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

Подождите немного. Документ загружается.

лее, тоже состоит из обломков. Именно эти две составные

части — обломки и цемент — должны изучаться наиболее

детально и подробно.

Обломочные компоненты характеризуются прежде всего

их структурой, которая описывается тремя основными пока-

зателями — размером обломков, их формой и отсортирован-

ностью, т.е. однородностью или близостью размеров облом-

ков. Систематика размеров обломков и классификация пород

по этим размерам будет рассмотрена далее (см. раздел 5.1.4),

здесь же отметим, что обломки размером менее

0,05 — 0,1

мм

обычно называют частицами,

(0,05 — 0,1)

—

(1,0 —

2,0) мм —

зернами, а более крупные — обломки с собственными назва-

ниями: гравий, дресва, галька, валун и т.д.

Что касается формы, то она оценивается, по крайней

мере, двумя показателями: во-первых, соотношением размеров

по трем направлениям, т.е. соотношением длины, ширины и

толщины, и, во-вторых, степенью окатанности.

Проще всего эти показатели определяются в грубообло-

мочных породах — в обломках размером примерно от 10 мм

и более. Для них разработаны специальные методы изучения

и количественные характеристики этих показателей, которые

описаны в специальной литературе (Рухин, 1969; «Справоч-

ное руководство...», 1958, т. 2 и др.) и здесь не рассматри-

ваются.

Форма зерен песков, песчаников, алевритов и алевроли-

тов, т.е. зерен размером от

0,05 — 0,1

до 1—2 мм, изучается

преимущественно в шлифах, т.е. в плоском сечении, и соот-

ношение размеров характеризуется соотношением только

двух параметров — длины и ширины. По этому показателю

можно выделить три типа зерен — изометричные (равнораз-

мерные) с соотношением длины и ширины не более чем 1,5:1,

удлиненные, где это соотношение повышается до 4:1, и резко

удлиненные — игольчатые, таблитчатые и т.д., где отношение

длины и ширины более 4 (рис. 5.1). В природе отчетливо пре-

обладают первые две формы, третья же встречается редко.

Она бывает лишь у не самых распространенных в осадочных

породах минералов — у слюд, некоторых акцессорных мине-

ралов — циркона, турмалина, рутила, роговой обманки, дис-

тена и некоторых других.

Окатанность зерен отражает степень обработки их по-

верхности, наличие или отсутствие неровностей, острых уг-

лов и т.д. По этому показателю при стандартных петрографи-

ческих исследованиях обломки обычно подразделяются на

три группы (см. рис. 5.1):

250

Рис. 5.1. Формы обломочных зерен.

Первичные формы: 1—3 — подразделение по соотношению размеров: 1 —

изометричные, 2 — удлиненные, 3 — резко удлиненные;

4 — 6

— подразделе-

ние по степени окатанности: 4

—

окатанные, 5

—

полуокатанные, 6 — неока-

танные (угловатые),

Вторичные формы: 7 — корродированные, 8 — регенерированные

— окатанные, в которых обработана практически вся по-

верхность, она сглажена, нет выступающих частей, т.е. об-

ломки имеют округлую или эллипсоидальную форму;

— полуокатанные, где выступающие части и углы закруг-

лены;

— неокатанные, или угловые, где имеются выступающие

части, углы остроугольны.

Разработан ряд методов количественной характеристики

формы зерен, как правило, достаточно трудоемких. Один из

относительно простых методов определения величины коэф-

фициентов сферичности (т.е. изометричности) и округленно-

сти (окатанности) предложен У.К. Крумбейном и Л.Л. Слос-

сом. На основе визуального сравнения формы исследуемого

зерна с эталонной таблицей (рис. 5.2) возможно численно

охарактеризовать эти показатели. Само по себе их выраже-

251

0,9

ί 0,7

•θ· π 5

0,3

Рис. 5.2. Схема У.К. Крумбейиа и Л.Л. Слосса для определения коэффициен-

тов сферичности (изометричности) и округленности (окатанности) зерен

ние каким-то числом не имеет каких-либо серьезных пре-

имуществ перед словесной качественной характеристикой, но

при наличии серии анализов, особенно значительной по объ-

ему серии, числовое сравнение весьма полезно. Вместе с тем

надо иметь в виду, что такое сравнение корректно для зерен

примерно одного размера и одного минерального состава, так

как при прочих равных условиях крупные обломки окатаны

лучше мелких; способность к окатыванию у разных минера-

лов также различна.

Надо также учесть, что указанные формы — это, если

можно так выразиться, первичные формы, образующиеся

при транспортировке и осаждении и несущие тем самым ин-

формацию именно об этих обстановках (генетическое значе-

ние будет рассмотрено далее). Вместе с тем эта первичная

форма может измениться за счет вторичных процессов, в ча-

стности, коррозии или, напротив, регенерации (см. рис. 5.1),

что необходимо учитывать и специально описывать.

Следующий показатель структуры обломочной части ха-

рактеризует не отдельные обломки и зерна, а их совокуп-

ность — однородность или неоднородность этой совокупно-

φ %

•

- -

0,1 0,3 0,5 0,7 0,9

Округленность

252

сти по размерам, т.е. то, что называется отсортированностью.

Идеально отсортированной будет порода, состоящая из об-

ломков только одного размера, полностью неотсортированной

является порода, в которой все обломки имеют разные раз-

меры. Ясно, что оба эти случая сугубо теоретические — ни

того, ни другого в природе не существует.

Имеются различные методы количественной оценки сте-

пени отсортированности, некоторые из них рассмотрены в

гл. 4 (раздел 4.2.3). При стандартных же, в том числе микро-

скопических исследованиях она оценивается чисто качест-

венно, условно, по преобладанию обломков (зерен) оп-

ределенной размерной фракции или отсутствию такового

(рис. 5.3). Это обстоятельство следует подчеркнуть особо —

оценивается не конкретный размер отдельных зерен, а имен-

но определенная размерная фракция — к примеру, мелкого

(0,1—0,25 мм) или среднего

(0,25 — 0,5

мм) песка, т.е. набора

зерен в пределах определенного, желательно относительно

узкого интервала размеров.

Так, если в породе отчетливо видно преобладание облом-

ков размером, к примеру, 0,2

—

0,4 мм, можно говорить о хо-

рошей отсортированности (сортировке) обломочного мате-

риала. Если визуально преобладания никаких фракций уста-

новить не удается и присутствуют примерно в равных коли-

чествах зерна различных размерных фракций, можно гово-

рить о плохой отсортированности или отсутствии таковой.

Промежуточный случай — наличие значительного количества

какой-то фракции при одновременном существенном количе-

стве зерен большего и меньшего размера — позволяет гово-

рить о средней степени сортировки (отсортированности).

Важной характеристикой обломочной части является ве-

щественный состав обломков (зерен). Для грубообломочных

пород

—

это петрографический состав обломков, так как бла-

годаря относительно крупному размеру обломки представля-

ют собой еще исходную породу, где закономерные связи ме-

жду слагающими ее минералами не нарушены. В песчаниках

и алевролитах определяется уже минеральный состав, так как

исходная порода, как правило, дезинтегрирована до отдель-

ных минералов. Последние в свою очередь подразделяются

на породообразующие, составляющие основу породы, и ак-

цессорные, суммарное содержание которых обычно менее

1 —2

% (подробнее см. в гл. 2).

Второй важнейшей составной частью обломочных пород

является цемент, т.е. то, что связывает, скрепляет отдельные

обломки, зерна и частицы в единую твердую породу. Как

253

гоЯа

.¾¾

VoO

Sa,

чьоя

Рис. 5.3. Схема хорошо (α), средне (б) и

плохо (в) отсортированной обломочной

породы

указывалось выше, имеются породы и несцементированные,

но преобладают все же сцементированные, где изучение це-

мента необходимо и очень важно как в теоретическом (с точ-

ки зрения условий образования и преобразования породы),

так и в прикладном (с точки зрения коллекторских свойств),

отношении.

Надо сказать, что цементы грубообломочных и песчано-

алевролитовых пород часто существенно различны. В первых

крупные обломки, составляющие суть породы, цементируют-

ся в основном также обломочным, но более мелкозернистым

материалом — песчано-алеврито-глинистым. В меньшей сте-

пени и главным образом именно этот «обломочный цемент» в

свою очередь цементируется карбонатным (кальцитовым и

доломитовым), иногда с примесью сульфатов, железистым

(лимонитовым) и другим материалом. В зарубежной литера-

254

Рис. 5.4. Типы контактов зерен в «бесцементных» песчаниках. Зарисовки

шлифов.

Конформные контакты в кварцевом (ί) и полевошпатово-кварцевом (2) пес-

чанике; инкорпорационные контакты зерен кварца и микроклина {3) и ин-

корпорация зерна плагиоклаза в кварц (4); конформно-микростилолитовые

контакты зерен в кварцевом песчанике (5. б)

туре этот механически принесенный цементирующий мате-

риал — «заполнитель» — называют матриксом, и только ау-

тигенный химически осажденный

—

собственно цементом.

255

Цементы песчаников и алевролитов более разнообразны

по составу и чаще имеют аутигенное происхождение. Для

этих пород характерны глинистые, карбонатные, сульфатные,

железистые, опаловые, фосфатные и другие виды цементов.

Кроме состава цементы изучаются и описываются по ком-

плексу показателей — их количеству, типу цементации,

структуре, соотношению с зернами и т.д. (подробнее см. раз-

дел 1.3.3).

Как уже отмечалось, существуют песчаники и алевролиты,

т.е. твердые породы, не содержащие, однако, цемента. Такие

породы образуются при механическом сжатии чистых песков

(алевритов), при котором зерна механически приспосаблива-

ются, «притираются» друг к другу, при этом возникают кон-

формные контакты зерен (от лат. conformis — исходный, по-

добный)

Дальнейшее уплотнение ведет к внедрению одних зерен в

другие, при этом возникают инкорпорационные контакты (от

лат. incorporation — включение в состав чего-то). Наконец,

под давлением происходит частичное растворение зерен и

соединение их по микростилолитовым контактам (рис. 5.4).

Подобные процессы образования плотных пород могут

привести и к появлению цемента. Так, при частичном рас-

творении зерен между ними возникают инкорпорационные и

микростилолитовые контакты, а растворенный материал ря-

дом откладывается в виде регенерационных каемок, и фор-

мируется регенерационный цемент, состав которого таков

же, как и состав зерен.

5.1.3. ГЕНЕТИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ СОСТАВНЫХ ЧАСТЕЙ

ОБЛОМОЧНЫХ ПОРОД

Использование обломочных пород для реконст-

рукции условий их образования имеет давнюю историю и

часто весьма эффективно. Классическими стали работы

В.П. Батурина по изучению палеогеографии продуктивной

толщи Азербайджана и его обобщение «Петрографический

анализ геологического прошлого по терригенным компонен-

там» (Батурин, 1947).

Важное генетическое значение имеют как состав обло-

мочной части, так и ее структура. Генетическая же интерпре-

тация цементирующей части далеко не всегда однозначна и

достоверна.

Состав обломочной части дает важные сведения о типах

пород в областях сноса — источниках этого материала, а

256

иногда частично и о климате. Изучая петрографический со-

став галек и гравия, непосредственно можно говорить о ма-

теринских породах для них. Следует, однако, отметить, что

грубый материал обычно не переносится далеко и характери-

стика состава устанавливается лишь для близко расположен-

ных областей питания. При более длительной транспортиров-

ке гальки менее устойчивых пород (глинистых сланцев, ос-

новных магматических пород и т.д.) разрушаются и происхо-

дит относительное обогащение оставшегося материала более

устойчивыми гальками кварца, кварцитов, окремнелых и ок-

варцованных пород и т.д.

Сложнее обстоит дело с песчаниками и алевролитами,

где зерна присутствуют преимущественно в виде отдельных

минералов. Если в этих породах присутствуют обломки по-

род, то последние уже характеризуют состав материнских по-

род; при их отсутствии рассматриваются ассоциации минера-

лов

—

как породообразующих, так и акцессорных (табл. 5.1).

Так, наличие в тяжелой фракции апатита, циркона, рутила,

роговых обманок, а в легкой — калиевых полевых шпатов и

кварца свидетельствует о размыве гранитоидов. Ассоциация

магнетита, титаномагнетита, сфена, основных плагиоклазов,

амфиболов и пироксенов наиболее характерна для основных

Таблица 5.1

Характерные ассоциации терригенных минералов и осадочных пород

и возможные породы соответствующих им питающих провинций

(по В.П. Батурину, Ф. Петтиджону и др.)

Ассоциация минералов и обломков пород

Породы питающих

провинции

Легкая фракция Тяжелая фракция

Породы питающих

провинции

Кварц, калиевые поле-

вые шпаты, кислые пла-

гиоклазы, мусковит

Циркон, сфен, биотит,

апатит, реже монацит

Граниты и гранодиори-

ты

Обломки эффузивов и

основные плагиоклазы

Пироксен и роговая об-

манка

Основные и средние эф-

фузивы

Кварц с мозаичным и

волнистым угасанием

Дистен, ставролит, сил-

лиманит, гранат, эпи-

дот, цоизит, роговая об-

манка, реже андалузит

Метаморфические по-

роды

Обломки эффузивов и

основные плагиоклазы,

змеевик

Пироксен, шпинель,

хромит

Ультраосновные породы

Преобладание кварца

Циркон, грешат, рутил,

турмалин, кремневые

зерна, реже глауконит,

кварциты

Осадочные терриген-

ные породы

257

и ультраосновных пород. Кстати говоря, последняя ассоциа-

ция позволяет предполагать относительно недалекий перенос

и аридный климат в пределах области питания, поскольку

многие из этих минералов легко истираются при механиче-

ском переносе и быстро разрушаются при выветривании в

условиях гумидного климата. Развитие дистена, ставролита,

силлиманита, граната, андалузита при значительном количе-

стве в легкой фракции кварца с волнистым и мозаичным уга-

санием указывает на размыв метаморфических комплексов.

Общая бедность минералами тяжелой фракции, наличие пе-

реотложенного глауконита, остатков фосфоритов, кремней,

кварцитов и т.д. — о развитии на водосборной площади оса-

дочных пород.

Значительно труднее интерпретировать мономинеральный

состав обломочной части. Например, кварцевые песчаники,

содержащие в тяжелой фракции такие устойчивые минералы,

как циркон, турмалин, монацит и др., могут образоваться в

результате многократного перемыва более древних осадоч-

ных пород или в условиях, когда область питания располага-

лась в зоне гумидного климата, что вело к интенсивному хи-

мическому выветриванию с разрушением всех неустойчивых

и малоустойчивых минералов.

Отдельно следует остановиться на одном специфическом,

характерном для осадочных, и прежде всего обломочных по-

род минерале — глауконите. Строго говоря, это минерал диа-

генетический (хотя бывает и переотложенный), т.е. не обло-

мочный, но частая форма его выделения в виде обособлен-

ных зерен ведет к тому, что он описывается в составе обло-

мочной части. Наличие непереотложенного глауконита —

указатель морского происхождения осадка, так как он фор-

мируется в илах именно морских водоемов.

Теоретическая основа генетической интерпретации дан-

ных о размере, отсортированности и окатанности обломоч-

ной части достаточно проста.

Размер обломков зависит прежде всего от динамики среды

отложения, и чем она активнее, тем более крупные обломки

переносит и откладывает. Поэтому осадки и образованные из

них породы вблизи берегов в общем виде (но далеко не все-

гда!) более грубозернистые, чем в центральных частях водо-

ема. Более грубозернистый состав отмечается также в полосе

течений и в зоне более активного волнения на отдельных

поднятиях в рельефе дна.

По структуре обломочной части, а точнее, по размеру об-

ломков можно косвенно судить о рельефе областей питания.

258

M он выше, тем более грубозернистый образуется материал

тем его больше. Правда, гальки и валуны обычно далеко не

разносятся и накапливаются непосредственно в предгорьях

(пролювиально-делювиальные конуса выноса), а несколько

дальше протягиваются по руслам рек; кроме того, они могут

образовывать прибрежные отложения в водоемах. Однако

уясе само наличие грубообломочных пород говорит о резкой

расчлененности рельефа, а размер галек и валунов позволяет

в ряде случаев оценить высоту разрушающихся гор.

форма зерен и степень окатанности при прочих равных

условиях прямо зависит от длительности переноса — чем

дольше путь от источника сноса до места осаждения, тем

лучше окатанность обломка. К этому общему правилу необ-

ходимо сделать, по крайней мере, два замечания.

Во-первых, чем крупнее обломок (зерно), тем быстрее он

окатывается, а мелкие алевритовые частицы, особенно раз-

мером менее 0,05 мм, практически никогда не бывают оката-

ны. Дело в том, что крупные зерна переносятся волочением,

перекатыванием по дну и, естественно, в максимальной сте-

пени обрабатываются. «Средние» по размерам зерна перено-

сятся путем сальтации, т.е. скачками, частично волочением по

дну, а частично во взвеси и, естественно, меньше подверга-

ются воздействию других зерен; мелкие частицы переносятся

практически только во взвеси, где столкновения и окатыва-

ние минимальны.

Во-вторых, на форму зерен оказывает влияние и исходная

первичная форма минерала. Так, кварц в исходных магмати-

ческих и метаморфических породах обычно изоморфен, и

обломочные кварцевые зерна в песчаниках также изоморф-

ны. Полевые шпаты образуют удлиненные кристаллы, да еще

со спайностью, что обусловливает формирование удлиненных

зерен, иногда с реликтами угловатости.

Отсортированность обломочной части зависит от среды

переноса и отложения (водной и воздушной) и характера ее

движения, т.е. стабильности или нестабильности динамики

среды отложения. Эоловые осадки благодаря постоянному

перевеиванию отличаются обычно наилучшей степенью сор-

тировки. Осадки, отложенные при колебательных движениях

водной среды, в связи с неоднократным взмучиванием и пе-

реотложением характеризуются лучшей сортировкой по

сравнению с осадками, отложенными при направленном, по-

ступательном движении воды. Отсортированность резко

ухудшается, если обломочный материал поступает из различ-

ных источников сноса и перед захоронением не успевает пе-

259