и ориентированные тек-

стуры, выраженные в параллельном расположении чешуек глинистых и слю-

дистых минералов. Окраска пород в зависимости от состава и примесей бы-

вает самой различной: светло-серой, черной, красной, бурой, зеленовато-

серой

, зеленой, иногда пестрой.

СМЕШАННЫЕ ПОРОДЫ

В природе часто встречаются смешанные породы, в которых содержа-

ние различных фракций, особенно песчаной, алевритовой и пелитовой, при-

мерно одинаково. Такими являются отложения красноцветных, молассовых,

граувакковых, флишевых и ледниковых толщ. Для переходных двухкомпо-

нентных пород принята классификация, приведенная в таблице 7. При совме-

стном нахождении в породе трех и более компонентов

ее называют по пре-

обладающей фракции (не менее 50 %), а названия остальных компонентов

используют в качестве прилагательного. Например, название «песчаник гли-

нисто-алевритовый» означает, что в песчанике присутствует значительное

количество глинистого и алевритового материала, причем последний преоб-

ладает. Совершенно несортированные разности смешанных пород, в которых

три компонента и более содержатся примерно в равных количествах, иногда

называют

хлидолитом или паттумом.

Таблица 7

Классификация пород смешанного состава [19]

Содержание

песка, %

Порода ряда

песчаник – алевролит

Содержание

алеврита, %

Порода ряда

алевролит – глина

Содержание

глины, %

95-100 Песчаник 0-5 Глина 95-100

75-95

Песчаник алеврити-

стый

5-25 Глина алевритистая 75-95

50-75

Песчаник алеврито-

вый

25-50 Глина алевритовая 50-75

25-50 Алевролит песчаный 50-75 Алевролит пелитовый 25-50

5-25

Алевролит песчани-

стый

75-95 Алевролит пелитистый 5-25

0-5 Алевролит 95-100 Алевролит 0-5

В четвертичной и инженерной геологии широко применяют термины

суглинок и супесь. Смешанные породы, называемые суглинками и супесями,

представляют собой связные породы, благодаря сцеплению между частицами

и некоторой цементации. Суглинками называют рыхлые молодые континен-

тальные отложения, состоящие из частиц менее 0,01 мм, содержащихся при-

мерно в количестве 30-50 %, и обломочного материала крупнее 0,01 мм,

со-

ставляющего 50-70 %. Суглинки отличаются повышенной пластичностью,

делающей их сходными с глинами, но содержат не более 30% глинистых ми-

нералов. К разновидностям суглинков относят тяжелые и легкие суглинки,

содержащие соответственно 20-30 % и 10-20 % глины. Супеси – это молодые

континентальные отложения, состоящие на 70-90 % из алеврито-песчаного

материала и на 10-30 % – из пелитовых частиц размером менее 0,01 мм. Ко-

личество

глинистых минералов в них снижается до 5 %, что находит отраже-

ние в низкой пластичности и повышенной пористости.

Суглинки и супеси являются полиминеральными и полидисперсными

породами. Их делювиальные разности часто содержат обломки горных по-

род. Структуры пелоалевритовая, алевропелитовая, алевропсаммитовая,

псаммоалевритовая. Текстуры слоистые и неслоистые; последние часто бы-

вают комковатыми и пятнистыми. Иногда

термины суглинок и супесь пред-

лагают использовать и для древних сцементированных пород. Однако реали-

зация такого предложения затруднена в связи с различием существующих

литологических и инженерно-геологических классификаций смешанных по-

род.

ВУЛКАНОГЕННО-ОСАДОЧНЫЕ ПОРОДЫ

Вулканогенно-осадочными называются породы, состоящие из продук-

тов вулканической деятельности и другого осадочного материала, –

обломочного, хемогенного, биогенного или глинистого. Эта группа включа-

ет собственно вулканогенно-осадочные породы, состоящие более чем на

90 % из вулканического материала, переходные разности между обломочны-

ми и вулканогенными породами – туффиты, и различные туфогенные поро-

ды.

генетическом отношении осадочные вулканогенные породы делят на

пирокластические, образованные синхронно с вулканизмом, тефрогенные,

состоящие из перемытого пирокластического материала (тефры), и вулкано-

миктовые, возникшие из продуктов разрушения вулканических построек.

Однако отличить эти породы, используя признаки окатанности и слоистости,

обычно очень трудно. Иногда выделяют также гиалокластические породы,

состоящие в основном из осколков базальтового

стекла, – продуктов растрес-

кивания лав при подводном вулканизме. Главной особенностью этих пород

является быстрое изменение стекла: окисление, гидратация, превращение в

палагонит.

Структура вулканогенно-осадочных пород определяется экзогенными

условиями осадкообразования, поэтому к ним применяют гранулометриче-

скую классификацию, аналогичную классификации обломочных пород (табл.

8). Выделяют рыхлые вулканогенно-осадочные породы (вулканические пеп-

лы, лапилли, алевритовые и песчаные туффиты и т.д.) и сцементированные –

вулканические туфы и туффиты (рис. 17). Иногда выделяют туфы и туффи-

ты с обломками пелитовой фракции: глинистый туффит, туфогенная глина,

туфопелит и т.п. Но это деление, как и в случае нормально-обломочных по-

род, является скорее не гранулометрическим, а генетическим, так как глини-

стый материал имеет вторичное происхождение. Форма обломков обычно

угловатая, реже каплевидная и шарообразная. Сортировка материала несо-

вершенная или отсутствует. По типу субстрата, слагающего обломки, выде-

ляют витрокластическую, кристаллокластическую, литокластическую, а так-

же смешанные кристалловитрокластическую, кристаллолитовитрокластиче-

скую и другие структуры.

Состав вулканогенно-осадочных пород определяется составом распла-

ва, типом извержения и соответствует или близок к составу тех или иных

эффузивов. Существенной частью многих туфов, особенно их цемента, яв-

ляются вторичные минералы: монтмориллонит, гидрослюды, хлориты, кар-

бонаты, очень разнообразны вторичные цеолиты: филлипсит, гейландит,

клиноптилолит, анальцим, ломонтит и др

. Кислые породы окрашены в свет-

лые розовые, желтые, лиловые, зеленые тона. Туфы и туффиты андезитового

и базальтового состава чаще темные, с зеленым и бурым оттенками.

Таблица 8

Классификация вулканогенно-осадочных пород

Содержание вулканогенного материала, % Раз-

мер

об-

лом-

ков,

мм

>90 50-90 10-50

>10

Вулканические бомбы

и глыбы, вулканиче-

ская брекчия (агломе-

рат)

Глыбовый и бомбовый

туффит, брекчиевый и

конгломератовый туффит

Туфогенный псефит,

туфогенные брекчия и

конгломерат

1-10

Вулканический гра-

вий и лапилли, лапил-

лиевый и гравийный

туфы

Гравийный и лапиллие-

вый туффит, гравелито-

вый туффит

Туфогенный гравий, туфо-

генный гравелит

0.1-1

Вулканический песок,

вулканический туф

Песчаный туффит, пес-

чаниковый туффит

Туфогенный песок, туфо-

генный песчаник (туфо-

песчаник)

<0.1

Вулканический пепел,

пепловый туф

Алевритовый туффит,

алевролитовый туффит

Туфогенный алеврит, ту-

фогенный алевролит (ту-

фоалевролит)

Вулканический материал встречается не только в обломочных, но и в

кремнистых, карбонатных, железистых осадочных породах. Особенно широ-

ко распространены туфосилициты, – кремнистые аналоги вулканических ту-

фов, и кремнистые туффиты; причем преобладают туфодиатомиты и туфос-

понголиты.

ГЛИНИСТЫЕ ПОРОДЫ

Глинистые породы относятся к самым распространенным осадочным

образованиям и составляют до 60 % всех осадочных горных пород. Они зале-

гают в виде мощных, в несколько десятков и даже сотен метров, слоев и па-

чек, имеющих региональное распространение, или ограниченных по мощно-

сти прослоев, линз и плащеобразных залежей – кор выветривания. Глинистые

минералы широко

распространены в осадочных породах в виде цемента, на-

летов, примазок, стяжений и псевдоморфоз по различным минералам и орга-

ническим остаткам. Нередко встречается тонкое переслаивание глинистых

пород с обломочными и карбонатными.

а б

Рис. 17. Вулканические туфы. Западный Тянь-Шань.

Зарисовки шлифов без анализатора (по Е.Н. Ищенко, З.А. Бурлаченко, 1964).

а – туф дацито-андезитового состава псефопсаммитовый витролитокристаллокласти-

ческий; б – туф риолита псаммоалевритовый кристалловитрокластический.

Классификация глинистых пород основана на их физико-механических

свойствах, минеральном составе и генезисе. По степени уплотнения глини-

стые породы образуют ряд: глины – аргиллиты – глинистые сланцы. В этом

ряду уменьшается пластичность пород, снижается ионнообменная способ-

ность и способность к набуханию в воде, затрудняется размокание, меняется

характер излома, появляются признаки сланцеватости.

ГЛИНЫ

Глины – связные породы, держатся в куске, благодаря сцеплению меж-

ду слагающими их тончайшими частицами, обладают высокой пластично-

стью и пористостью, достигающей 40–60 % (рис. 16-а). Они сложены тонко-

дисперсным (<0,01 мм) аутигенным и обломочным материалом – пелитом.

Главный их компонент, – глинистые минералы, представлен в основном час-

тицами размером менее 0,005 мм. В глинах часто присутствуют

также алев-

ритовые, в меньшей степени песчаные зерна кварца, полевых шпатов, муско-

вита. Суммарное количество обломочных примесей может составлять до

50 % и обычно снижается с уменьшением размера частиц. Исключением бы-

вает кварц, количество которого и во фракциях менее 0,001 мм может быть

значительным.

Главными породообразующими являются минералы групп каолинита, гидро-

слюд и

монтмориллонита. Они определяют основные минеральные типы

глин (рис. 18). Встречаются также полиминеральные глины и глины со сме-

шанослойными слоистыми силикатами. В группу каолинита входят каоли-

нит, диккит, накрит и галлуазит; представители группы гидрослюд – иллит и

глауконит; группы монтмориллонита – монтмориллонит, бейделлит, нонтро-

нит, волконскоит и сапонит. Важными компонентами некоторых глин явля-

ются также хлориты, минералы группы палыгорскита, сепиолита и пирофил-

лита. Детализация состава связана с определением членов изоморфных ря-

дов, политипных модификаций, степени структурного совершенства и с рас-

шифровкой структур смешанослойных образований.

В качестве существенной примеси в глинистых породах могут присут-

ствовать карбонаты (кальцит, доломит, сидерит), кристаллические и аморф-

ные оксиды и

гидроксиды кремния (кварц, опал, кристобалит), каркасные си-

ликаты (цеолиты, полевые шпаты), гипс, галоиды, оксиды и гидроксиды же-

леза, марганца и алюминия, фосфаты, углефицированные растительные ос-

татки, органическое вещество.

Рис. 18. Классификация глинистых пород [13]

мономинеральные: 1 – каолинитовые, 2 – гидрослюдистые, 3 – монтмориллонитовые; пе-

реходные: 4 – гидрослюдисто-каолинитовые, 5 – каолинито-гидрослюдистые, 6 –

гидрослюдисто-монтмориллонитовые; полиминеральные: 7 – монтмориллонито-

гидрослюдисто-каолинитовые, 8 – каолинит-гидрослюдисто-монтмориллонитовые, 9 –

гидрослюдисто-каолинит-монтмориллонитовые, 10 – глины смешанного состава

Цвет глинистых пород связан с окраской породообразующих минера-

лов и примесей. Цвет чистых пород белый иногда с желтым или светло-

серым оттенком. Красный и коричневый цвета разной интенсивности и от-

тенков обусловлены примесью окисного железа в различной минеральной

форме. Черная и серая окраски присущи породам, содержащим повышенные

количества битуминозного органического

вещества или тонкодисперсных

сульфидов железа. Примесь хлорита и гидрослюд придает породам зеленова-

то-серый цвет.

Химический состав глинистых пород определяется их минеральным

типом. Главными породообразующими окислами являются SiO2 (30-70 %) ,

Al2O3 (20-50 %), H2O (7-20 %), а также Fe2O3, FeO, MgO, K2O и Na2O. В

переменном количестве присутствуют P2O5, SO3, CO2, Cорг, связанные с

неглинистыми примесями. Колеблется соотношение адсорбированной (–

110°С) и структурной воды (+ 110°С). Благодаря своим

ионообменным свой-