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

Подождите немного. Документ загружается.

Рис. 7.16. Геопетальная структура («геологический уровень»).

Некоторые трубочки антракопорелл полностью заполнены тонкозернистым.

материалом, некоторые выполнены яснокристаллическим кальцитом (спари-

том). В отдельных трубочках (на фото справа) образуются геопетальные

структуры — нижняя половина трубочки заполнена микрозернистым мате-

риалом, образующим плоскую горизонтальную поверхность, верхняя — бо-

лее поздним и более крупнокристаллическим кальцитом. Без анализатора.

Приуралье. Ассель

на обломочных зернах кварца и различных алюмосиликатных

минералов образуются обычно в катагенезе.

Все описанные процессы — образование крустификаци-

онных и регенерационных каемок, выполнение различных

пустот — это одно из проявлений процессов постседимента-

ционной кальцитизации.

Наряду с кальцитизацией, которая ведет к литификации,

появлению твердой породы, происходит и уплотнение осадка,

что иногда проявляется в деформации форменных элементов,

например, сдавливании и раздавливании еще не полностью

литифицированных оолитов (рис. 7.17), в развитии стилоли-

тов (см. гл. 1).

Важным и весьма распространенным вторичным процес-

сом является перекристаллизация. В самом общем и упро-

щенном виде этот многообразный и сложный процесс можно

370

Ряс. 7.17. Известняк оолитовый (оолитовый пакстоун, оомикрит).

Наряду с первично округлыми имеются удлиненные и раздавленные оолиты.

Светлое в ядре — кристаллический кальцит. Цемент порового типа, обычно

микрозернистый, местами перекристаллизованный. С анализатором. Запад-

ный Узбекистан. Келловей—оксфорд

представить в виде образования более крупных кристаллов

по сравнению с исходными. Частично этот процесс укрупне-

ния происходит за счет растворения первичного карбонатно-

го материала и новообразования кристаллов, частично в ходе

роста более крупных кристаллов за счет окружающих более

мелких.

Перекристаллизация происходит как в основной массе пе-

литоморфных и микрозернистых известняков, так и в цемен-

тах аналогичной структуры. Она также захватывает и неко-

торые форменные элементы — оолиты, сгустки и т.д. Пере-

кристаллизация может быть частичной — гнездами, послой-

ной, вдоль трещин и стилолитов и т.д., и сплошной, когда

образуются кристаллические известняки и доломиты. В по-

следнем случае первичные структуры либо полностью унич-

тожаются, стираются, либо сохраняются в виде теней, релик-

тов (рис. 7.18).

Под действием пластовых вод происходит выщелачивание,

т.е. растворение и вынос вещества. Таким образом, в частно-

371

Рис. 7.18. Тени (реликты) оолита в перекристаллизованном известняке. Без

анализатора. Оренбургская область. Турне

сти, образуются каверны, которые имеют определенные

морфологические отличия от пор — межзерновых и межкри-

сталлических (рис. 7.19).

Во-первых, поры имеют размер сопоставимый или более

мелкий, чем размер окружающих их кристаллов и формен-

ных элементов, в то время как каверны обычно крупнее. Во-

вторых, морфология пор определяется морфологией формен-

ных элементов и кристаллов, а форма каверн независима от

них. Наконец, границы пор определяются границами кри-

сталлов и форменных элементов, а каверны ограничены по-

верхностями растворения форменных элементов, цемента,

кристаллов.

Специфической текстурой, возникающей при выщелачи-

вании, являются стилолиты или, точнее, стилолитовые швы

(подробнее см. гл. 1, раздел 1.3.1).

Одним из важнейших вторичных процессов в карбонат-

ных породах является процесс доломитизации, когда в ре-

зультате воздействия магнийсодержащих вод на известняки

кальцит последних превращается в доломит, вплоть до полно-

1974)

Рис. 7.19. Каверны выщелачивания (белое) в водорослевом цианобактери-

альном известняке.

Выщелачивание сопровождается перекристаллизацией (светло-серые участ-

ки). Скопления цианей — темно-серые. Без анализатора. Восточная Сибирь

го замещения известняков доломитами. Упрощенно химизм

этого процесса описывается реакцией Гайдингера

2СаС0

+ MgSO

-> CaMg(CO

)

+ CaSO

или реакцией Мариньяка

2СаСО

+ MgCl

CaMg(CO

)

+ CaCl

Кроме основного продукта — доломита, в первом случае

появляются сульфаты кальция в виде гипса или ангидрида,

которые либо образуют парагенез с новообразованным доло-

митом, либо, благодаря их относительно большей, чем у до-

ломита, растворимости, выносятся хотя бы частично. Во вто-

ром случае одним из продуктов реакции является легко рас-

творимый хлорид кальция, который выносится из сферы ре-

акции.

1974)

Рис. 7.20. Шламово-сгустковый известняк, частично доломитизированный.

Ромбовидные кристаллы доломита либо поодиночке, либо небольшими гнез-

дами располагаются на фоне темной шламово-сгустковой основной массы.

Без анализатора. Оренбургская область. Турне

В настоящее время установлено, что примерно по этим

схемам в определенных условиях происходит раннедиагене-

тическая доломитизация известковых осадков, известны ана-

логичные процессы доломитизации и в катагенезе. Для того

чтобы эти процессы в катагенезе шли достаточно эффектив-

но, необходима постоянная подача магния и столь же посто-

янный вынос растворимых продуктов реакции, другими сло-

вами, система должна быть открытой (в замкнутой системе

без активного водообмена эти реакции если и начнутся, то

быстро закончатся без видимого количественного результа-

та). Подобные условия реализуются в хорошо проницаемых

породах, где возможен активный водообмен. Поэтому пели-

томорфные и микрозернистые известняки в катагенезе прак-

тически не доломитизируются, в то время как биоморфные и

органогенно-обломочные известняки иногда доломитизиру-

ются весьма интенсивно.

Степень доломитизации первичных известняков различна.

При слабой доломитизации редкие ромбовидные кристаллы

1974)

Рис. 7.21. Крупные каверны во вторичном тонкокристаллическом доломите.

Видно развитие идиоморфных и гипидиоморфных (эвгедральных, субгед-

ральных) зональных кристаллов в полости каверны. Без анализатора. Орен-

бургская область. Турне

доломита разбросаны в породе либо концентрируются

вдоль микротрещинок, стилолитов, располагаются послойно

(рис. 7.20). При значительной и сплошной доломитизации об-

разуются крупнокристаллические сахаровидные доломиты,

характеризующиеся плотной упаковкой кристаллов и одно-

временно наличием каверн. Сами кристаллы в шлифе мутные

за счет включения реликтов тончайшего первичного кальци-

тового и глинистого вещества, часто зональные, где более

мутные зоны чередуются с более чистыми (рис. 7.21). Наибо-

лее чистые и правильные кристаллы располагаются по стен-

кам каверн. На фоне кристаллической основной массы ино-

гда просвечивают реликты первичных структур — оолитов,

пеллет, органических остатков и др.

В результате подобной доломитизации появляется еще од-

но важное свойство. Еще в 1837 г. Эли де Бомон показал, что

при переходе кальцита в доломит объем твердой фазы со-

кращается на 12,5 %. Дело в том, что два моля кальцита зани-

мают объем 73,8 см

, а образующийся один моль доломита —

64,8 см

. Если процесс доломитизации происходит в диагене-

зе, то сокращение объема твердой фазы компенсируется ли-

бо уплотнением полужидкого осадка, либо путем заполнения

1974)

пустот диагенетическим карбонатом из иловых вод. Если же

этот процесс происходит в катагенезе, то общий объем, за-

нимаемый комплексом отложений (пластом, пачкой пластов,

рифовым массивом и т.д.), сохраняется, а объем собственно

твердой части породы уменьшается. Это и ведет к увеличе-

нию пустотного пространства и появлению каверн. Надо об-

метить, что процесс доломитизации проходит сложнее, чем

это описывается указанными выше схемами — реакция осу-

ществляется не между твердой фазой (кальцит) и магнийса)-

держащими растворами. Вначале кальцит переводится в рас-

творимую бикарбонатную форму, затем происходит реакции

между растворами, в результате чего осаждается доломит.

Такой многоступенчатый ход реакций имеет ряд важных

следствий. Во-первых, не весь находящийся в растворе би-

карбонат вступает в реакцию, частично, как при любом вы-

щелачивании, он выносится, т.е. итоговая пористость может

увеличиваться более чем на указанные выше 12,5 %. Boj-

вторых, при обратном выпадении доломита происходит пере-

распределение вещества — образуется плотная низкопориср

тая матрица и одновременно значительные по суммарному

объему и величине каверны. |

Одним из побочных продуктов доломитизации являете^

гипс (ангидрит), т.е. происходит вторичная сульфатизацид

карбонатных пород. Вообще сульфаты нередки в карбонат-

ных породах, и важно отличить первичное их образование ο·ρ

вторичного. Если отмечается тонкое переслаивание микро|-

зернистых и пелитоморфных доломитов и сульфатов ил^

сульфаты располагаются между слойками строматолитовьс^

доломитов, то это, скорее всего, первичное образование Bof-

доема повышенной солености. Если же сульфаты ассоцииру-

ют с вторичными доломитами, выполняют поры известняков|,

в том числе содержащих остатки стеногалинной фауны, то

эти образования явно вторичные. |

Нередко в карбонатных отложениях отмечаются процессь|[

окремнения. Это линзочки, конкреции, жеоды, замещение

органических остатков, реже хорошо образованные изолиро|-

ванные кристаллы кварца. Источник кремнезема двоякий. ^

одних случаях SiO

попадает в осадок в виде опаловых скеле|-

тов различных организмов — радиолярий, губок и др., а за|·

тем перераспределяется в той же породе с образованием те^;

или иных морфологический форм. Это диагенетическое и

катагенетическое окремнение. В других случаях он вносится

в породу пластовыми и поверхностными водами, и тогда этр

катагенетическое окремнение в чистом виде.

1974)

7.6. НЕКОТОРЫЕ АСПЕКТЫ ЭВОЛЮЦИИ

КАРБОНАТОНАКОПЛЕНИЯ В ИСТОРИИ ЗЕМЛИ

Карбонатные отложения были, по-видимому,

первым или одним из первых объектов, на котором выявлена

эволюция осадочного породообразования в истории Земли.

Еще в начале XX в. Р. Дэли установил, что от палеозоя к ме-

зозою и кайнозою происходит резкое сокращение количества

доломитов и смена их известняками. Вообще проблема эво-

люции карбонатонакопления чрезвычайно многообразна —

это эволюция палеогеографических обстановок карбонатооб-

разования, его масштабов, способов, механизмов накопления

карбонатного материала, его состава и т.д. (Кузнецов, 2003).

Современные данные о распределении карбонатных отло-

жений разного типа позволяют утверждать, что относитель-

ное значение указанных выше четырех палеогеографических

областей карбонатонакопления с точки зрения объемов отла-

гающихся в их пределах карбонатных осадков менялось в

геологической истории Земли (рис. 7.22).

В протерозое и палеозое карбонатонакопление связано с

обширными, обычно крайне мелководными, «шельфовыми»

морями, покрывавшими устойчивые блоки континентального

сектора стратисферы — древние платформы. Таковы, напри-

мер, рифей-венд-кембрийские моря Сибирской и Китайской

платформ, Ирана, позднепалеозойские бассейны, покрывав-

шие Восточно-Европейскую платформу, палеозойские моря

Северо-Американской платформы и др.

Размеры таких морей нередко были весьма велики. Так,

позднедевонско-раннекаменноугольный бассейн Восточно-

Европейской платформы протягивался не менее чем на

1800—1900 км с запада на восток и не менее чем на 3000 км с

севера на юг. Позднеордовикский бассейн Северной Амери-

ки с карбонатной седиментацией простирался от современ-

ных арктических островов Канады до северной Мексики, т.е.

не менее чем на 8

— 9

тыс. км при ширине 2

—

2,5 тыс. км.

Другим палеографическим типом области карбонатонакоп-

ления в это время были обширные отмели среди глубоковод-

ных древних океанических бассейнов. Здесь также формиро-

вались бентоногенные карбонатные и терригенно-карбо-

натные формации.

Размеры таких отмелей — изолированных карбонатных

платформ — различны. Так, Астраханская платформа верхне-

го девона (башкирского яруса) Прикаспийского микроокеана

имеет размеры 150 на 175 км при суммарной мощности кар-

1974)

Рис. 7.22. Принципиальная схема эволюции относительной роли различных

палеогеографических зон карбонатонакопления: |

J — цефалоподовые, тентакулитовые и стилиолиновые известняки; 2 — фа*

ции аммонитико россо, майолика, гальштадские и др.; 3 — формации писче-

го мела; За — бентоногенные известняки и писчий мел; 4 — кокколитовот

птероподово-фораминиферовые отложения

бонатной толщи около 2000 м. Площади палеозойских карбо-

натных платформ, погребенных под мезозойско-кайно-

зойским платформенным чехлом Западно-Сибирской пли-

ты, — Нюрольской и Ханты-Мансийской — составляют соот-

ветственно около 10 тыс. км

(при вскрытой мощности

карбонатных пород около 3600 м) и порядка 20 тыс. км

Нижне-среднедевонская платформа Салаира имела размеры

примерно 350 на 500 км при суммарной мощности около

4 км, а фамен-турнейская Казахстанская — 450 на 900 км и

мощность не менее 2500 м.

Третьей областью бентогенного карбонатонакопления бы-

ли рифы. Последние развивались как в пределах эпиконти-

нентальных наплатформенных морей, так и на пассивных

окраинах континентов, часто обрамляя платформенные кар-

бонатные отложения. Многочисленны также внутриокеани-

ческие рифы и рифы, обрамляющие микроконтиненты и же-

сткие блоки среди океанов.

В палеозое отмечено несколько эпох интенсификации ри-

фообразования: ранний

—

средний кембрий, поздний ордо-

вик—франский век, визейский — начало башкирского века,

конец позднего карбона —пермь.

Собственно пелагическое нектоно-планктоногенное осаж-

дение карбонатного материала в докембрии и палеозое было,

видимо, достаточно ограничено. Вероятно наиболее древним

примером отложений подобного рода являются верхнесилу-

рийские ортоцеровые известняки Карнийских Альп, но наи-

большее развитие они получили в девоне — самом начале

карбона. Пелагические известняки этого возраста известны в

Европе, Северной Африке, Казахстане, Северном Памире и

других регионах.

Как правило, это микрозернистые известняки, иногда

глинистые, с тем или иным количеством тонкого орга-

ногенного детрита, с тонкослоистой или чаще флазер-

ной, комковатой текстурой, наличием хардграундов, не-

редко железо-марганцевыми нодулями. Среди остатков

фауны отчетливо преобладают плавающие формы — це-

фалоподы, конодонты, стилиолины, тентакулиты, среди

бентоса присутствуют тонкостенные двустворки. Для этих

отложений характерна относительно, а часто и абсолютно

малая мощность. Так, в Гарце (Германия) имеются разрезы,

где карбонатные отложения всего верхнего девона имеют

мощность около 1 м. В связи с этим скорость карбонатного

осадконакопления в большинстве случаев оценивается в 2

—

3 мм/1000 лет, что вполне сопоставимо со скоростями

1974)