Фролов В.Т. Руководство к лабораторным занятиям по петрографии осадочных пород

Подождите немного. Документ загружается.

ее с размером, если таковая устанавливается, т. е. надо по-

пытаться выяснить, „не отличаются ли обломки разного раз-

мера и степенью окатанности и какие из них (крупные, сред-

ние или мелкие) лучше окатаны. Подобные наблюдения

проливают свет на условия переноса и отложения материала,

в частности помогают выявить его смешанный характер, На-

пример, лучшая окатанность мелких обломков по сравнению

с крупными чаще всего свидетельствует о недалеком источ-

нике последних и их примешивании к более длительно пере-

мывавшемуся мелкому (основному) материалу.

Текстуры обломочных пород разнообразны и интересны

с генетической точки зрения. Это относится прежде всего

к слоистым текстурам, среди которых различают косую, вол-

нистую и горизонтальную слоистость, в свою очередь вклю-

чающих многочисленные типы, виды и разновидности. Одна-

ко в образцах, с которыми приходится иметь дело в лабора-

тории, из-за крупных размеров этих текстур они большей

частью не видны, и порода представляется неслоистой, т. е.

с беспорядочной текстурой. В мелкозернистых песчаниках и

алевролитах слоистость чаще бывает видна.

Во всех случаях проявления слоистости ее следует описать

подробно — отметить степень выраженности, или четкости,

форму, размер (мощность слоев и их серий) слоистости, ха-

рактер границ слоев, чем они выражены (причина слоисто-

сти).

В обломочных породах это может быть ритмичная

сортировка материала, послойное расположение включений

(раковин, конкреций и т, д.), параллельное расположение

удлиненных компонентов породы, различная окраска слоев,

присыпка слюды, глинистого вещества или растительного

детрита на плоскостях наслоения и т. д. Если слоистость

косая, следует отметить угол наклона косых слойков и их

форму (прямая, вогнутая или выпуклая). Для волнистой

слоистости отмечается длина и высота волны и ее форма —

симметричная или асимметричная, а также величина асим-

метричности.

Концентрические (скорлуповатые, конкреционные) тек-

стуры в целом описывают так же, как и слоистые. В этом же

разделе следует описать и более редкие текстуры

—-

различ-

ные поверхностные или внутренние знаки (иероглифы, фу-

коиды и т. д.), ложные текстуры (кольца Лизеганга и др.),

а также плитчатость. Отмечается и беспорядочная текстура,

и массивность породы.

Состав обломочных пород обычно сложный, особенно

если они сцементированы. В этом случае сначала описы-

100

http://jurassic.ru/

вается состав обломочной части, а затем — цемент. Общая

схема описания состава осадочных пород дана на стр. 13.

.Состав обломочной части — одно из самых важных

свойств. Оно имеет как практическое, так и большое теоре-

тическое значение, поскольку позволяет восстановить состав

питающей провинции. Подробное изучение его является

одной из главных задач исследования пород, включая и ви-

зуальное.

Макроскопически достаточно обстоятельно может быть

изучен состав грубообломочных пород, поскольку они сла-

гаются крупными обломками. Хуже определяются минера-

лого-петрографические компоненты песчаников, особенно мел-

козернистых, и алевролитов. При их изучении необходимо

пользоваться лупой. Однако нередко и с ее помощью не

удается определить все основные компоненты, а приходится

ограничиваться установлением лишь типа породы, по воз-

можности более узкого, т. е. выделять породы олигомиктовые

и полимиктовые, среди последних — аркозы, граувакки, суб-

аркозы, субграувакки и др. Но и в этих случаях желательно

все же назвать (а затем и описать конкретнее) минералого-

стетрографические компоненты, пусть даже это будет пред-

положительно, условно и потом, при микроскопическом изу-

чении, исправлено; надо только оговорить предположитель-

ность определения этих компонентов.

Отметив минералого-петрографический тип породы, пере-

числив ее компоненты, следует их описать. Обычно начинают

с главных и кончают акцессорными. Лучше группировать эти

компоненты по родственным признакам (например: «обломки

минералов» и «обломки пород», «обломки эффузивов», «об-

ломки известняков» или «обломки метаморфических пород»,

«обломки осадочных пород» и т. д.). Описание должно быть

систематическим, единообразным и в необходимой степени

полным. Оно должно включать характеристику формы, раз-

мера, содержания (желательно в процентах — по отношению

к обломочной части или к породе в целом), а также цвета,

других диагностических признаков: для минералов — блеска,

твердости, спайности и др.; для обломков пород — их струк-

туры, текстуры, состава, крепости и др.; необходимо отме-

чать вторичные изменения и степень сохранности. Многие

рекомендации и требования, относящиеся к изучению состава

пород в шлифах (стр. 18—22), могут быть применены и при

макроскопическом описании обломочной породы (определе-

ние содержания компонентов, порядок и содержание описа-

ния и Др.).

101

http://jurassic.ru/

Крепость обломочной породы определяют и описывают

по общей схеме (стр. 13). В основном она определяется

составом и типом цемента, и их характеристики должны

быть взаимно увязаны.

Цемент присутствует в подавляющем большинстве обло-

мочных пород и является их важной составной частью,

обусловливающей крепость, плотность и другие физические

свойства; его состав и последовательность выделения мине-

ралов представляет собой документ истории формирования

и изменения породы в бассейне осадконакопления и затем

в стратисфере. Однако визуально изучить цемент обстоя-

тельно не всегда удается и это относится прежде всего к по-

родам мелкозернистым. Все же для всех сцементированных

пород необходимо стремиться изучить цемент с возможной

полнотой, т. е. постараться определить тип цемента и его

состав. Для этого приходится использовать лупу, срезы и

пришлифовки, смачивать породы водой и другими жидко-

стями, применять соляную кислоту, иглу и т. д., т. е. нужно

использовать все средства и свойства самого цемента (блеск,

твердость и т. д.) и породы (крепость), чтобы лучше уви-

деть цемент (это необходимо прежде всего для определения

его типа) и определить его состав.

Тип

цемента

выражает его структурные особенности по

отношению к породе в целом (т. е. соотношение цемента

с обломочной частью), поэтому является дополнением харак-

теристики структуры породы. Обычно по этому признаку вы-

деляют четыре типа цемента (рис. 11):

Базальный — зерна не соприкасаются друг с другом,

а как бы плавают в цементе.

Заполнения пор — зерна соприкасаются друг с другом,

а цемент заполняет лишь поры между ними, в типе имеющие

треугольную форму.

Пленочный — цемент одевает зерна лишь пленкой

(иногда не сплошной), а остальная часть пор остается пу-

стой; цементация большей частью непрочная. В некоторых

случаях (например, в метаморфизованных породах) эти

поры могут быть заполнены цементом другого типа (запол-

нения пор или регенерации) и тогда следует говорить о на-

личии пленочного цемента другой разновидности.

Соприкосновения, или контактовый, — цемент присут-

ствует лишь в местах соприкосновения зерен, а главная часть

пор остается незаполненной. Такая цементация непрочная.

Выделенные типы цемента, являющиеся морфологически-

ми,

характеризуются не только качественным соотношением

102

http://jurassic.ru/

ооломков и цемента и их взаиморасположением, но отли-

чаются и количеством цемента: от первого к четвертому типу

«но непрерывно уменьшается. Строгая же количественная

характеристика типов цемента встречает ряд трудностей и

«пока не осуществлена. Следует отметить одно часто встре-

чающееся заблуждение при характеристике базального це-

<Рис.

11. Структурные типы цементов по соотношению с обломками:

базальный — равномерно распределенный (а) и сгустковый (б); за-

полнения пор — равномерно распределенный (в) и сгустковый (г);

пленочный в пористой породе (д — цемент не полностью заполняет

промежутки) и метаморфизованной или просто сильно уплотненной

породе (е); ж — контактовый

•мента, а именно констатация того, что «цемента в породе

«больше 50%». В обломочной породе цемента всегда меньше

половины (иначе породу следует называть по цементу, на-

пример, известняком сильно песчанистым, глиной сильно

песчанистой и т. д.), и только в шлифах из-за того, что неко-

торые зерна срезаются не через центр, может быть кажу-

щееся (впрочем, незначительное) преобладание цемента.

Цементы можно различать по внутренней структуре,

а также по однородности и равномерности распределения

в породе.

По первому из этих признаков можно выделять цемент

пелитоморфный (микрозернистый, скрытокристаллический

или аморфный, размер зерен < 0,01 мм, т. е. зерна не видны),

тонкозернистый (0,01—0,05 мм), мелкозернистый

(0,05—

«0,1 мм), среднезернистый (0,1—0,5 мм) и крупнозернистый

103

http://jurassic.ru/

(>0,5 мм или 0,5—1 мм, когда выделяется грубозернистая

структура); иногда из последнего выделяется грубозерни-

стый цемент (зерна крупнее 1 мм). По структуре цемент мо-

жет быть однородным или неоднородным (разнозернистым);

однако это свойство редко устанавливается макроскопически.

По распределению в породе можно выделять цемент рав-

номерно распределенный и сгустковый (см. рис. 11,б, г), рас-

пределенный неравномерно, частые примеры которого дают

фосфатный, опаловый (опоковый) или глинистый цементы.

Наконец, можно выделять типы цемента по ориентировке

его зерен относительно обломков, но это редко наблюдается

макроскопически и поэтому будет рассмотрено в разделе

изучения пород в шлифах (стр. 156, рис. 21 а—в).

Здесь следует отметить еще цемент типа прорастания (или

пойкилитовый), который хорошо различается невооруженным

глазом по характерному блеску на плоскостях спайкости

крупных кристаллов. По составу это чаще всего кальцит или

гипс,

реже — барит. Они нередко образуют крупные- кри-

сталлы, по размеру превосходящие обломки, которые таким

образом оказываются включенными в эти кристаллы. -

Состав цемента может быть однородным (мономинераль-

ным) или неоднородным (полимиктовым). Естественно, пер-

вый из них легче диагностируется макроскопически, чем

сложный цемент. Известковый цемент узнается по вскипанию

с НС1; доломитовый — по слабой реакции с НС1, в чем он

отчасти сходен с аморфным фосфатом; глинистый — по раз-

мокаемости в воде; железистый — по бурому цвету, гипсо-

вый — по блеску на плоскостях спайности, низкой твердости

и отсутствию вскипания с НС1 и т. д.

При описании цемента необходимо указать, однородный

он или полимиктовый, и в последнем случае перечислить

минералы. Далее следует описать эти минералы примерно

по тем же признакам, по которым описывались обломочные

зерна: содержание в породе (или относительно всего цемен-

та),

формы выделения, включая тип цемента, образуемого

данным минералом в составе цемента в целом; диагностиче-

ские признаки: цвет, блеск, твердость, излом и спайность,

степень кристалличности (аморфный, полукристаллический,

кристаллический разной крупности зерна), реакция с НСГ

и т. д. Однако при макроскопическом изучении часто прихо-

дится ограничиваться предположительным определением со-

става цемента и решать эту задачу уже другими методами,

прежде всего изучением в шлифах.

Пористость (если она наблюдается), включения,

104

http://jurassic.ru/

вторичные изменения

прочие признаки

описываются

по

общей схеме

(стр.

13—14). Название

породы также дается

по

общим правилам

(стр.

14—15).

Гранулометрический (механический) анализ

Гранулометрический (механический) анализ представляет

собой важный специфический

вид

исследования обломочных

(и глинистых) пород

или

обломочных компонентов других

пород, заключающийся

разделении породы (ситами, отму-

чиванием, центрифугированием

другими способами)

на

фракции

по

размеру зерен

определении содержания

их в

породе

(см. стр. 25 и

табл.

13). За

десятки

лет

развития

гранулометрического анализа было предложено много мето-

дов

способов

его

производства. Однако

до сих пор все же

не имеется универсального метода, позволяющего анализи-

ровать

все

обломочные породы. Трудности заключаются

том,

что

многие крепко сцементированные породы невозмож-

но дезынтегрировать

на

составляющие

их

обломочные зерна,

которые можно было

бы

анализировать.

гранулометриче-

ском составе данных пород приходится судить другим спосо-

Таблица 13

Гранулометрические анализы (округленные)

№ анали-

зов (образ-

Фракции (мм)

HJHX

содержание

(%)

№ анали-

зов (образ-

цов) 50—10 10—2 2-1 1—0,5 0,5—0,25 0.25—0,1 0,1—0,05 0,05—0,01 <0,01

5 10

17 12

—

14 40 24 12 4

1 3

— —

12 50

20 6 2

.—

—

— — — —

10 80

— —

50 40

8 2

10 50 20

9 10

60 30

20 40

5 25 28

28 70

—

100

— — —

8 3 5 30

17 5 30 6 1

— —

—

— —

6 12 34

30 40 20

105

http://jurassic.ru/

бом (см. раздел «Изучение в шлифах»), т. е. производить не

прямой, а косвенный гранулометрический анализ. В настоя-

щем разделе рассматриваются только прямые методы—

собственно гранулометрический (механический) анализ.

Гранулометрический (механический) анализ состоит в об-

щем случае из двух стадий: 1) подготовки образца к анализу

и 2) производства самого анализа. Если обработку и изобра-

жение данных анализа рассматривать отдельно, тогда услов-

но можно выделить и эту третью стадию. Рассмотрим их под-

робнее.

Подготовка образца к анализу представляет собой важ-

ную,

хотя и не обязательную стадию механического анализа::

рыхлые (сыпучие) пески и другие обломочные породы можно

анализировать без подготовки. Такие породы часто прихо-

дится изучать грунтоведу и вообще геологу, исследующему

молодые, четвертичные отложения. Большинство же геологов;

имеет дело с породами сцементированными, которые пред-

варительно должны быть подготовлены к механическому

анализу, т. е. дезынтегрированы. Однако подготовка заклю-

чается не только в дезынтеграции сцементированных пород.

Обычно даже современные илы (например, морские) прихо-

дится предварительно обрабатывать кислотами и другими

реактивами для удаления карбонатов и другого седименто-

генного (хемогенного или органогенного) материала, который-

не является механическим осадком. Рыхлые пески часто бы-

вают загрязнены соединениями железа, марганца и других

элементов, покрывающими поверхность зерен тонкой плен-

кой, от которой необходимо избавиться, так как в дальней-

шем она может мешать минералогическому анализу.

Характер и способ подготовки образца к анализу зависит

от крепости породы; состава и количества цемента; состава,

физической крепости и химической стойкости обломков,,

а также целей и задач исследования. Общее главное требо-

вание заключается в сведении к минимуму искажений в гра-

нулометрическом и минералогическом составе породы, неиз-

бежных при любом способе подготовки. Основные трудности

связаны с удалением цемента и возможно более полной

дезынтеграцией породы без разрушения нестойких- химически

(карбонаты, фосфаты и др.) и слабых механически (глауко-

нит, обломки эффузивов, глинистых и других пород и вы-

ветрелых зерен) обломков. Нередко эта задача оказывается

невыполнимой, и тогда приходится отказываться от прямого»

гранулометрического анализа.

Глинистые и железистые рубашки на зернах удаляют пу~

106

http://jurassic.ru/

тем растирания навески, смоченной водой, в фарфоровой

чашке резиновой пробкой и кипячением в чистой воде или

в сильно разбавленной соляной кислоте

(2—5%

иногда до

10—20%-ной, когда гидроокислов железа много и они явля-

ются цементом). Для кипячения употребляют колбы с обрат-

ным холодильником. Чтобы сохранить от разрушения некреп-

кие зерна, растирание надо вести осторожно или отказаться

от него. При значительном содержании обломков карбона-

тов,

апатита, фосфоритов неприемлема и обработка соляной

кислотой, растворяющей эти зерна. В ряде случаев прихо-

дится оставлять рубашки на зернах, лишь бы не искажать

гранулометрического состава.

Агрегаты — участки более плотного песка в рыхлом —

растирают пальцами. Обычно они связаны глинистым веще-

ством, которое легко разрушается.

Глинистый цемент удаляют размачиванием породы в воде,

а при некоторой потере им способности к естественному раз-

ысканию— растиранием, механическим встряхиванием или

кипячением, иногда даже в автоклаве при большом давле-

нии. В последнем случае могут разрушаться и некрепкие об-

ломочные зерна. Иногда для разрушения глинистого цемента

применяют замораживание или последовательное чередова-

ние замораживания и оттаивания. Опасность разрушения

слабых обломков имеется и при этом способе. Если глинистое

вещество достигло в процессе диагенеза и эпигенеза стадии

аргиллита, т. е. потеряло способность размокать, полностью

удалять глинистый цемент бывает очень трудно, а нередко

невозможно даже при энергичной обработке. Кроме того,

в этом случае глинистое вещество будет своими агрегатами

сильно обогащать алевритовую фракцию, что приведет к за-

вышению ее содержания.

Карбонатный цемент удаляют обработкой предварительно

измельченной (раздробленной) навески породы соляной кис-

лотой. Механическое дробление породы разрушает не только

цемент, но и обломки, в том числе и крепкие, но хрупкие

(кварц). Поэтому оно само вносит некоторые искажения в

результаты гранулометрического анализа.

Для уменьшения этих искажений навеску следует дробить

до величины, равной или несколько большей, чем крупная

фракция породы; чаще всего песчаники дробят до величины

горошины или несколько меньшей. Соляную кислоту следует

применять по возможности более слабую (2—5%-ную) и об-

рабатывать ею без кипячения. При этих условиях удается

удалить небольшое количество известкового цемента. Однако

107

http://jurassic.ru/

часто все же приходится кипятить (в течение 5 мин и боль-

ше—

после обработки на холоду) и применять более кон-

центрированную кислоту (10%-ную), особенно в тех случаях,

когда цемент доломитовый, анкеритовый или сидеритовый.

О возможных искажениях состава (растворение карбонат-

ных и фосфатных обломков) говорилось выше. Следует от-

метить, что соляная кислота, особенно при длительном воз-

действии, растворяет также глауконит и некоторые Дру-

гие аутогенные силикаты, в том числе и глинистые мине-

ралы. Поэтому иногда прибегают к более слабым кислотам

(уксусной и другим), но эффект от этого получается неболь-

шой.

Фосфатный цемент удаляют также обработкой соляной

кислотой, но обычно более концентрированной, а также азот-

ной и серной кислотами.

Гипсовый цемент удалять труднее, хотя он легко разру-

шается механически. Химически он с трудом удаляется при

кипячении в 5—10%-ной НС1; растворяется также в HNO3

и растворах'(NH

)

S04, NH

C1 и др.

Опаловый цемент удаляют обработкой щелочными рас-

творами — 5%-ными растворами соды, поташа или КОН.

При значительном (свыше 2%) содержании в породе

органических веществ ее следует обработать 3—6%-ным рас-

твором перекиси водорода.

В последние годы для дезынтеграции пород применяют

ультразвук.

В ряде случаев цемент может быть удален лишь дей-

ствием концентрированных кислот, которые разрушают и

многие обломочные зерна. Поэтому этот метод обработки

имеет смысл применять лишь к существенно кварцевым по-

родам. Указанный метод был разработан Л. В. Казаковым

применительно к фосфоритам; он получил название «квар-

цевого анализа». Породу обрабатывают сначала «царской

водкой», а затем раствором едкого натра, что приводит

к полному удалению растворимых минералов цемента и об-

ломков. Остающийся нерастворимый остаток состоит глав-

ным образом из кварца, который затем и анализируют для

установления гранулометрического состава.

Часто, однако, цемент не удается удалить ни одним из

перечисленных способов. Это относится к кварцевому, хал-

цедоновому, неразмокающему глинистому и другим цемен-

там. В этих случаях гранулометрический анализ приходится

производить косвенным путем — визуально или в шлифе

(см.

стр. 95, 151).

108

http://jurassic.ru/

Производство гранулометрического анализа. Прямые ме-

тоды гранулометрического анализа производятся чаще всего

рассеиванием на ситах и отмучйванием в воде; косвенные —

основываются на глазомерной оценке гранулометрического

состава (визуальный метод), на измерении и подсчете зерен

в шлифах или препаратах (микроскопический метод), на

свойстве набухания глинистых частиц (в комбинации с отму-

чйванием— метод Рутковского), и др.

Ситовой анализ

представляет собой достаточно простую

операцию рассеивания анализируемой пробы на ситах с опре-

деленной величиной отверстия. Он применяется для анализа

галечников, гравия и песков, т. е. для выделения фракций

крупнее 0,1 мм. В некоторых наборах (набор Усманского

завода) существует сито с отверстием около 0,05 мм, кото-

рое позволяет разделять и алевриты на крупную и мелкую

фракции. Однако пользоваться этим ситом все же неудобно:

оно быстро забивается и его трудно очистить от зерен. Си-

товой анализ прост, требует небольшой затраты времени,

дает возможность брать большие навески, что исключает

многие ошибки, свойственные другим методам. Различия в

удельных весах минералов не сказываются на результатах

анализа. Несмотря на простоту.', метода, результаты анализа

получаются довольно точные, и поэтому рассеивание на си-

тах является основным методом гранулометрического ана-

лиза грубо-среднеобломочных пород. Он применяется также

как составная часть анализа алевритовых и глинистых по-

род в комбинации с различными методами отмучивания.

К недостаткам метода следует отнести зависимость точ-

ности разделения мелких фракций от формы зерен, так как

отверстия мелких сит (0,5; 0,25 и 0,1 мм) квадратные (они

изготовляются из медной сетки простого плетения) и, сле-

довательно, по диагонали могут пропускать зерна более круп-

ные.

Это сказывается на удлиненных, неокруглых зернах,

которые пройдут через сито в зависимости от их положения,

т. е. в конце концов — от времени просеивания. Таким обра-

зом, длительность просеивания сказывается на точности

анализа.

Существует несколько типов наборов сит. Наиболее рас-

пространенным в геологии является применяемый в почво-

ведении и грунтоведении стандартный набор сит с отверстия-

ми 10, 7, 5, 3, 2, 1, 0,5 и 0,25 мм. Этот набор дополнен ситом

с отверстием 0,1 мм. Он очень удобен, так как величина от-

верстия соответствует гранулометрической классификации

обломочных пород; ситами с отверстием 7 и 3 мм часто не

109

http://jurassic.ru/