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

Подождите немного. Документ загружается.

Рис. 7.9. Известняк органогенно-обломочный (вакстоун, биомикрит).

Многочисленные обломки организмов (детрит и шлам), преимущественно

иглокожих, сцементирован глинистым микрозернистым карбонатным мате-

риалом. Без анализатора. Оренбургская область. Турне

Несмотря на несколько непривычную терминологию

Р. Фолка отдельные типы пород имеют аналоги в отечествен-

ных классификациях или по крайней мере несложно сопос-

тавляются с принятыми у нас названиями. Например, ооспа-

рит представляет собой оолитовый известняк с яснокристал-

лическим цементом, биопельмикрит — органогенно-сгуст-

ковый известняк с микрозернистым цементом, а дисми-

крит — микрозернистый и пелитоморфный известняк, участ-

ками перекристаллизованный. Уже эти примеры показывают,

что в название породы обязательно включается структура

цемента (микритовая или яснокристаллическая), что, как пра-

вило, отсутствует в отечественных классификациях. Кроме

того фиксируются количественные соотношения зерен —

оолитов, пеллет и т.д. С другой стороны, в отличие от отече-

ственных традиций в названиях не фигурируют типы орга-

нических остатков (известняк фораминиферово-криноидный,

коралловый и т.д.), как это принято в русской литературе.

Схема Р. Данема, А. Эмбри и Дж. Кловена (см. табл. 7.4)

распространена сейчас, пожалуй, более широко, по крайней

350

Интракласты

Пеллеты

Аллохимические

породы

Спаритовый

кальцитовый

цемент

Микрокристал-

лический

кальцитовый

цемент

Интраспарит Интрамикрит

^ Оолиты

9»

Органические

остатки

•ν·®·

VS&'·'·'···

.ЩЩ

Оомикрит

Биоспарит

Биомикрит

Пельспарит

Пельмикрит

Ортохимические

породы

Микрокристал-

лический кальцит;

аллохемы

отсутствуют

Микрит

Дисмикрит

Автохтонные

рифовые породы

Биолитит

///Л Спаритовый

///Al кальцит

Микрокристаллический

кальцит

Рис. 7.10. Главные структурные типы карбонатных пород по классифика-

ции Р. Фолка

мере она принята практически в большинстве, если не во

всех, международных публикациях для унификации термино-

логии и однозначного описания пород. Первое самое крупное

подразделение пород проводится по наличию (сохранности)

или отсутствию первичных структур. Дальнейшее подразде-

351

Таблица 7.4

Классификация карбонатных пород по их структуре и происхождению Р. Данхема, А. Эмбри и Дж. Клонена

Первичные осадочные структуры могут быть установлены

Первичные

структуры не

могут быть

установлены

Первичные компоненты не были связа-

ны между собой в процессе осаждения

Фирменные элементы (зерна) имеют

алевритовую и песчаную размерность

(<2 мм)

Содержится илистый мате-

риал пелитовой и мелко-

алевритовой размерности

Зерна не сопри-

касаются друг с

другом и заклю-

чены в илистом

материале

Зерен

менее

10%

Мадсто-

ун -

микро-

или тон-

козер-

нистый

Зерен

более

10%

Ваксто-

ун -

микро-

и тон-

козер-

нистый

Илистово-

го мате-

риала ма-

ло

Зерна соприкасают-

ся и поддерживают

друг друга

Паксто-

ун -

извест-

няк,

состоя-

щий из

Грейнсто-

ун — из-

вестняк,

состоя-

щий из

Первичные компоненты были свя-

заны между собой в процессе оса-

ждения

Баундстоун — автохтонный извест-

няк, первичные компоненты кото-

рого связывались организмами в

процессе осаждения; остатки орга-

низмов находятся в положении рос-

та

Бафлсто-

ун

—

ав-

тохтон-

ный из-

вестняк,

в кото-

ром

Байндсто-

ун — ав-

тохтон-

ный из-

вестняк, в

котором

Фрейм-

стоун — ав-

тохтонный

известняк, в

котором мас-

сивные

Первичные компоненты

не были связаны между

собой в процессе осаж-

дения

Более 10 % форменных

элементов имеют раз-

мер >2 мм

Содержится

илистый ма-

териал, обра-

зующий це-

мент порово-

го и базаль-

ного типов

Флаутсто-

ун — извест-

няк, состоя-

щий из фор-

менных эле-

ментов, в том

числе

Илисто-

го мате-

риала

мало,

зерна

сопри-

касают-

ся друг с

другом

Рудсто-

ун — из-

вестняк,

состоя-

щий из

Подразделяют-

ся по физиче-

ским показате-

лям структур-

ных элементов

размеру и мор-

фологии кри-

сталллов и т.д.

извест-

фор-

формен-

первич-

пластин-

формы

ис-

гравийной

фор-

няк с

менных

ных ные ком-

чатые

копаемых (рудитовой) менных

незна- доста-

элемен-

элементов поненты

таблитча-

организмов

размерности,

элемен-

читель-

точно

тов раз-

размером

осадка

тые

орга- образуют

во

микро-тон-

тов, в

ным со-

обиль- мером

<2 мм, с

улавли-

низмы

время осад-

козернистым

том чис-

держа-

ными

<2 мм, с

яснокри- вались

покрыва-

конакопле- цементом

ле гра-

нием

(до 40-

TOHKO-

сталличе-

осажда-

ли, ин- ния

прочный

порового

вийной

фор- 50%)

микро- ским

лись

ме-

крустри-

трехмерный

базальтного

(рудито-

менных

фор-

зерни- (спарито-

жду

ровали

остов.

Сле-

типов

вой)

элемен- менны-

стым

вым) це-

стебле-

тем са-

довательно,

размер-

тов раз-

ми эле-

цемен-

ментом

видными

мым

остатки

ор-

ности,

мером мента-

том по-

порового организ-

связывали ганизмов

ясно-

<2 мм

ми раз-

рового

базаль-

мами;

первич- образуют

кристал-

мером

и ба-

ного

ти-

послед-

ные ком-

опорный

личе-

<2 мм

зального

пов ние

поненты

каркас,

про-

ским

типов умень-

шали

скорость

движе-

ния во-

ды, что

служило

причи-

ной оса-

ждения

осадка;

остатки

организ-

мов

могут

состав-

лять

не

более

15 % об-

щего

объ-

ема

поро-

ды

межутки

которого

могут запол-

няться

кар-

бонатным

материалом

иной струк-

туры

(спари-

товым)

цемен-

том по-

рового

типа

Примечания.

Название породы образуется сочетанием типа форменных элементов, состава

структуры,

на-

пример, остракодовые известковые мадсто)шы, оолитовые доломитовые пакстоуны

и т.д. 2.

Русская транскрипция

тер-

минов приведена согласно принятой

при

переводе книги

Дж.

Уилсона.

ление проводится по разным показателям. Для первой группы

с сохранившимися первичными структурами используются

количественные соотношения первичных форменных эле-

ментов и цемента, а также структура последнего. Во вто-

рой группе классификация производится по характеру

кристаллов.

Отдельные конкретные типы последней классификации

далеко не всегда имеют прямые аналоги в отечественных на-

званиях. Так, баундстоуны, по сути дела, являются синони-

мом применяемого у нас термина биогермный известняк. Его

разновидности уже не столь очевидно сопоставляются с тер-

минами, принятыми в нашей литературе. Фреймстоуны мож-

но сопоставить с каркасными известняками. Сложнее обсто-

ит дело с байндстоунами, так как строматолитовые известня-

ки (и доломиты) составляют лишь часть этого понятия; тер-

мины для других возможных типов известнков-байндстоунов

в отечественной литературе отсутствуют. То же в полной ме-

ре относится к бафлстоунам. Термины мадстоун и частично

вакстоун можно сопоставить с микрозернистыми известня-

ками, содержащими то или иное количество зерен — фор-

менных элементов. Аналогов же терминам пакстоун, грейн-

стоун, флаутстоун и рудстоун в русской литературе нет, так

как они характеризуют породы, состоящие из зерен разного

размера с разным характером цемента, но не указывают тип

зерен, что является главным в отечественной петрографии,

ибо мы прежде всего говорим об известняке фораминиферо-

вом, оолитовом, обломочном и т.д.

Надо однако отметить, что в практическом использовании,

часто употребляются не «чистые» термины, а делается «рас-

шифровка» в виде прилагательного, обозначающего основной

или основные виды форменных элементов, например, «ооли-

товый пакстоун», «ообиогрейнстоун». Таким образом, при

расшифровке характера форменных элементов возможны

более уверенные сопоставления. Так, оолитовый доломито-

вый пакстоун можно сопоставить с доломитом оолитовым

микрозернистым цементом базального и порового типов.

Обе эти классификации, являясь, по сути, структурными,

имеют и определенный генетический смысл, отражая преЖА

всего динамику среды отложения. Так, микритовые и ДИС'

микритовые известняки и доломиты — образования спокой-

ных вод, а по мере увеличения гидродинамической активно-

сти возрастает количество скелетного материала, сокращает'

ся количество микрита при одновременном возрастании спа-

рита (рис. 7.11).

354

Свыше 2/3 микритового материала

Содержание аллохем, %

0-1

1-10 10-50

>50

Примерно

равное

количество

спарита и

микрита

Более 2/3 спаритового цемента

Сортировка

плохая

Сортировка

хорошая

Аллохем ы

округлые и

окатанные

Названия

пород

Микрит и

дисмикрит

Биомикрит

с редкими

органичес-

кими

остатками

Биомикрит

с органичес-

кими

остатками

Биомикрит

с обильными

органичес-

кими

остатками

Биоспарит

с участками

микрита

Неотсортиро-

ванный

биоспарит

Отсортиро-

ванный

биоспарит

Биоспарит

с окатанными

остатками

организмов

Обобщенная и

упрощенная

терминология

Микрит и

дисмикрит

Микрит

с редкими

органичес-

кими

остатками

Биомикрит

Биоспарит

Рис 7.11. Ряд пород с увеличением структурной зрелости по Р. Фолку

По-видимому, существует несколько причин быстрого и

широкого распространения и использования указанных выше

классификаций, особенно схемы Р. Данема. Во-первых, это

относительная простота и возможность использования уже

при полевых описаниях; во-вторых — объективность, что по-

зволяет практически однозначно выделять и описывать поро-

ды. Наконец, в-третьих, хотя и не столь очевидно и прямоли-

нейно, она имеет и прикладное значение, и прежде всего в

геологии нефти и газа — важнейших полезных ископаемых,

связанных с карбонатными отложениями. Дело в том, что

первичные коллекторские свойства пород, тип пустотного

пространства и величина пористости, а также тип вторичных

преобразований и характер возникающей при этом вторич-

ной пористости во многом определяются первичной структу-

рой. Они различны для биогермных известняков — баундсто-

унов, зернистых пород — пакстоунов, грейстоунов, флаутсто-

унов и рудстоунов, причем тип зерен имеет сугубо подчи-

ненное значение, и, наконец, микрозернистых — мадстоунов

и вакстоунов.

Одной из принципиальных особенностей карбонатных по-

род является то, что многие структурные компоненты и

структуры в целом имеют важное генетическое значение.

Выше были приведены сведения о соотношении структуры и

гидродинамики среды отложения. Весьма определенными по-

казателями биогенного механизма осаждения карбонатного

материала являются биоморфные и скелетно-обломочные

структуры. Все это, а также естественное желание выяснить

генезис пород привело к созданию разнообразных генетиче-

ских классификаций с выделением групп биогенных (органо-

генных), хемогенных и биохемогенных, обломочных пород, а

также пород неясного происхождения — криптогенных. По-

скольку выяснение генезиса пород основано практически

только на их структуре, подобные классификации, по сути

дела, являются структурно-генетическими, а выделяемые в

них типы пород — структурно-генетическими типами. В за-

рубежной литературе близкое по смыслу или почти синони-

мическое значение имеет термин «микрофация». Наличие

классификаций такого типа вполне допустимо, однако следу-

ет иметь в виду и их недостатки. Подробнее этот вопрос рас-

смотрен в гл. 1 (раздел 1.4).

7.4. МЕХАНИЗМЫ И ОБСТАНОВКИ

ОБРАЗОВАНИЯ КАРБОНАТНЫХ ОТЛОЖЕНИЙ

В общем виде в настоящее время известно три

основных способа осаждения материала — биогенный, био-

хемогенный и хемогенный. Наличие обломочных карбонат-

ных пород — известняковых песчаников, гравелитов и т.д.,

равно как и наличие экстракластов не является основанием

для выделения «обломочного» механизма, так как это меха-

нически переотложенный, образовавшийся ранее одним из

трех указанных способов карбонатный материал.

Наиболее простым механизмом осаждения, с точки зрения

определения геологом, является биогенный. Биогенное осаж-

дение карбонатного вещества определяется жизнедеятельно-

стью различных растительных и животных организмов, кото-

рые извлекают растворенные в морской воде карбонаты и

строят из них свои скелеты, состоящие из кальцита, арагони-

та и высокомагнезиального кальцита; в резко подчиненном

количестве иногда образуются брусит, стронцианит. В ре-

зультате многочисленных смен поколений карбонатоосаж-

дающих организмов накапливающиеся на дне твердые остат-

ки образуют карбонатные осадки, которые затем превраща-

ются в карбонатные породы. Среди осаждающих карбонаты

организмов представители разных царств — растения и жи-

вотные, различных экологических групп — плавающие (кок-

колитофориды, фораминиферы, птероподы, головоногие),

прикрепляющиеся ко дну колониальные (мшанки, кораллы,

археоциаты) и одиночные (криноидеи, устрицы, брахиоподы)

организмы, свободно лежащие (брахиоподы), передвигаю-

щиеся по дну (морские ежи, гастроподы, пелециподы) и дру-

гие организмы.

Хемогенное осаждение карбонатного материала обуслов-

лено достижением предела его растворимости и связано со

сдвигом карбонатного равновесия за счет удаления углеки-

слоты по схеме

Ca(HCO

)

-» CaCO

+ H

O -I- CO

раствор 4

твердая

фаза

Строго говоря, реакция эта обменная, и процесс по этой

схеме может идти и в ту, и в другую сторону. Из химии из-

вестно, что подобные обменные реакции идут в том направ-

лении, где, по тем или иным причинам, из сферы реакции

357

удаляются какие-либо продукты. Мощнейшим фактором уда-

ления углекислого газа является жизнедеятельность водорос-

лей, и в том числе цианобактерий, которые используют его в

процессе фотосинтеза. Именно этот процесс и определяет

биохимический способ осаждения карбонатного материала.

При этом возможны два варианта. В первом случае изме-

нения среды сугубо локальны и происходят непосредственно

у организма (или колонии организмов), и тогда происходит

обизвесткование водоросли, тех или иных ее частей или во-

дорослевого (цианобактериального) мата. Классическим при-

мером таких образований являются строматолиты, многие

микробиальные образования — пленки, корки, стяжения, а

также представители группы синезеленых водорослей, кото-

рые названы В.А. Лучининой кальцибионтами (эпифитон,

гирванелла, ренальцис и др.). Морфологические особенности

таких выделений помогают практически однозначно связать

их образование с жизнедеятельностью организмов, т.е. опре-

делить механизм их выделения и осаждения как условно био-

генный, или псевдобиогенный.

Во втором случае изменения среды происходят в значи-

тельном объеме, и карбонатный материал выделяется из воды

бассейна в виде мути — тончайших кристалликов; в резуль-

тате образуются обычные пелитоморфные и микрозернистые

карбонатные илы. Таково, например, сезонное, связанное с

цветением фитопланктона появление известкового материала

в виде белесых пятен в Красном море и Персидском заливе,

осаждение известково-магнезиальных соединений, в том чис-

ле протодоломита (т.е. минерала, по химическому составу

практически идентичного доломиту, но имеющего неупорядо-

ченную кристаллическую решетку, отличную от решетки на-

стоящего доломита) в лагуне Куронг в Австралии. Заметим,

что Красное море характеризуется несколько повышенной,

по сравнению со среднеокеанической, соленостью (до 4,2 %).

а в лагуне Куронг садка карбонатов происходит при пони-

женной солености, но повышенном рН в периоды бурного

развития растительности (днем до 9,5— 10,2).

Надо сказать, что подобные биохимические механизмы

ведут к образованию как известняков, так и доломитов. Во-

обще проблема образования доломита за более чем двухсот-

летнюю историю его изучения далека от своего однозначного

решения. До сих пор неясно, осаждается ли двойная углекис-

лая соль кальция и магния в виде доломита, протодоломита

или в виде отдельных кальциевых и магниевых соединений·

которые затем и кристаллизуются в доломит. По-видимому-

358

общим правилом является соосаждение известковых и магне-

зиальных соединений и диагенетическое образование доло-

мита как минерального индивида. Поэтому принципиально

важно говорить о механизмах и условиях осаждения именно

магнезиальных соединений, а не собственно доломита, хотя в

ряде случаев, возможно, и происходит садка непосредственно

доломита или, по крайней мере, протодоломита. Наличие

мощных толщ строматолитовых доломитов свидетельствует

об осаждении доломитов биохемогенным или, более узко, —

псевдобиогенным путем.

Частая ассоциация доломитов с сульфатами свидетельст-

вует о повышенной солености водоема, но не является аргу-

ментом их хемогенности, так как цианеи, в том числе строма-

толитообразующие, обитают и в водах весьма повышенной

солености. Так, в заливе Акаба Красного моря формируются

строматолитовые доломиты в водах с соленостью до 14,58 %,

причем повышенное содержание доломита отмечается в тех

прослойках строматолитов, которые обогащены органическим

веществом. Фоссилизированные колонии цианобактерий опи-

саны в древних ангидрито-доломитовых и гипсово-доломи-

товых отложениях. Более того, установлены даже ангидрито-

вые строматолиты (подробнее см. в разделе 8.2.1).

Чисто хемогенное осаждение происходит, когда смещение

карбонатного равновесия обусловлено изменениями физиче-

ских параметров среды, ведущих к уменьшению растворимо-

сти углекислоты. Это возможно при резком снижении давле-

ния, повышении температуры воды, солености и др.

Несмотря на относительную простоту этих исходных по-

ложений, установить и доказать чисто хемогенное выделение

карбонатного материала весьма сложно. С наибольшей веро-

ятностью можно полагать, что хемогенными являются раз-

личные туфы, образующиеся при выходе на поверхность

Земли подземных вод, когда резкое снижение давления ведет

к дегазации CO

и соответственно переходу растворимого

бикарбоната в нерастворимый карбонат кальция.

Аналогично хемогенными являются различные крустифи-

кационные образования, яснокристаллический карбонат в

строматактисах, структуры типа «птичьих глазок», но они в

массе своей диагенетичны, составляют какую-то, часто зна-

чительную часть породы, но не определяют само ее происхо-

ждение.

Значительно сложнее обстоит дело с пластовыми карбо-

натными породами, отложившимися в водоемах. Прежде все-

го надо отметить, что из группы хемогенных следует исклю-

359