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

Подождите немного. Документ загружается.

ресортироваться на месте осаждения. В этом случае в шлифе

нередко удается наблюдать две преобладающие размерные

фракции с небольшим числом зерен промежуточных между

ними размеров.

Значительно сложнее интерпретировать состав цемента

для восстановления условий образования осадков. Так, состав

химически осажденных минералов цемента — карбонатных,

сульфатных, железистых и т.д. — характеризует время (ста-

дию) и среду его образования, но, в общем виде, не среду

осаждения обломочного материала. В большинстве случаев

или по крайней мере часто эти минералы формируются на

стадиях диагенеза и даже катагенеза, т.е. указывают на об-

становки именно этих стадий, а не стадии седиментации.

Вторая сложность заключается в том, что одинаковые по со-

ставу цементы могут формироваться в разных условиях. Так,

весьма частый карбонатный цемент может образовываться в

морских условиях (как он чаще всего и интерпретируется) и

в субаэральных обстановках аридной зоны (наземные терри-

генные отложения пустынь и полупустынь обычно содержит

до 10—15 % и более карбонатного материала). То же касается

сульфатных цементов, которые, кстати говоря, часто вообще

катагенетичны и обязаны своим образованием сложным

геохимическим процессам взаимодействия пластовых вод и

нефтей.

Сказанное заставляет с большой осторожностью исполь-

зовать состав цементов для характеристики условий образо-

вания обломочных пород.

5.1.4. СИСТЕМАТИКА И КЛАССИФИКАЦИЯ ОБЛОМОЧНЫХ

ПОРОД

Учитывая специфику выделения обломочных по-

род, их подразделение, систематика проводится по структур-

ному принципу, и прежде всего по размерности слагающих

их обломков. На этом основании выделяются отдельные

группы пород, имеющих соответствующую структуру: пели-

товые (с пелитовой структурой), алевритовые, псаммитовые и

псефитовые. Термины эти были предложены разными авто-

рами в разное время, но имеют общие греческие корни, хотя

их смысл и граничные размеры не всегда оставались посто-

янными.

Термин «пелит» (от греч. pelos — глина, грязь) ввел

К. Науманн в 1849 г. для частиц размером менее 0,005 мм.

Пелиты как породы — это, по сути дела, глины.

260

Псаммиты (от греч. psammonos — песок) и псефиты (от

греч. psephos — галька, камешек, мелкий камень) — термины,

введенные А. Броньяром в 1813 г., в русской литературе

употребляются ограниченно и соответствуют песчаным и

грубо (крупно) обломочным породам. Наконец, алеврит (от

греч. alevron — мука) — наиболее «молодой» термин — вве-

ден А.Н. Заварицким в 1930—1932 гг. для зерен, промежуточ-

ных между пелитом и песком.

Границы между этими группами не являются общепри-

знанными. В России, как и ранее в СССР, наиболее распро-

странена десятичная основа, т.е. пелиты имеют размер частиц

менее 0,01 мм, алевритовые зерна или частицы — 0,01

—

0,1 мм, песчаные (псамитовые) зерна — 0,1

—

1,0 мм и псефи-

товые — грубообломочные — более 1,0 мм (о других раз-

мерных границах

—

ниже).

Таким образом на первом этапе систематизации обломоч-

ных пород по структуре используется один показатель —

размер частиц (зерен, обломков), на основе чего выделяются

глинистые (пелитовые), алевритовые, песчаные и грубообло-

мочные породы. Последние в свою очередь подразделяются

по размеру обломков на более дробные группы с границами

между ними опять-таки на десятичной основе (табл. 5.2). Пе-

литовые же породы, формально входя в эту систематику, яв-

ляются глинистыми породами и в составе обломочных не рас-

сматриваются.

Следующим после размера основанием для классификации

является степень цементации. Так, алевриты и пески — это

породы рыхлые, несцементированные, а алевролиты и песча-

ники — сцементированные. Разные названия сцементиро-

ванных и несцементированных разностей имеют и грубооб-

ломочные породы.

Наконец, третье классификационное основание, вновь

структурное, применяется для грубообломочных пород — это

форма обломков, степень их окатанности. Так гравелиты и

конгломераты состоят из окатанных обломков, дресвиты и

брекчии — из неокатанных.

Приведенная классификация пород по размеру обломков

имеет одно преимущество — простота и однозначность гра-

ниц между группами, отличающихся ровно на порядок. Од-

нако эта искусственность граничных размеров вызывает и

существенную критику, особенно в определении границ пес-

чаной фракции и, в меньшей степени, алеврита — пелита.

Дело в том, что десятичная система подразделения являет-

ся удобной, но искусственной, и каких-либо принципиальных

261

Таблица

5.2

Классификация обломочных

глинистых пород

по

структурным признакам (размер

форма обломков)

Размер

облом-

ков,

Название обломков

Группы

пород

Стру-

ктура

Рыхлые (нецементированные)

породы

Сцементированные породы

Размер

облом-

ков,

неока-

танные

окатан-

ные

Группы

пород

Стру-

ктура сложенные

угловатыми

обломками

сложенные

окатанными

обломками

сложенные углова-

тыми обломками

сложенные

окатанными

об-

ломками

1000

Обломки I

Глыба

Грубообломочные (псефиты)

Псефитовая

Глыбник Глыбовая брекчия Глыбовый

конгломерат

-500

-250

100

Обломки I

Отлом

Валун

Грубообломочные (псефиты)

Псефитовая

Отломик:

крупный

средний

мелкий

Валунник:

крупный

средний

мелкий

Отломочная брек-

чия:

крупноотломная

среди еотломная

мелкоотломная

Валунный конгло-

мерат:

крупновалунный

средневалунный

мелковалунный

-50

-25

Обломки I

Щебень Галька

Грубообломочные (псефиты)

Псефитовая

Щебенка:

крупная

средняя

мелкая

Галечник:

крупный

средний

мелкий

Брекчия:

крупнощебе-

ночная

среднещебе-

ночная

мелкощебеноч-

ная

Конгломерат:

крупногалечный

среднегалечный

мелкогалечный

-5

-2,5

1,0

Обломки I

Дресва

(хрящ)

Гравий

Грубообломочные (псефиты)

Псефитовая

Дресвяник:

крупный

средний

мелкий

Гравийник:

крупный

средний

мелкий

Дресвит

крупнообло-

мочный

среднеобломоч-

ный

мелкообломоч-

ный

Гравелит:

крупнообломоч-

ный

среднеобломоч-

ный

мелкообломоч-

ный

Песчинка (песок)

Песок:

Песчаник:

-0,5

Песчинка (песок)

крупнозернистый крупнозернистый

-0,25

ш к

S s

среднезернистый

< о

S 5S

мелкозернистый мелкозернистый

0,1

(β

О. о

и <

н.

0,1

со

Алеврит

Алеврит: Алевролит:

-0,05

< OJ

S я

о я

крупнозернистый крупнозернистый

-0,025

< OJ

S я

о я

среднезернистый среднезернистый

S ν

5 о

св

мелкозернистый

5 S

0,01

Пелит

Глини-

Пе-

Глины:

Уплотненные глины, аргиллиты:

-0,005

Частицы

стые

лито-

вая

крупнопелитовые

тонкопелитовые

крупнопелитовые

тонкопелитовые

изменений характера пород и их свойств на этих граница не

происходит. Естественные же границы, где такие изменения

имеются — иные. Прежде всего, статистически было уста-

новлено, что кривая распределения размерных фракций, по-

строенная по массовым гранулометрическим анализам, имеет

два отчетливых минимума в интервалах примерно

0,03 —

0,06

1,4 —

4,0 мм. Это показывает, что породы, состоящие из зе-

рен размером примерно

0,05 —

2,0 мм, представляют собой

самостоятельную группу, резко отделенную от пород, сло-

женных обломками как меньшего (частицы), так и более

крупного (обломки) размера. Указанные границы отражают

прежде всего различные гидродинамические свойства частиц

размером менее 0,05 мм, зерен размером

0,05 — 2,0

мм и об-

ломков размером более 2 мм, а именно — разные условия и

механизмы переноса и осаждения.

Примерно на этих границах происходят изменения гидро-

динамических характеристик отрыва и форм переноса частиц

(соответствия законам Стокса, Рейнольдса и др.). Поэтому

обломки крупнее 2 мм переносятся обычно путем волочения

по дну, зерна размером 0,06

— 2,0

мм — путем сальтации, а

более мелкие — во взвешенном состоянии. Кроме того, зерна

размером менее 2,0 мм представлены обычно отдельными

минералами, в то время как обломки большего размера —

это обломки пород, т.е. соединенные вместе ассоциации ми-

нералов. В связи с этим породы с размером обломков менее

2 мм характеризуются минеральным составом, а с более

крупными — петрографическим составом обломков. Меня-

ются и некоторые другие показатели, например физические

свойства. Так, частицы менее 0,05 мм обычно никогда не ока-

тываются. В сыпучих материалах с размером частиц более

2 мм капиллярный подъем воды полностью отсутствуют, а в

более мелкозернистых

—

появляется.

При выделении группы псаммитовых (песчаных) пород в

указанных границах

(0,05 — 2,0

мм) они подразделяются уже

не на три разновидности (мелко-, средне- и крупнозерни-

стые), как это указано в табл. 5.2, а на пять: 0,05

— 0,1

мм —

тонкозернистые; 0,1—0,25 мм — мелкозернистые; 0,25

—

0,5 мм — среднезернистые; 0,5—1,0 мм — крупнозернистые;

1,0 —

2,0 мм — грубозернистые. Соответственно дресвяно-

гравийные породы подразделяются не на три, а на две разно-

видности — мелкообломочные

(2 — 5

мм) и крупнообломочные

(5-10 мм).

Граница между алевритовыми зернами и пелитовыми час-

тицами, равная 0,01 мм, также искусственна — механизмы

264

переноса и осаждения изменяются при размере частиц где-то

около 0,002-0,005 мм.

Граница на уровне 0,004

—

0,005 мм, а не 0,01 мм, фиксиру-

ется резким изменением таких свойств, как пластичность,

временное сопротивление сжатию и усадке, сорбционной

способности и др. Кроме того, частицы меньшего размера

представлены в основном глинистыми минералами, в то вре-

мя как в более крупных преобладают кварц и неглинистые

силикатные обломочные материалы.

Подобные подразделения, основанные на «естественных»

границах, постепенно входят в практику литологов (Рухин,

1969; «Систематика и классификация...», 1998; Фролов, 1993;

Шванов, 1969 и др.).

Надо отметить, что в зарубежных классификациях деся-

тичная шкала с границами классов 0,1; 1,0; 10 (и т.д.) практи-

чески не используется. В немецкой научной литературе в ка-

честве границы между типами пород принимались величины,

кратные двум, т.е. 0,002; 0,02; 2 мм и т.д. (табл. 5.3). В амери-

канской и английской, а в настоящее время практически и во

всей зарубежной литературе используется так называемая

шкала «Фи» — φ, или шкала Уэнтворта (Wentworth). В этой

шкале границы фракций определяются геометрической про-

грессией со знаменателем прогрессии 2, а начальный размер

принимается равным 1. Другими словами, фракции подразде-

ляются на логарифмически равные интервалы, что удобно

при графических построениях. Для того чтобы перейти от

дробных значений границ фракций В. Крамбейн заменил их

логарифмом, взятым с обратным знаком. Отрицательные зна-

чения логарифма взяты для того, чтобы фракции наиболее

распространенных пород — песчаников, алевролитов и

глин

—

были бы положительными величинами (табл. 5.3).

В качестве примечания к приведенной таблице следует

заметить, что в английском языке термин гравий (gravel)

имеет два значения. В широком смысле (s. 1.) — это все об-

ломки крупнее 2 мм, т.е. включают гравий, гальку, валуны

(и т.д.) русских классификаций. Сцементированная порода,

состоящая из обломков такого размера, называется конгло-

мератом. В узком смысле (s. sir.) — это обломки размером

2 —

4 мм в США (синоним granule) и

2 —

10 мм в Англии. Вместе с

тем в ряде английских классификаций для гравия также при-

нят американский стандарт

2 — 4

мм.

Таким образом, к песчаной фракции относятся зерна раз-

мером от 0,06 до 2,0 мм. Соответственно английское silt не

строго соответствует русскому алевриту.

265

Классификация обломков

англоязычной

немецкой литературе

Еди-

ницы

шка-

лы

Название классов

Раз-

меры,

Размеры,

мм

Еди-

ницы

шка-

лы

в английской литературе (Bkair,

McPherson,

1999:

Pettijohn,

1977)

в немецкой

литературе

(W. Engel-

hardt)

Раз-

меры,

Очень крупные глыбы

Very coarse boulder

2048

-11

тэ

Крупные глыбы

Coarse boulder

1024

-10

Средние глыбы

Medium boulder

512

256

-9

-8

Мелкие глыбы

Fine boulder

200,0

512

256

-9

-8

Cob-

Крупные валуны

Coarse cobble

200,0

128

-7

ble

Мелкие валуны

Fine cobble

<я

-6

Очень крупные гальки

Very coarse pebble

-5

Крупные гальки

Coarse pebble

Kies

20,0

16 -4

α.

Средние гальки

Medium pebble

Kies

20,0

-3

Мелкие гальки

Fine pebble

-2

-1

Gran-

ule

Очень мелкие гальки

(гравий)

Very fine pebble

2,0

-2

-1

Очень крупный

(гру-

бый) песок

Very coarse sand

2,0

1 0

Крупный песок

Coarse sand

Χ)

ι-.

1/2(0,5) +1

Sand

Средний песок

Medium sand

•Ό

0,2

1/4(0,25) +2

Sand

Мелкий песок

Fine sand

сл

•σ

0,2

1/8(0,125)

1/16(0,0625)

1/32(0,0313)

1/64(0,0156)

1/128(0,0078)

1/256(0,0039)

Очень мелкий (тонкий)

песок

Very fine sand

'Φ

1/8(0,125)

1/16(0,0625)

1/32(0,0313)

1/64(0,0156)

1/128(0,0078)

1/256(0,0039)

Крупный силт

Coarse silt

Ц*

0,02

1/8(0,125)

1/16(0,0625)

1/32(0,0313)

1/64(0,0156)

1/128(0,0078)

1/256(0,0039)

Средний силт

Medium silt

0,02

1/8(0,125)

1/16(0,0625)

1/32(0,0313)

1/64(0,0156)

1/128(0,0078)

1/256(0,0039)

сл

Мелкий силт

Fine silt

сГ

1/8(0,125)

1/16(0,0625)

1/32(0,0313)

1/64(0,0156)

1/128(0,0078)

1/256(0,0039)

Очень мелкий (тонкий)

силт

Very fine silt

сл

1/8(0,125)

1/16(0,0625)

1/32(0,0313)

1/64(0,0156)

1/128(0,0078)

1/256(0,0039)

0,002

1/512(0,0020)

1/1024(0,00098)

+10

Clay

Ton

(Fein-

ton)

0,002

266

Кроме обычных терминов типа песчаников, конгломератов

(и т.д.) в зарубежной литературе нередко используются и не-

которые синонимы. Так, А. Грэбо в 1904 г. ввел термин «ру-

дит» (rudit) для сцементированных пород, размер обломков

которых более 2 мм, т.е. это определенный синоним термина

псефит и охватывает гравелиты и конгломераты русской

терминологии. Для псаммитов (песчаников с небольшим со-

держанием глинистого цемента в принятых на западе грани-

цах 0,06

—

2,0 мм) нередко используется его же термин «аре-

нит» (arenite) (см. также раздел 5.2.2.). Для грубообломочных

несортированных пород со значительным количеством песча-

но-глинистого наполнителя (матрикса) используются предло-

женные Р. Флинтом термины «диамиктон» (diamicton) для

нелитифицированных и «диамиктит» (diamictite) для литифи-

цированных разностей. К таковым относятся, например, мо-

рены и их древние аналоги — тиллиты.

Следующий уровень деления обломочных пород — веще-

ственный, т.е. классификация идет на основе состава облом-

ков и зерен. При однотипности подхода все же характери-

стика грубообломочных и песчано-алевритовых пород не-

сколько различна. Уже отмечалось, что обломки грубообло-

мочных пород — это, как правило, обломки пород, а зерна

песчаной и тем более алевритовой размерности, опять-таки,

как правило, — это уже минералы, так как исходная мате-

ринская порода дезинтегрирована до минерального уровня.

В связи с этим грубообломочные породы подразделяются

по петрографическому составу обломков, а песчано-

алевритовые — преимущественно по минеральному.

Это различие, однако, не является абсолютным. Так,

существуют, хотя и редки, кварцевые практически мономи-

неральные конгломераты, образующиеся при разрушении

пород в условиях активного химического выветривания,

в результате чего остается практически один кварц,

обычно жильный. В песчано-алевритовых породах также

встречаются зерна, сложенные обломками пород, особенно

эффузивных.

Для геологов-нефтяников наиболее важны именно песча-

но-алевритовые породы, в основу всех вариантов классифи-

каций которых по вещественному составу положен принцип

однородности или неоднородности минерального состава зе-

рен. Как правило, выделяются три семейства пород.

1. Мономинеральные, или мономиктовые, в которых один

минерал составляет 90—100 %, т.е. содержание других ком-

понентов не превышает 10 %. По сути дела единственным

267

представителем этого семейства являются кварцевые пески,

песчаники и алевролиты;

2. Олигомиктовые (малосмешанные) породы, состоящие из

одного преобладающего минерала, содержание которого со-

ставляет от 75

— 90

%, но примесь других компонентов дости-

гает уже 10-25 %.

Среди мономинеральных и олигомиктовых пород кроме

кварцевых имеются и другие, но это редкие исключения из

общего правила. Например, на гвинейском острове Aoc име-

ется кольцевой плутон нефелиновых сиенитов, и пляжевый

песок этого острова сложен обломками кристаллов нефелина.

Современные пески пустыни Уайт Сандз в штате Нью-

Мексико США состоят из чистого гипса. В аптских песчани-

ках Западного Предкавказья в районе Адыгейского выступа

содержание глауконита составляет

40 —

50 % и иногда дости-

гает 70 %, а в песчаниках селения Глинск Львовской области

оно даже до 90 %. Некоторые каменноугольные песчаники

Прибалхашья содержат до

80 — 95

% полевых шпатов.

3. Полимиктовые, или полиминеральные, поликомпонент-

ные породы, наиболее разнообразные по составу обломков, в

которых содержание ни одного минерала не превышает 75 %.

Между олигомиктовыми и полимиктовыми иногда выде-

ляют еще семейство среднесмешанных — мезомиктовых по-

род, однако границы этой группы менее определенные и у

разных авторов часто различны.

Полимиктовые породы в свою очередь подразделяются на

две большие группы — аркозы и граувакки.

Термин «аркоз» был введен А. Броньяном в 1823 г. для

крупнозернистых песчаников, состоящих из кварца и поле-

вых шпатов с глинисто-слюдистым цементом. Аркозы — это

полиминеральные породы, в которых кроме кварца присутст-

вуют полевые шпаты и иногда обломки кислых интрузивных

пород. Другими словами, это продукты разрушения грани-

тоидов. Подобный состав обломочной части обусловливает

обычно светлый цвет этих пород.

Граувакки (термин народный — так жители Тюрингии и

Саксонии называли серые (grau

—

серый) глинистые песчани-

ки; в научной литературе использован впервые А. Вернером

в 1767 г. при характеристике песчаников кульма в горах Гар-

ца) — это породы, в которых существенную, а часто опреде-

ляющую роль играют не минералы, а обломки пород, прежде

всего эффузивных, причем преимущественно основного и

среднего состава, а также обломки основных же интрузив-

ных пород. Как правило, граувакки содержат большое коли-

268

чество глинистого цемента, и в американской литературе по-

вышенная глинистость (наличие «матрикса») используется

как одно из определяющих свойств граувакки. Вообще тер-

мин «граувакки» часто достаточно многозначен и имеет мно-

го оттенков. Общим является указанный выше состав, кото-

рый свидетельствует о том, что источником обломочного ма-

териала в значительной степени служили основные, обычно

эффузивные магматические породы. Состав обломочного ма-

териала определяет серый и темно-серый цвет породы, что и

зафиксировано в ее названии.

Графически эту классификацию, основанную на различ-

ных сочетаниях трех компонентов — кварца, полевых шпатов

и обломков пород — изображают в виде треугольных диа-

грамм, вариантов которых достаточно много. На рис. 5.5 изо-

бражен один из относительно простых и в то же время на-

глядных и удачных вариантов такой классификации.

Уже из характеристики основных семейств песчано-

алевритовых пород видно, что в каждой из них заключен оп-

ределенный генетический смысл, что графически отражено и

на указанном рисунке.

Граувакки — это породы, образующиеся при разрушении

различных, в том числе основных и средних магматических

пород, преимущественно эффузивных. При этом химическое

выветривание, равно как и перенос, были ограничены. Это

способствовало сохранению таких неустойчивых в экзоген-

ных условиях компонентов, как основные эффузивы и мине-

ралы основных интрузивных пород. Граувакки формируются

и распространены обычно в горно-складчатых областях, зо-

нах интенсивного вулканизма, т.е. в геосинклинальных зонах

по старой терминологии, или в краевых частях океанов, рай-

онах островных дуг, зонах субдукции и обдукции.

Аркозы также образуются в условиях слабого химического

выветривания и при относительно кратком переносе, но ис-

точником сноса служили уже интрузивные образования пре-

имущественно кислого состава. Эти породы более характер-

ны для континентальных блоков — платформ.

По мере переноса наименее устойчивые компоненты раз-

рушаются за счет механического истирания и химического

разложения и породы последовательно обогащаются устой-

чивым кварцем. При этом граувакки переходят в кварцевые

или полевошпатово-кварцевые граувакки, а затем олигомик-

товые и даже мономиктовые породы. В аркозах аналогичным

образом исчезают полевые шпаты, и они в итоге также пре-

вращаются в мономинеральные кварцевые породы.

269