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

Подождите немного. Документ загружается.

ГЛАВА V

ИЗУЧЕНИЕ КАРБОНАТНЫХ ПОРОД

КЛАССИФИКАЦИЯ

Карбонатные породы, составляющие 14% (А. Холмс, 1937)

или несколько большую часть стратисферы, важные как в

практическом (стройматериалы, руды и т. д.), так и в научном

отношении (определение возраста и физико-географических

условий образования пород), слагаются преимущественно или

в значительной мере карбонатными минералами, главным об-

разом кальцитом, доломитом, гораздо меньше — анкеритом и

сидеритом. Таким образом, при определении карбонатных по-

род сделано отступление от общего правила — называть поро-

ду по преобладающему компоненту, содержание которого пре-

вышает 50%. К ним отнесены карбонатно-глинистые породы

(мергели), в которых содержание карбонатного вещества сни-

жается до 25% (по Л. Б. Рухину — до 30%). Это вносит

много неудобств и путаницу в номенклатуру пород.

Породообразующая роль карбонатных минералов очень

неравноценна: если кальцит и доломит слагают мощные

пласты и толщи известняков и доломитов, то анкерит и сиде-

рит встречаются в осадочных породах преимущественно в

качестве включений (конкреций и в рассеянном виде), воз-

никших в диагенезе (в докембрии они образуют более мощ-

ные пласты). Поэтому чаще всего и рассматривают лишь

известково-магнезиальные карбонатные породы. По минера-

логическому составу известково^агнезиальные карбонатные

породы подразделяются на известняки и доломиты.

Известняки и доломиты часто содержат глинистую, алев-

250

http://jurassic.ru/

ритовую и песчаную примесь. Обломочную примесь в назва-

нии отражают обычным образом (гл. I, стр. 13): выделяют

песчанистый, (алевритовый) известняк (доломит), а при пре-

обладании обломочного материала — песчаник или алевро-

лит с известковым или доломитовым цементом. Более рас-

пространенные смешанные глинисто-карбонатные и карбо-

Рис. 46.

Классификация карбонатных пород

С. Г.

Вишнякова:

П —

песчаник

(песок); Г — глина; М — мергель; И — известняк; Д — до-

ломит; гл. — глинистый; изв-ист.

(и-ист.)

— известковистый;

и-ов.—извест-

ковый; д-ист.—доломитистый; д-ов. —

доломитовый

натно-глинистые породы чаще всего-называют мергелями, по

справедливому замечанию М. С. Швецова, — термином неоп-

ределенным. В наиболее употребительной классификации

карбонатных пород С. Г. Вишнякова (рис. 46) мергелями

называют как карбонатные породы с содержанием глинистой

примеси от 25 до 50% (меньше половины породы), так и гли-

нистые породы с подчиненным (25—50%) содержанием кар-

бонатного вещества. Этот мергель называют глинистым. При

меньшем содержании карбонатного вещества выделяют глины

известковистые или доломитистые, а при малом содержании

глины (5—25%)—глинистые известняки или доломиты.

Нерастб

ост.

100%

песчо

мист

глини\Д песча

тый

нист

\ СаМд(С0

)

шо 7,

251

http://jurassic.ru/

М. С. Швецов (1958) рекомендует и смешанные глинисто-

карбонатные и карбонатно-глинистые породы называть по

единым правилам номенклатуры (например, известняками

глинистыми, глинами известковыми — известковистыми).

Глин

частиц

100%

.90/

CaC0

100% ,

Рис.

47. Классификация смешанных карбонатных и карбонатно-гли-

нистых пород (названия типов даны в табл. 23)

На основании этой рекомендации нами составлена схема

классификации карбонатных и примыкающих к ним глини-

стых пород (рис. 47, табл. 23). Термин «мергель», как описа-

тельный, можно применять для тех сильно глинистых извест-

няков и сильно известковых глин, которые отличаются мяг-

костью, т. е. «мергелистостью». Как известно, не все известня-

ки с таким же содержанием глинистого вещества, как у мер-

гелей, макроскопически похожи на мергеля.

Карбонатные породы, в особенности известняки, литоло-

гически и генетически разнообразны. Они могут подразделять-

ся также по структуре, способу выпадения (выделения) ве-

щества и некоторым другим признакам. Несмотря на мно-

жество схем, предложенных как у нас (Заварицкий, 1932;

Сермягин, 1936; Маслов, 1937; Половинкина и другие, 1948;

Теодорович, 1950; Александрова и другие), так и в других

252

http://jurassic.ru/

Таблица 23

Номенклатура смешанных карбонатных и карбонатно-глинистых пород

Поля

рис. 47

Название породы

Соде

каль-

цита

ржание в

доло-

мита

глин

известняк чистый

100-

-90 0- 5

-5

» доломитистый

95-

-70

Ъ-

25 0--5

» доломитовый

75-

-45

75-

-50 0--5

4 » слабо глинистый

95-

-85 0-

-5

-10

» доломитистый слабо глинистый

90-

-65 6-

-25

-10

» доломитовый »

70-

-40

25-

-48

-10

» глинистый

80-

-70 0- -5

10-

-25

со

» доломитистый глинистый

85-

-50

-25

10-

-25

» доломитовый »

65-

-25

25-

-45

10-

-25

10 » сильно глинистый (мергель)

75-

-45 0- -5

25-

-50

11 » доломитистый сильно глинистый

70-

-25

25-

-50

(мергель доломитисто-известковый)

12 известняк доломитовый сильно глинистый

50-

-25

25-

-38

25-

-50

(мергель доломитово-известковый)

доломит чистый 0--5

100—

-90 0-

-5

14 » известковистый

-25

95-

-70 0--5

» известковый

25-

-50

75-

-45 0-

-5

16 » слабо глинистый 0-

-5

95-

-85

-10

17 » известковистый слабо глинистый

-25

90-

-65

-10

18 » известковый »

25-

-48

70-

-40

-10

19 » глинистый 0--5

90-

-70

10-

-25

20 » известковистый глинистый

-25

85-

-50

10-

-25

21 » известковый »

25-

-45

65-

-40

10-

-25

22 » сильно глинистый (мергель доло-

митовый) 0--5

75-

-45

25-

-50

23 доломит известковистый сильно глинистый

(мергель. известковисто-доломитовый)

-25

70-

-45

25-

-50

доломит известковый сильно глинистый

(мергель известково-доломитовый)

25-

-38

50-

-25

25-

-50

глина чистая

• 0-

-5

0--5

100-

-95

26 » слабо известковистая

-10

-5

95-

-90

27 » известковистая

-25

0--5

90-

-75

28 » известковая (мергель глинистый)

22-

-50 0-

-5

75-

-50

29 » доломитисто-известковистая

-20

-12

90-

-75

30 » доломитисто-известковая (мергель гли-

нистый доломитистый)

12-

-45

-25

75-

-50

31 глина слабо доломитистая

-5

-10

95-

-90

32 » доломитистая

0--5

-25

90-

-75

33 » доломитовая (мергель глинистый до-

ломитистый) 0 -5

20-

-50

75-

-50

глина известковисто-доломитистая

-12

-20

90-

-75

35 » известково-доломитовая (мергель гли-

нистый доломитистый)

-25

12-

-45

75-

-50

http://jurassic.ru/

странах (Лопарран, 1923 и другие), общепринятой структур-

ной классификации карбонатных пород нет. Это частично

объясняется сложностью и разнообразием их структур, отра-

жающих различные способы образования (хемогенный, орга-

ногенный, обломочный), а также частое преобразование их

в осадке и породе: перекристаллизацию, грануляцию, заме-

щение и т. д., что в разной степени «стирает» первичные

структуры и затрудняет отнесение их к определенному струк-

гурногенетичеекому типу. М. С. Швецов (1958, стр. 291—293)

такие породы относит к криптогенным, первичный генезис

которых остается невыясненным. Однако поскольку послед-

ний по времени наложенный процесс (перекристаллизация,

грануляция и т. д.) большей частью устанавливается доволь-

но определенно, подобные породы следует относить к группе

значительно измененных известняков или доломитов и при

определении' подчеркивать, следовательно, не их криптоген-

ность, а определенную измененность, т. е. при описании отда-

вать предпочтение наличным, объективно фиксируемым

структурным признакам.

Все это позволяет, в согласии с большинством исследова-

телей, выделять следующие четыре структурные, а по суще-

ству— структурногенетические группы карбонатных пород

(табл. 24): 1) органогенные, 2) зернистые (или нормально

зернистые) и оолитовые, т. е. хемогенные (и биохемогенные),

3) обломочные и 4) значительно измененные.

В пределах групп по форме, размеру и соотношению

структурных элементов (раковин, кристаллов, обломков

и т. д.) выделяют типы пород.

Органогенные породы (почти исключительно известняки)

по скелетным остаткам организмов обычно подразделяют на

биоморфные — биогермные и цельнораковинные — и детрито-

вые.

Биогермные известняки включают коралловые, мшанковые,

водорослевые и некоторые другие известняки, представляю-

щие собой неперемещенные, прижизненно захороненные об-

разования рифового типа — скелетных остатков прикрепляю-

щихся организмов, за исключением морских лилий и при-

крепляющихся моллюсков, образующих известняки другого

структурного типа. Биогермы геологически представляют

собой рельефные (со значительной высотой) и чаще всего

крупные органогенные образования на дне моря сравнитель-

но небольшого горизонтального (иногда только в одном на-

правлении) протяжения.

Цельнораковинные известняки подразделяют на крупно-

http://jurassic.ru/

Таблица

Структурно-генетическая классификация карбонатных пород

I группа.

Органогенные

А. Биоморфные

Биогермные (рифовые):

1) коралловые

2) мшанковые

3) водорослевые (строматолитовые, онколитовые)

Цельнораковинные

а) крупнораковинные (ракушняки):

1) брахиоподовые

2) пелециподовые

3) гастроподовые

4) цефалоподовые

и др.

б) мелкораковинные:

1) фораминиферовые (фузулиновые, глобигериповые, нуммулитовые

др.)

2) остракодовые

и др.

Б.

Детритовые (органогенно-обломочные):

1) брахиоподовые

2) пелециподовые

3) мшанковые

4) криноидные

5) кокколитовые

6) полидетритовые

и т. д.

II группа.

Зернистые (хемогенные)

1) микрозернистые, мелкозернистые

2) оолитовые

пизолитовые

III группа.

Обломочные—различной

крупности

окатанности.

IV группа.

Измененные

1) перекристаллизованные: крупно-, средне-, мелко-

разнозернистые

2) гранулированные: часть комковатых

псевдоолитовых

3) копрогенные: часть псевдоолитовых

комковатых

4) замещения

раковинные,

или

ракушняки,

которым относятся брахиопо-

довые, пелециподовые, цефалоподовые, гастроподовые,

три-

лобитовые

другие,

мелкораковинные: фораминиферовые

(фузулиновые, нуммулитовые, глобигериновые), остракодовые

т. д.

Детритовые,

или

детритусовые (органогенно-обломочные),

известняки состоят

из

обломков скелетных остатков орга-

низмов,

отличие

от

обломочных известняков, преимущест-

венно неокатанных,

или из

разобщенных

при

отмирании неде-

лимых, составляющих скелет спикул известковых губок, чле-

ников—монокристаллов иглокожих, кокколитов известковых

водорослей

—

кокколитофорид

и т. д. Они

различаются преж-

255

http://jurassic.ru/

де всего по систематической принадлежности органических

остатков и бывают как однородными по составу — монодет-

ритовыми (пелециподовыми, фораминиферовыми, криноид-

ными, водорослевыми, в частности, кокколитовыми и други-

ми),

так и смешанными — полидетритовыми (криноидно-бра-

хиоподовыми, брахиоподово-криноидными, криноидно-поли-

детритовыми и т. д.). В частности, мел в настоящее время

считают в основном органогенной породой, сложенной преи-

мущественно «окколитами и фораминиферами, значительно

измененными илоедами и грануляцией уже в осадке.

Детритовые известняки классифицируют также по размеру

обломков с выделением грубо- (обломки крупнее 1 мм), круп-

но-

(1—0,5 мм), средне- (0,5—0,25 мм), мелко- (0,25—0,1 мм)

и тонкодетритовых или шламовых (мельче 0,1 мм) известня-

ков.

Некоторые литологи предлагают менее дробные класси-

фикации детритовых известняков по размеру обломков.

Зернистые (изредка — псевдоолитовые), или, точнее, нор-

мальнозернистые и оолитовые карбонатные породы являются

в основном первично хемогенными; представляют собой про-

дукт химической садки, происходившей в ряде случаев, воз-

можно, уже в иловых водах. Обычно они отличаются большей

или меньшей равнозернистостью, однородностью и плотно-

стью.

Как правило, они мелко- (0,1—0,01 мм) и микрозерни-

сты (0,01—0,0001 мм), иногда — коллоиднозернисты (зерна

мельче разрешающей силы микроскопа, т. е. примерно мень-

ше 0,0001 мм) или, уже при перекристаллизации, средне-

(0,1—0,5 мм) и крупнозернистые (крупнее 0,5 мм). Оолитовые

известняки и, реже, доломиты представляют собой более

сложные образования, в которых микрозернистый кальцит,

являющийся химическим осадком теплых подвижных вод, от-

лагается тонкими (в сотые доли миллиметра) концентриче-

скими оболочками вокруг зародышевого зерна — песчинки,

обломка раковины, сгустка известкового ила и т. д.

Форма оолитов шарообразная, иногда овальная или более

сложная, повторяющая форму центрального зерна; размер

варьирует от алевритового до грубопесчаного и, реже, дости-

гает величины горошины (5 мм). В последнем случае их на-

зывают пизолитами, или бобовинами. В процессе диагенеза

оолиты вследствие перекристаллизации или раскристаллиза-

ции нередко приобретают радиально-лучистое (сферолитовое)

строение — их мелко-микрозернистый карбонат переходит в

игольчатый. В результате обратного процесса — грануляции —

оолиты иногда теряют концентрическое и радиально-лучистое

строение и переходят в псевдоолиты — комочки микрозерни-

256

http://jurassic.ru/

стого вещества. Как правило, они цементируются более

крупнозернистым кальцитом гранобластовой структуры.

К зернистым известнякам относят известковые туфы, об-

разующиеся на суше у выхода ключей вследствие поглоще-

ния растениями С0

, что и вызывает выпадение кальцита,

чаще всего на их листьях. Отпечатки листьев объясняют свое-

образный узор и пористость породы. Когда известковые по-

роды образуются подобным образом без участия растений,

они обычно имеют более плотное сложение, своеобразную

микрослоистую текстуру и удлиненно-зернистую, а также

игольчатую'структуру, причем ориентируются эти кристаллы

субпараллельно и в целом поперек слоистости. Это наблю-

дается в сталактитах, сталагмитах, корках, травертинах,

объединяемых под названием известковых натеков.

Обломочные известняки, слагающиеся угловатыми или

окатанными обломками зернистых (хемогенных) или органо-

генных известняков, подразделяются, как и собственно об-

ломочные породы (гл. II), на конгломератовые и брекчиевые

(крупнее 1 см), гравийные (10—2 мм), песчаниковые (2—

0,1 мм) и алевролитовые (обломки мельче 0,1 мм). Обычно

они отличаются плохой сортировкой и являются сингенетиче-

скими породами, т. е. образуются не из терригенного, а из

местного, недавно отложившегося известкового осадка или

раковин, в зоне прибоя, чем и отличаются от типичных обло-

мочных пород. Эти породы связаны постепенным переходом

с детритусовыми известняками, от которых при органогенном

характере обломков отличаются окатанностью последних,

свидетельствующей о значительном перемывании и обработке

движущейся водой" известняковых обломков или раковин.

В связи с этим важным различием М. С. Швецов предложил

называть обломочные известняки «окатаннозернистыми», что,

однако, не соответствует объему группы обломочных извест-

няков, поскольку среди них часты угловатообломочные по-

роды, состоящие из кусочков хемогенных известняков.

Известняки, значительно измененные, являются сборной

группой пород, основные структурные черты которых приоб-

ретены в результате наложенных процессов на стадиях диа-

генеза и эпигенеза — перекристаллизации, грануляции, заме-

щения и т. д., а также в результате жизнедеятельности орга-

низмов — илоедов. Перекристаллизация, сводящаяся к росту

более крупных и потому более устойчивых кристаллов, раз-

вивается при подкислении среды, повышении температуры и

давления, наличии пор и пустот, а также зернистых включе-

ний (например, песчано-алевритового материала), т. е. при

9»/г

Зак. 172 2S7

http://jurassic.ru/

условиях, повышающих подвижность атомов, и неоднородно-

сти породы. Мелко-микрозернистые известняки становятся

средне- и крупнозернистыми, приобретают сверкающий саха-

ровидный и крупнокристаллический излом; первичные струк-

туры стираются и становятся реликтовыми, слабо улавливаю-

щимися. Наконец, породы переходят в мраморы, в которых

обычно полностью стерты следы первоначальной структуры, а

в кальците интенсивно развивается полисинтетическое двой-

никование. Когда перекристаллизация в породе идет нерав-

номерно (например, в трещиноватых известняках она разви-

вается от трещин в глубь целиков), нередко образуются не-

равномернозернистые псевдообломочные или узорчатые по-

роды, в которых менее измененные центральные участки це-

ликов часто принимают за 'обломки или копролиты. Похожие

структуры образуются при противоположном процессе —

грануляции: распадении крупных кристаллов и упорядоченной

сферолитовой структуры оолитов и скелетных остатков орга-

низмов на мелкие, беспорядочно ориентированные. В целом

такую неравномернокристаллическую структуру описывают

чаще всего как псевдоолитовую, отличающуюся от оолитовой

отсутствием концентрического строения, или как комкова-

тую (комочковую), сгустковую.

Изменение карбонатных пород процессами замещения

(раздоломичиванием, доломитизацией, кальцитизацией песча-

ников, алевролитов, туфов, окремнением) приводит к обра-

зованию, как правило, в небольших по объему участках, но-

вых пород с 'реликтами первичных структур (например, об-

ломочных— при кальцитизации, органогенных — при окремне-

нии и т. д.) или сопровождается развитием новых структур и

текстур замещения.

Колрогенные известняки, не образующие мощных слоев,

но распространенные довольно широко, представляют собой

скопления мелких (доли миллиметра), чаще всего однообраз-

ных округлых или удлиненных цилиндрических телец — коп-

ролитов, состоящих из микрозернистого кальцита, т. е. изве-

сткового ила, пропущенного через кишечник мелких живот-

ных. В ряде случаев копрогенными, вероятно, являются неко-

торые сходные известняки, описываемые как псевдоолитовые,

сгустковые или комковатые, обломочные и гранулированные.

ПОРЯДОК ИЗУЧЕНИЯ

В соответствии с общей схемой (гл. 1, § 2) карбонатные

породы сначала изучают и описывают макроскопически, за-

тем в шлифах, после чего, уже большей частью при спе-

258

http://jurassic.ru/

циальных литологических исследованиях, их минералогиче-

ский состав уточняют иммерсионным методом, окрашивани-

ем,

а также термическим и химическим анализами. Значи-

тельно реже применяют электронный микроскоп и рентгено-

структурный анализ.

Если карбонатные породы содержат обломочную или гли-

нистую примесь, ее изучают, если это требуется, обычными

методами исследования обломочных и глинистых пород —

гранулометрическим анализом, иммерсионным методом; гли-

нистую часть, кроме того, — методами окрашивания, в элек-

тронном микроскопе, термическим, химическим, рентгено-

структурным и электронографическим анализами (гл. I и II).

Для этого обломочную и глинистую часть предварительно

выделяют из породы обычно растворением в соляной кисло-

те как нерастворимый остаток.

Изучение в образце и макроскопическое описание

Карбонатные породы в образце визуально, а также с по-

мощью лупы, с применением соляной кислоты, могут быть

изучены достаточно подробно. При необходимости это изуче-

ние расширяется и углубляется другими методами: изготов-

лением крупных пришлифовок, смачиванием водой, кероси-

ном, пропитыванием трансформаторным маслом (Бушин-

ский, 1954), реакциями окрашивания и простейшими химиче-

скими реакциями.

Описание ведется в целом по общей схеме (гл. I, § 3).

Вслед за названием породы описывают цвет. Для карбонат-

ных пород важно отмечать цвет как на свежем изломе, так

и в корке выветривания: в желтом или красном ее цвете

проявляется железистость карбоната — присутствие анкери-

та и сидерита, а в белесом — чистый известняк, независимо

от его цвета (иногда черного) на свежем изломе. В отличие

от известняков, характеризующихся белым или чистым свет-

ло-серым цветом, доломиты часто имеют желтоватый цвет,

а также, в пестроцветных толщах, другие окраски — зелено-

ватые, розовые.

Структуру макроскопически изучают с разной степенью

детальности в зависимости от ее характера и методов изуче-

ния. Крупно-среднезернистые структуры (размер зерен боль-

ше 0,1 мм) видны невооруженным глазом, и поэтому могут

быть отмечены величина зерна, степень равномернозернисто-

сти и в большинстве случаев форма зерен, т. е. структурноге-

нетический тип породы — зернистый, оолитовый, органоген-

259

http://jurassic.ru/