Кузнецов В.Г. Литология. Осадочные горные породы и их изучение

Подождите немного. Документ загружается.

Рис. 4.23. Карта распространения типов отложений (литолого-фациальная),

построенная с помощью литологияеского треугольника. Верхний карбон.

Мидконтинент, США (по У.К. Крумбейну, Λ.Λ. Слоссу, I960)

из районов Мидконтинента США (Крумбейн, Слосс, 1960). На

юго-западе развиты преимущественно песчаные отложения,

которые к северо-востоку сменяются песчано-глинистыми, а

затем глинисто-известковыми и известковыми. Еще далее на

северо-востоке карбонатность разрезов сокращается и раз-

резы становятся преимущественно глинистыми.

Как и при любом формальном построении, указанные вы-

ше карты создают видимость объективности и независимо-

сти от предвзятых мнений, что часто приводит к ошибкам.

Например, в терригенной толще нижнего карбона Камско-

Кинельской впадины Волго-Уральской области имеются мор-

ские, часто достаточно глубоководные тонкоотмученные ар-

гиллиты с тонкостенными брахиоподами и гониатитами и ар-

гиллиты углистые, континентальные лимнические. При по-

строении карты по методу треугольника, как впрочем, и при

любых других чисто формальных построениях, эти, по сути

240

принципиально различные, отложения, попадают в одно поле.

Совершенно естественно, что генетические выводы, основан-

ные на таком «объективном», без предвзятого мнения сгруп-

пированном материале, будут весьма далеки от истины. В то

же время при неформальном построении, когда на карте бу-

дут выделены не просто глины, а отдельно глины с фауной и

глины углистые, можно получить более обоснованные гене-

тические выводы.

Другим методом изучения изменчивости отложений по

площади может быть картирование в изолиниях структурных

характеристик. На карте у точки взятия образца ставятся

цифровые значения параметра (содержание песчаной фрак-

ции, содержание глинистого материала, содержание грануло-

метрических фракций, значения коэффициента отсортиро-

ванности, медианного диаметра и т.д.) и затем с помощью

интерполяции проводятся линии равных значений.

Построенные таким образом карты изменения тех или

иных показателей — это очень упрощенные схемы, исходя-

щие из того, что каждый разрез представлен одной однород-

ной породой и данный показатель (медианный диаметр, ко-

эффициент отсортированности и т.д.) характеризует весь

разрез. В реальности этого, конечно, нет, разрез состоит из

серии в той или иной мере разнородных по своим парамет-

рам пород. В этом случае следует для каждого разреза рас-

считывать средневзвешенные значения, учитывая значение

параметра и мощность пласта, который этот параметр харак-

теризует.

ПОСТРОЕНИЕ И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ «ГЕНЕТИЧЕСКИХ

ДИАГРАММ»

Одной из важнейших задач литологического

изучения отложений является восстановление условий их об-

разования.

Некоторые рассмотренные выше методы обработки и

графического изображения аналитических данных уже пред-

ставляют важную информацию для генетической интерпре-

тации. Так, размер обломков отражает энергию транспорти-

рующей среды, а косвенно — и контрастность рельефа (бо-

лее крупные обломки переносятся и осаждаются в более во-

сокоэнергетической обстановке, чем мелкие), ее стабильность

(при прочих равных условиях лучше отсортированы осадки в

обстановке постоянной энергии среды, в то время как в об-

становке неустойчивой динамики формируются менее отсор-

241

тированные осадки) и т.д. Выявление распределения отложе-

ний по площади, их изменчивости — важный этап фациаль-

ных реконструкций и т.д.

В то же время имеется ряд способов более прямого, хотя

далеко не всегда однозначного определения условий осадко-

накопления.

Наиболее разработаны они для интерпретации обстано-

вок образования терригенных отложений в форме так назы-

ваемых генетических диаграмм, которые используют те или

иные гранулометрические показатели и их соотношения.

Диаграмм подобного рода достаточно много, частично они

описаны в работах В.Н. Шванова (1969), Г. Рейника и

И. Сингха (1981), критический анализ ряда диаграмм прове-

ден В.Т. Биккениным и С.Ф. Рожковым (1982).

Одна из относительно простых диаграмм основана на раз-

ных соотношениях отсортированное™ и характера асиммет-

рии распределения фракций песчано-алевритовых пород. В

ряде случаев установлено, что прибрежные морские или

озерные песчаные отложения характеризуются отрицатель-

ной асимметрией (т.е. значение коэффициента — ниже еди-

ницы и мода относительно медианы сдвинута в сторону

крупнозернистых фракций), в то время как речные и эоловые

обладают положительной асимметрией и мода распределения

располагается в области мелкозернистых фракций. В свою

очередь, в эоловых отложениях сортировка обычно лучше,

чем в аллювиальных (рис. 4.24).

Одной из наиболее удачных является диаграмма Р. Пассе-

га, используемая для водных осадков (рис. 4.25). По мнению

этого автора (Passega, 1957, 1964), способы переноса и отло-

жения обломков могут быть определены соотношением двух

основных параметров — максимального размера С и медиан-

ного диаметра (последний Пассега обозначает буквой M и

сама диаграмма называется СМ), где по оси абсцисс в лога-

рифмическом масштабе откладывается значение М, а по оси

ординат, в том же масштабе, значение С. Параметр С харак-

теризует наиболее крупнозернистую часть осадка и опреде-

ляется как 99%-ная квартиль, т.е. такой размер, относительно

которого более крупные зерна составляют 1 % (по массе).

Поскольку способы переноса и отложения обломков зави-

сят от динамики водного потока, а последний в значительной

мере определяется физико-географическими условиями, то

на основе диаграммы CM можно с определенной степенью

вероятности восстановить эти условия. Так, осадки, которые

по значениям MnC попадают в поле SR

имеющие значение

242

Сортировка

1,0

Стандартное

Хуже отклонение

Лучше

Рис. 4.24. Соотношение отсортированности (среднеквадратичное, или стан-

дартное, отклонение) и асимметрии в обломочных отложениях различных

обстановок (по К. Бьёрликке, 1989).

Отложения: 1 — пляжевые; 2

—

эоловые; 3

—

речные; 4 — турбидиты

С ниже Cu, отложились, скорее всего, из однородной суспен-

зии, а подобный способ переноса наиболее характерен для

морских течений и некоторых рек с медленным течением.

Осадки поля RQP

особенно в части, лежащей ниже С = Cs,

выпадают из градационной суспензии, образующейся в ниж-

них частях быстрых потоков, непосредственно у дна. Поле

PO характеризует смешанный перенос — в суспензии и ка-

чением по дну, а поле ON

—

практически только путем каче-

ния. Эти способы транспортировки наблюдаются в зоне дей-

ствия волн в прибрежных условиях на песчано-гравийных и

галечниковых банках, в некоторых участках рек. Отдельные

поля обособляются для осадков, отложенных из пелагической

суспензии и из вертикально-расслоенных мутьевых пото-

ков

—

турбидитов.

Несмотря на название «генетическая», относительную

простоту построения и получения выводов, пользоваться этой

диаграммой, равно как и целым рядом других «генетических»

диаграмм, непосредственно для генетических выводов следу-

ет с большой осторожностью. Прежде всего, ни одна диа-

грамма не охватывает все возможные фациальные зоны, ни-

когда нет уверенности, что анализируемые образцы относят-

ся к тем фациям, которые рассматриваются данной диаграм-

мой. К примеру, для того чтобы использовать диаграмму

243

С, мк

1000

0 10 20 30 40 50 75 100

Рис. 4.25. Диаграмма CM Р. Пассега для определения способа переноса осадков в водной среде

100 300 500 750 1000

М, мк

р. Пассега, надо сначала обосновать водный, а не эоловый

способ переноса обломочного материала. Во-вторых, диа-

грамма с той или иной достоверностью установит динамику

среды отложения, которая может быть одинакова в разных

фациях (пляжи моря и крупного пресноводного озера, реки и

морские течения и т.д.). Осложняющим обстоятельством яв-

ляется то, что структура обломочной породы обладает опре-

деленной «консервативностью» и при переотложении осадка

в ней сохраняются, «наследуются» особенности исходных

пород и осадков. Так, некоторые современные эоловые пески

Каракумов попадают на генетических диаграммах в поле

речных осадков. Это связано с тем, что пески являются древ-

ним аллювием Амударьи, слабо перевеяны ветром и сохрани-

ли еще многие признаки аллювиального происхождения

(Гросгейм, Рожков, 1971). На многих диаграммах, что совер-

шенно естественно, поля развития тех или иных фациальных

типов отложений перекрывают друг друга. Нельзя, наконец,

не учитывать и технических сложностей, ошибок и, главное,

неточностей в определении отдельных показателей (напри-

мер, параметра С), что сразу же переводит фигуративную

точку данного образца в другое генетическое поле.

Естественно, что генетические выводы будут более обос-

нованными, если используется комплекс данных, включаю-

щий полевые наблюдения над особенностями залегания и

распространения пород, изучение текстур и структур ряда

образцов, поскольку именно сравнительный анализ помогает

выявить некоторые важные генетические особенности.

Завершая описание некоторых методов обработки анали-

тических данных, следует еще раз повторить, что они приме-

няются как для каждого отдельного образца, так для серии

проанализированных проб.

В первом случае целью является уточнение названия, по-

лучение дополнительных характеристик и графическое пред-

ставление материала по одному конкретному образцу (пере-

счет анализа, построение гистограммы и кумулятивной кри-

вой с последующим определением ряда параметров для обло-

мочных пород, нанесение фигуративной точки на треуголь-

ные диаграммы, в том числе для точного наименования поро-

ды и др.).

Во втором случае, при обработке серии анализов, задачи и

применяемые методики более разнообразны. Во-первых, это

выделение естественных совокупностей и их сопоставление

по тем или иным показателям для всей серии проанализиро-

ванных образцов (обособление полей фигуративных точек на

245

треугольных диаграммах, сопоставление серии гистограмм и

кумулятивных кривых, составление и сопоставление серии

столбчатых диаграмм встречаемости отдельных типов пород,

элементов и т.д.)· Во-вторых, непосредственное, но с опреде-

ленными ограничениями, определение фациальной природы

отложений с помощью «генетических диаграмм». В-третьих,

графическое представление характера изменчивости пород и

их характеристик по разрезу (построение литологических

колонок, колонок основного литологического состава, седи-

ментационных кривых и т.д.) с их последующей генетической

интерпретацией в виде литогенетических кривых. В-чет-

вертых, это выявление и графическое представление лате-

ральной изменчивости отложений как основы дальнейших

фациальных построений и генетических выводов.

Глава

5 ОБЛОМОЧНЫЕ ГОРНЫЕ ПОРОДЫ

Обломочные породы являются вторыми после

глинистых по распространенности в осадочной оболочке

Земли. Их содержание по данным различных авторов колеб-

лется от 14 до 40 % всех осадочных пород, а по подсчетам

А.Б. Ронова (1983) составляет 25 %. Обломочные породы рас-

пространены на всех континентах, во всех морях и океанах

всех геологических возрастов.

Изучение обломочных пород позволяет решать многие ге-

нетические вопросы — устанавливать положение, рельеф и

состав пород источников сноса, направление и способы пе-

реноса обломочного материала, среду и динамику среды от-

ложения, иногда климат и т.д.

С обломочными породами связано более половины миро-

вых запасов углеводородного сырья.

Подробные сведения об обломочных породах и методах их

изучения приводятся в специальных руководствах и справоч-

никах («Атлас текстур...», 1962; Петтиджон, 1981; Петтиджон

и др., 1976; Пустовалов, 1940; Рухин, 1961; «Систематика и

классификация...», 1998; «Справочное руководство...», 1958;

Шванов, 1969, 1987; Фролов, 1993; Чернов, 1982; «А Color...»,

1979; «Sandstone Depositional.,.», 1982; «Sandstone Petrology»,

2002 и др.).

В настоящей главе основное внимание уделено песчани-

кам и, меньшее, алевролитам, т.е. породам, которые, имеют

во-первых, наиболее широкое распространение и, во-вторых,

наибольшее значение в геологии нефти и газа как коллекто-

ры углеводородов.

5.1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ОБЛОМОЧНЫХ

ПОРОД

5.1.1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОНЯТИЯ «ОБЛОМОЧНЫЕ ПОРОДЫ»

К обломочным породам относятся породы, на

50 % и более состоящие из обломков. Это определение, при-

водимое в абсолютном большинстве учебников, учебных по-

собий и в геологической литературе вообще, требует тем не

менее определенных комментариев.

Прежде всего обращает на себя внимание то обстоятель-

ство, что это по сути дела единственная группа пород, выде-

ление которой произведено не по вещественному, а по

структурному признаку. Действительно, практически все дру-

гие породы обособляются и чаще всего называются по их со-

ставу — химическому и (или) минеральному. Таковы карбо-

натные породы (известняки, доломиты), сульфатные (гипсы,

ангидриты), галогенные (каменная соль, сильвинит), фосфат-

ные (фосфориты) и т.д. Даже такие своеобразные породы,

как глины, по сути дела выделяются не столько по степени

дисперсности, сколько по преобладанию специфических гли-

нистых минералов — каолинита, гидрослюд, монтмориллони-

та, хлорита и т.п.

Второе замечание касается того, что указанное определе-

ние обломочных пород не полное. Строго говоря, под это оп-

ределение попадают обломочные карбонатные породы, мно-

гие перемытые и имеющие обломочную структуру фосфори-

ты, бокситы, большинство глин и т.д. Фактически же, хотя

это и не входит в определение, в группу обломочных пород

обособляются не просто породы с обломочной структурой, но

и с определенным составом обломков, а именно кварцевым и

силикатным (включая алюмосиликатный). Исключения край-

не редки: это гипсовые песчаники, глауконитовые песчаники,

хотя гладкоунит — минерал диагенетический.

Наконец, третье замечание касается того, что глины —

особо тонкодисперсные породы, состоящие из специфиче-

ских минералов — каолинита, монтмориллонита, гидрослюд и

т.д., несмотря на то, что многие из них имеют «обломочное»

происхождение, т.е. осадились из глинистой суспензии, тем

не менее не относятся к обломочным породам.

Таким образом, приведенное в начале определение должно

быть дополнено составом обломков, и обломочными порода-

ми следует называть осадочные породы, на 50 % и более со-

248

стоящие из обломков кварц-силикатного состава, исключая

тонкодисперсные глинистые породы.

Именно такие определения применяются в новейших

учебных и монографических изданиях («Систематика и клас-

сификация...», 1998; Фролов, 1993). В зарубежной литературе

широко используется термин «силикокластика» или «сили-

кокластический» (siliciclastic) как «обломочные породы, кото-

рые почти полностью состоят из кремнеземсодержащих ми-

нералов, присутствующих как в виде кварца, так и в виде си-

ликатов» («Толковый словарь...», 1979).

От английского слова «clast» — «обломок» образованы и

синонимы термина «обломочные породы» — кластические,

кластогенные породы (тут, наряду со структурным, вводится

элемент происхождения, генезиса) или, в более общей фор-

ме, — кластолиты. До недавнего времени практически пол-

ным синонимом был и термин «терригенные породы», т.е.

породы, источником обломочного материала которых была

суша (от лат. terra — земля, суша). Однако сейчас установле-

но, что обломочный материал может формироваться непо-

средственно на морском дне, т.е. быть не «терригенным».

Этот материал получил название эдафогенного (подробнее

см. в разделе 5.2.3).

Имеется еще один термин, в какой-то мере синонимичный

термину «обломочные породы» — «аллотигенные породы» (от

греч. alios — другой, иной). Он также указывает, что исход-

ный материал образовался ранее в другом месте, а лишь за-

тем принесен сюда. Правда, в последнее время этот термин

для пород используется редко и им чаще отмечают не поро-

ды, а их компоненты, так как аллотигенными являются как

обломки более древних пород, так и вулканогенные компо-

ненты (см. табл. 1.3).

5.1.2. СОСТАВНЫЕ ЧАСТИ ОБЛОМОЧНЫХ ПОРОД

Исходя из самого определения обломочной по-

роды ясно, что основа пород этой группы — разнообразные

обломки. Формально для отнесения породы к группе обло-

мочных необходимо лишь их 50%-ное содержание, однако

оно в абсолютном ряде случаев существенно больше и иногда

составляет практически 100 % (галечники, несцементирован-

ные рыхлые пески и так называемые бесцементные песчани-

ки). Вторая важнейшая часть — вещество, которое соединяет

обломки, цементирует породу. Эта часть может иметь разный

состав и структуру, но нередко, как будет показано да-

249