Бергер М.Г. Терригенная минералогия

Подождите немного. Документ загружается.

М.Г.БЕРГЕР

ТЕРРИГЕННАЯ

МИНЕРАЛОГИЯ

МОСКВА

„НЕДРА"

1986

Бергер М. Г. Терригенная минералогия.—M.: Недра, 1986.—227 с. с ил.

Рассмотрены исходные понятия терригенной минералогии, теория терри-

генно-минералогических исследований, вопросы, методики изучения терриген-

ных компонентов, закономерности распределения терригенных минералов в

осадочных толщах, а также факторы, определяющие особенности ассоциаций

терригенных минералов. Впервые дана систематическая характеристика около

100 основных породообразующих и акцессорных терригенных минералов по

особенностям их поведения в ходе осадочного процесса, предложены и обос-

нованы оригинальные классификации терригенных минералов.

Для научных работников — минералогов, литологов, палеогеографов,

стратиграфов, геологов-нефтяников, океанологов, изучающих осадочные об-

разования и связанные с ними полезные ископаемые.

Табл.

66, ил. 10, список лит.— 30 назв.

Рецензент: И. М. Симанович, д-р геол.-минер, наук (Геологический

институт АН СССР)

ВВЕДЕНИЕ

Терригенные минералы — одни из наиболее распространен-

ных компонентов осадочной оболочки Земли. Многие из них

представляют собой полезные ископаемые или же непосред-

ственно сопутствуют им и важны как критерии при поисках ме-

сторождений. Большое экономическое значение имеют кассите-

рит, золото, платина, алмаз, вольфрамит, тантало-ниобаты,

кварц, ильменит, рутил, лейкоксен, циркон, монацит и многие

другие. Результаты изучения терригенных минералов использу-

ются в нефтяной геологии и палеогеографии, при литострати¬

графическом расчленении и корреляции осадочных толщ, в гео-

логии россыпей. В последние годы круг практических приложе-

ний терригенно-минералогических исследований расширился,

В частности, эти исследования удалось применить для обнару¬

жения локальных конседиментационных структурно-тектониче-

ских элементов (локальных «структур»), к которым часто при-

урочены промышленные скопления нефти и газа, и для расшиф-

ровки характера тектонических (особенно неотектонических)

движений локальных участков земной коры; для установления

глубины и времени формирования нефтяных залежей. Имеются

попытки прогнозирования коллекторских свойств пород и оцен-

ки перспектив нефтегазоносности отложений по терригенным

минералам, выявления зон выклинивания коллекторов и поис-

ков неантиклинальных -ловушек нефти и газа, определения на-

правления и дальности вдольбереговых потоков обломочного

вещества. Все большее значение приобретает изучение терри-

генных компонентов метаосадочных пород докембрия.

Несмотря на большое значение терригенно-минералогиче-

ских исследований, их чрезвычайно широкую распространен-

ность и весьма длительную историю их проведения, многие

важнейшие вопросы терригенной минералогии еще недостаточ¬

но разработаны. До настоящего времени отсутствуют удовле-

творительные определения многих основных понятий этой об-

ласти геологии, включая определения самой терригенной мине-

ралогии и понятия терригенных минералов. Недостаточно изу-

чены химическая, физико-механическая и

гидроаэродинамическая

устойчивость, миграционная способность и другие свой-

ства терригенных минералов. Современное состояние этой важ-

ной области геологии Н. М. Страхов оценивал как начальное,

указывая, в частности, что исследований закономерностей тер-

ригенной минералогии немного или гораздо меньше, чем это

требовалось бы ввиду сложности проблемы. Мнение, соответ-

ствующее позиции Н. М. Страхова, было высказано также

Ф. Петтиджоном [10].

Особенно остро нуждаются в дальнейшей разработке и со-

вершенствовании теоретические и методические основы терри¬

генно-минералогических исследований и интерпретации их ре-

зультатов. Как отметила в 1962 г. А. Г. Коссовская, после ис-

следований, проведенных В. П. Батуриным, в методическом от-

ношении в развитии этого направления сделано очень немного.

Терригенная минералогия развивалась как бы вширь, по пути

охвата большего числа объектов исследования, а не вглубь,

по линии усовершенствования метода и интерпретации получен-

ных результатов. Весьма показательно, в частности, что, осве-

щая и анализируя историю развития литогенетических идей в

России и в СССР, Н. М. Страхов [15] заканчивает историю тер-

ригенно-минералогических исследований 1937 г. (когда была

опубликована «Палеогеография по терригенным компонентам»

В.

П. Батурина), не без оснований полагая, очевидно, что раз-

витие терригенной минералогии в течение последующих десяти-

летий не привело к появлению существенно новых идей в этой

области.

К настоящему времени установлено, что на состав терри-

генно-мииералогических ассоциаций осадочных толщ глубокое

влияние оказывают исходный состав пород источников сноса,

тектоно-геоморфологические и климатические условия седимен¬

тогенеза (прежде всего в пределах водосборов), особенности

транспортировки обломочного материала, динамика среды осад¬

конакопления, условия постседиментационного преобразования

осадочного вещества и другие факторы седименто- и литогене-

за *. Собственно, именно с тем, что условия протекания осадоч-

ного процесса оказывают существенное влияние на терригенно-

мииералогические ассоциации, и связана возможность постанов-

ки и решения обратной геологической задачи — по известным,

зафиксированным в отложениях особенностям терригенных ми-

нералов и их ассоциаций реконструировать условия формиро-

вания и изменения отложений, характер каждого из геологиче-

ских фактором, действовавших на различных стадиях осадочного

процесса. Вместе с тем многочисленность этих факторов сущест-

венно усложняет палеогеографическую интерпретацию резуль-

татов изучении терригенных компонентов осадочных толщ, а

также использование этих результатов в корреляционно-страти-

графических и других целях. Иногда высказываются сомнения

в возможности успешного и обоснованного решения палеогео-

графических либо корреляционно-стратиграфических вопросов

по терригенным минералам, отмечается спад в развитии терри¬

генно-минералогических исследований и уменьшение интереса

* В соответствии с принимаемым Н. М. Страховым [15] объемом стадии

седиментогенеза и проводимым П. П. Тимофеевым [16] разделением седимен-

то-

и литогенеза.

к их результатам *. Все это определяет необходимость углуб-

ленного анализа особенностей формирования и эволюции тер¬

ригенно-минералогических ассоциаций осадочных толщ, выяв-

ления особенностей поведения различных минералов в ходе оса-

дочного процесса, закономерностей распределения терригенных

минералов в осадочных толщах, а также изучения и обоснован-

ного решения других принципиальных вопросов терригенной ми-

нералогии и совершенствования на этой основе методики палео-

географических, корреляционно-стратиграфических и других гео-

логических построений по терригенным минералам.

ПРИНЯТЫЕ СОКРАЩЕНИЯ

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

Сокращения:

TM—

терригеный минерал (терригенные минералы); терригенно-мине-

ралогический;

TMA

—

терригенно-минералогическая ассоциация;

TMK

—

терригенно-минералогический коэффициент;

ТМП— терригенно-минералогическая провинция;

КПО

—

кварц-полевошпатовое отношение;

КП0

—

кварц-полевошпатовое отношение отложений;

КПОд

—

кварц-полевошпатовое отношение исходного состава пород

ис-

точников сноса (петрофонда);

—

миграционная способность;

ПВР

—

постседиментационное внутрислойное (внутрипластовое) раство-

рение;

ПФ

—

петрофонд (исходный состав пород источников сноса).

Условные обозначения:

балл устойчивости минералов;

средневзвешенный балл устойчивости минералов терригенно-ми-

*ералогической ассоциации;

балл химической устойчивости;

балл гидроаэродинамической устойчивости;

балл физико-механической устойчивости;

•

балл миграционной способности минералов;

процентное содержание минерала

составе терригенно-минера-

логической ассоциации тяжелой

или

легкой фракции;

исходное (начальное) содержание минерала

породе;

конечное

или

промежуточное содержание минерала

породе,

подвергшейся

тем или

иным преобразованиям;

твердость минералов

по

шкале Мооса;

индекс потенциала выветривания (индекс выветриваемости)

ми-

нералов,

по П.

Райхе;

коэффициент миграционной способности минералов;

коэффициент устойчивости минералов;

коэффициент химической устойчивости минералов;

коэффициент химической устойчивости минералов

условиях

выветривания;

iкоэффициент

химической устойчивости минералов

условиях

внутрислойного растворения;

Соответствующие высказывания можно найти

работах

Т, пап

Андела,

Р. Вейля,

Дж.

Гриффитса,

Б. П.

Жижченко,

Ф.

Петтиджонп,

Ф.

Синдовско-

го,

Фиска

многих других геологов.

Обозначения (символы) минералов приведены ниже

табл.

Расшиф-

ровка других сокращений

условных обозначений приведена

тексте.

— зрелость обломочного вещества;

М'сн — показатели химической зрелости терригенно-минералогической

ассоциации;

Mhd,

M'hd — показатели гидроаэродинамической зрелости терригенно-минера-

логической ассоциации;

— показатель физико-механической зрелости терригенно-минерало-

гической ассоциации;

— химическая устойчивость минералов по шкале А. Кайе и Ж- Три-

кара;

5сл(») — химическая устойчивость минералов в условиях выветривания;

Sch(U)

— химическая устойчивость минералов в условиях внутрислойного»

растворения;

б — плотность, г/см

;

— микротвердость, кгс/мм

(в зарубежных работах величине h со-

ответствует VHN — микротвердость по Виккерсу).

Преобладающие породы

источников

сноса (тип петрофонда):

а — кислые и средние;

— основные и ультраосновные;

m — метаморфические;

s — осадочные.

Глава I

ИСХОДНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

ТЕРРИГЕННОЙ МИНЕРАЛОГИИ

Определение содержания, объема и положения

в системе геологических знаний

Хотя в геологической литературе нередко используется тер-

мин терригенная минералогия (А. Г. Коссовская, А. Б. Ронов,

Н. М. Страхов, В. А. Гроссгейм и др.) и близкий к нему — ми-

нералогия терригенных компонентов (В. П. Батурин и др.), а

вся данная область, именовавшаяся в различные годы: минера-

логией аллотигенной составляющей осадочных пород, исследо-

ваниями аллотигенной составляющей, петрографическим (седи-

мент-петрографическим, микропетрографическим, микроминера-

логическим) анализом, терригенно-минералогическим направ-

лением и т. д., уже давно и прочно выделилась в качестве осо-

бой, самостоятельной, весьма специфической крупной области

геологии, четкое определение ее содержания и объема в лите-

ратуре отсутствует. В связи с изложенным представляется це-

лесообразным сформулировать несколько возможных (прини-

маемых в данной работе) определений терригенной минерало-

гии, различающихся между собой главным образом степенью

детальности приводимой в них характеристики содержания и

объема этой области геологии.

Наиболее кратко терригенная минералогия может быть оп-

ределена как наука (область науки, научное направление, уче-

ние) о терригенных минералах. Более широко это определение

трактуют по-разному. В качестве одного из таких определений

можно предложить следующее.

Терригенная минералогия — область геологии, изучающая

закономерности распределения, особенности поведения и исто-

рию терригенных минералов в земной коре.

Более развернуто следующее определение.

Терригенная минералогия — область геологии, изучающая

терригенные минералы и их ассоциации, закономерности их рас-

пределения в осадочных толщах, условия и процессы миграции,

рассеяния и концентрации терригенных минералов в целях по-

исков россыпных и коренных месторождений полезных ископае-

мых, палеогеографических реконструкций, а также решения

других геологических задач.

Еще более широкое и полное определение может быть сфор-

мулировано следующим образом.

Терригенная минералогия — область геологии, изучающая"

состав (видовой набор), количественное содержание и типо-

морфные особенности терригенных минералов осадков, осадоч-

ных и метаосадочных горцых пород, источники терригенных ми-

нералов, закономерности распределения, высвобождения, миг-

рации и аккумуляции, рассеяния и концентрации, сохранения,,

изменения и уничтожения терригенных минералов, типы и осо-

бенности терригенно-минералогических ассоциаций, закономер-

ности их формирования и эволюции и использующая данные о>

терригенных минералах и их ассоциациях для решения различ-

ных геологических задач (поисково-разведочных, палеогеогра-

фических, корреляционно-стратиграфических и др.).

Именно таким является и традиционное, классическое, и наи-

более распространенное современное понимание сущности тер-

ригенной минералогии, терригенно-минералогического направле-

ния в науке, его объема и содержания [6, 15]. Согласно этой

трактовке и в соответствии с принципиальными различиями в

происхождении, времени и условиях накопления и другими осо-

бенностями терригенных и аутигенных минералов осадочных

толщ, терригенио-минералогическое направление в некотором

роде противопоставляется аутигенно-минералогическому [6J

при всех естественных взаимосвязях между ними, наиболее глу-

боко раскрытых в трудах А. Г. Коссовской, В. Д. Шутова и их

последователей.

Изложенное понимание объема и содержания терригенной

минералогии не единственное в геологической литературе.

Так, по некоторым высказываниям Н. М. Страхова, А. Б. Po-

нова, В. А. Гроссгейма и ряда других авторов, можно заклю-

чить,

что термин терригенная минералогия употребляется ими

для обозначения не области исследований (науки) или не толь-

ко науки, но и объекта исследований — терригенных минералов

и их ассоциаций. Принципиально аналогичная ситуация, когда

одним и тем же термином обозначаются области науки и изу-

чаемые ими объекты, является довольно распространенной в

геологии и в науке вообще. На неудачность такого положения

ранее уже обращали внимание Н. Б. Вассоевич и автор.

В 1962 г. А. Г. Коссовской была дана еще одна трактовка

терригенной минералогии, согласно которой, терригенная мине-

ралогия— это минералогия терригенных пород. При таком под-

ходе объектами изучения оказываются не только терригенные,.

но и аутигенные минералы этих пород, а из числа объектов тер-

ригенной минералогии исключаются терригенные минералы, ши-

роко распространенные (хотя и не преобладающие количест-

венно) во всех других (не терригенных) осадках и осадочных

горных породах. Развиваемое А. Г. Коссовской, В. Д. Шутовым

й другими исследователями стадиально-парагенетическое на-

правление в значительной мере включает в себя классическое

террпгенно-минералогическое направление (по В. П. Батурину*

Г. Г). Мильнеру и др.) и выходит далеко за его пределы.

В соответствии с традиционным батуринско-мильнеровским

пониманием содержания и объема терригенно-минералогическо¬

го направления в геологии, принимаемые автором в данной

работе определения рассматривают в качестве объекта терри-

генной минералогии лишь собственно терригенные минералы и

образуемые ими ассоциации, присутствующие, однако, не толь-

ко в терригенных отложениях, но и в осадках и осадочных гор-

ных породах любого иного типа (в качестве более или менее

значительных по содержанию второстепенных компонентов или

же примесей), ибо принципиальных различий (за исключением

различий количественного характера) между терригенными ми-

нералами терригенных отложений и отложений иного типа не

существует.

Минералогия, как ее иногда справедливо определяют,— это

история минералов. В этом смысле терригенная минералогия

представляет собой часть (и весьма значительную) минерало-

гии, изучающую историю терригенных минералов (или терри-

генную историю минералов, терригенную часть их истории), ко-

торая протекает с момента их высвобождения при разрушении

пород коренных источников и до момента их уничтожения в

глубоких зонах метаморфизма или на более ранних этапах *.

Вместе с тем терригенные минералы являются, как известно,

компонентами осадков и осадочных горных пород — объектов,

изучаемых литологией (или, как ее обычно именуют во многих

странах, седиментологией или осадочной петрологией). Состав

терригенно-минералогических ассоциаций, закономерности рас-

пределения терригенных минералов, многие особенности типо¬

морфизма терригенных минералов в значительной мере опреде-

ляются условиями и процессами гипергенеза, транспортировки

(мотогенеза, по Л. В. Пустовалову), седиментации, диагенеза и

катагенеза, также изучаемыми литологией [4, 6, 10—12, 15, 16,

18,

22].

В соответствии с этим терригенная минералогия с не мень-

шим основанием должна рассматриваться как особая, специфи-

ческая область литологии.

В свете изложенного, терригенная минералогия по характеру

изучаемых ею объектов представляет собой область геологии,

находящуюся на стыке литологии и минералогии.

* При современном увлечении «сферной» терминологией (начало кото-

рого восходит к далекому прошлому) вся эта область — область (прост-

ранство) существования терригенных минералов — может быть названа тер-

ригенно-минералогической сферой (TM сферой) или сокра-

щенно т е р р и с ф е р ой. Ее границы — от поверхности литосферы (и даже

несколько выше, учитывая прежде всего «выбросы» терригенных минералов

:в атмо- и гидросферу на путях их эоловой и водной транспортировки) до

относительно глубоких зон метаморфизма, примерно соответствующих амфи¬

'болитовой или даже гранулитовой фации, где иногда еще сохраняются наи-

более устойчивые из терригенных минералов (циркон и рутил, а также мо¬

нацит и ксенотим).

По используемым ею методам исследования терригенная ми-

нералогия тесно соприкасается с математикой (особенно мате-

матической статистикой), физикой (широко применяются кри¬

сталлооптические и другие физические методы диагностики тер-

ригенных минералов и изучения особенностей их типоморфизма,

физические методы сепарации минералов, а также физические

методы теоретического и экспериментального моделирования

природных процессов терригенного седиментогенеза и др.), хи-

мией (прежде всего химико-аналитические методы изучения

терригенных минералов, исследования по экспериментальному

определению химической устойчивости терригенных минералов

в различных условиях и др.).

По характеру исследуемых объектов, решаемых задач и ис-

пользуемых методических подходов к их решению терригенная

минералогия совместно с рядом других областей геологических

знаний, особенно с геохимией (прежде всего поисковой геохи-

мией),

может быть объединена в статистическую геологию —

специфическую область, продолжающую серию статистических

наук (статистические физика и химия, биометрия и др.) и имею-

щую много общего с ними в принципах исследования природ-

ных объектов.

Если воспользоваться понятийно-терминологическим аппа-

ратом, широко распространенным в области геохимических ме-

тодов поисков месторождений полезных ископаемых, можно

сказать, что терригенные минералы образуют в современных

осадках и в более древних осадочных толщах вторичные гипер¬

генно-седиментогенные механические ореолы и потоки рассея-

ния, которые в той или иной мере могут быть трансформиро-

ваны постседиментационными процессами.

Все это делает естественным и закономерным то, что в от-

дельных работах последних лет (А. Б. Вистелиус, С. В. Григо-

рян, Н. Г. Патык-Кара, А. Н. Перельман и др.) намечается об-

щее положение и терригенной минералогии и геохимии, выхо-

дящее за рамки обычных химико-аналитических исследований

терригенных минералов.

Вместе с тем терригенная минералогия разрабатывает и ис¬

пользует для решения широкого круга геологических задач и

свои собственные, терригенно-минералогические методы иссле-

дования (пока еще, может быть, недостаточно совершенные*).

Собственно говоря, по отношению ко многим областям геоло-

гии (палеогеография, стратиграфия и корреляция, геология рос-

сыпей, поиски коренных месторождений, геология нефти и газа,

геоморфологии и неотектоника, морская геология и др.) терри-

генная минералогии представляет собой метод (комплекс мето-

дов) решения различных теоретических и практических во¬

просов.

* Особенно резкая, но справедливая оценка существующих терригенно-

минералогических методов дана А. В. Вистелиусом [3].