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

Подождите немного. Документ загружается.

растал объем чисто биогенного выделения карбонатов каль-

ция в скелетах организмов и его накопление в виде карбо-

натных осадков.

С середины палеозоя этот способ стал абсолютно преобла-

дающим. Вместе с тем и сам характер биогенного кабонато-

накопления не оставался постоянным. В палеозое, видимо,

абсолютно преобладало формирование известняков за счет

жизнедеятельности бентосных организмов, среди которых

важное породообразующее значение имели строматопорои-

деи, табуляты, ругозы, брахиоподы, фораминиферы, кринои-

деи, мшанки, водоросли, преимущественно зеленые. В мезо-

зое бентоногенное накопление известняков сохранилось, хотя

масштабы его сократились. В определенной мере сменился и

состав известьвыделяющих организмов. Так, сократилось

значение бентосных фораминифер, криноидей, среди кишеч-

нополостных ведущими стали шестилучевые кораллы, среди

водорослей — багряные, место брахиопод в значительной

степени заняли моллюски и т.д.

Принципиально важным стало изменение роли нектонных

и особенно планктонных организмов и соответственно резкое

возрастание значения нектоно- и планктоногенных форма-

ций. Подобный способ осаждения впервые появился в позд-

нем силуре в виде ортоцеровых известняков Карнийских

Альп, более широко развит в девоне — начале карбона, когда

формировались цефалоподовые, стилиолиновые и тентакули-

товые известняки. В триасе —юре известны аммонитовые из-

вестняки (верхний триас восточного Тетиса, юрская форма-

ция Аммонитико россо альпийской зоны и др.). Уже в этих

известняках важна доля планктонных организмов, а с поздне-

го мела планктоногенный способ стал ведущим, когда основ-

ное количество карбоната кальция усваивалось и осаждалось

кокколитофоридами, а затем в кайнозое и птероподами и

особенно планктонными фораминиферами.

Несколько иная картина наблюдается для доломитов. В

позднем докембрии, кембрии и частично ордовике—силур

главным механизмом осаждения доломитов был, видимо,

биохемогенный и псевдобиогенный. Это привело к формиро-

ванию мощных толщ строматолитовых доломитов и даже

«первичных» доломитовых археоциатово-цианобактериаль-

ных рифов. Со второй половины палеозоя псевдобиогенное

доломитообразование резко сокращается и отчетливо прева-

лирует биохемогенное осаждение известково-магнезиальнЫ*

соединений с последующим диагенетическим преобразован**'

ем их в доломит.

1974)

7.7. МЕТОДЫ ИЗУЧЕНИЯ И ОПИСАНИЯ

КАРБОНАТНЫХ ПОРОД

При исследовании карбонатных пород использу-

ется достаточно широкий набор методов. Так, для точного

установления минерального состава эффективными являют-

ся термический и рентгеноструктурный анализы. Достаточно

распространенным, хотя и косвенным, методом определения

минерального состава является химический анализ. В процес-

се массового, так называемого шестикомпонентного анализа

определяется содержание нерастворимого в соляной кислоте

остатка, полуторных оксидов ( R

), CaO

MgO, CO

, SO

, а

затем по этим данным рассчитывается содержание кальцита,

доломита, гипса (если присутствует SO

). Для обычных из-

вестково-доломитовых пород метод дает вполне удовлетвори-

тельные результаты.

Для очень тонкозернистых пород относительно универ-

сальным методом является сканирующая (или растровая)

электронная микроскопия. Она позволяет в сколах опреде-

лить размер и морфологию карбонатных минералов, т.е.

структуру породы, а по морфологии кристаллов — их мине-

ралогию.

Как и для всех других пород, наиболее массовыми универ-

сальными методами, хотя и не всегда достаточными, являются

макроскопическое изучение пород в образцах и в шлифах

под микроскопом.

Эти исследования позволяют установить состав породы, ее

структуру и часто текстуру, т.е. дать наиболее полную харак-

теристику породы. Отмеченные выше методы изучения со-

става пород позволяют уточнить и в каких-то частях детали-

зировать характеристику, получаемую при изучении шлифов.

При изучении и описании пород в образцах прежде всего

устанавливается минеральный состав и соответственно на-

звание породы. Напомним, что известняки активно реагиру-

ют с соляной кислотой, доломиты реагируют только в порош-

ке, на мергелях остается глинистый нерастворимый остаток.

При наличии железистых карбонатов после реакции (затруд-

ненной) появляется зеленоватое или желтоватое пятно.

Далее фиксируются цвет и оттенки цвета породы, плот-

ность и крепость, излом, структура и, если позволяет размер

образца, текстура, включения и вторичные изменения, нали-

чие видимых невооруженным взглядом пустот, трещин и т.д.

Особое внимание уделяется органическим остаткам; при их

1974)

наличии отмечается размер, степень сохранности, по воз-

можности групповой состав (фораминиферы, кораллы, бра-

хиоподы и т.д.).

При изучении породы в шлифах необходимо прежде всего

установить ее состав, т.е. является данная порода известня-

ком или доломитом, отметить и описать основные структур-

ные компоненты породы — форменные элементы и кристал-

лическую массу, по возможности микротекстуру, вторичные

изменения и характер пустотного пространства. Примерная

типовая схема описания может выглядеть следующим

образом.

1. Общее название породы.

2. Описание органических остатков.

2.1. Наличие или отсутствие остатков организмов.

2.2. Количество их в процентах от площади шлифа.

2.3. Характер распределения в породе.

2.4. Групповой состав организмов.

2.5. Степень сохранности органических остатков в це-

лом и отдельных групп организмов в частности.

3. Описание нескелетных форменных элементов.

3.1. Наличие или отсутствие таких форменных элемен-

тов.

3.2. Количество их в процентах.

3.3. Характер распределения в породе.

3.4. Тип форменных элементов (оолиты, сгустки т.д.), их

размеры, форма и внутренняя структура, относительное

количество каждого из них.

4. Описание кристаллической части породы.

4.1. Наличие или отсутствие кристаллической части.

4.2. Количество в процентах от площади шлифа.

4.3. Характер распределения в породе.

4.4. Минеральный состав кристаллической части.

4.5. Структура; при полиминеральном составе — струк-

тура каждой минеральной составляющей и их соотно-

шения.

4.6. Если кристаллическая часть служит цементом —

описание типа цементации.

5. Описание некарбонатных примесей.

5.1. Наличие или отсутствие примесей некарбонатного

состава (обычно обломочных кварцевых и силикатных)·

а также сульфатных, опаловых и др.

5.2. Количество их в процентах.

5.3. Характер распределения в породах.

5.4. Минеральный состав.

1974)

5.5. Структурная характеристика - размер, форма

и т.д.

6. Описание микротекстур, если таковые наблюдаются.

Описание вторичных изменений.

7.1. Наличие и тип вторичных изменений.

7.2. Масштабы и степень вторичных изменений.

8. Описание пустотного пространства.

8.1. Наличие или отсутствие пустотного пространства.

8.2. Типы пустот (поры — межформенные, внутрифор-

менные и т.д., каверны, трещины).

8.3. Количество пустот в процентах от площади шлифа

в целом и их разных типов.

8.4. Размер, форма, сообщаемость пустот.

8.5. Наличие и степень вторичного заполнения пустот и

состав заполняющих минералов.

9. Развернутое название породы с указанием структуры и

выводы об условиях ее образования.

Учитывая, что это лишь общая схема, а породы очень раз-

нообразны, к этой схеме необходимо сделать ряд примечаний

и дополнений.

Как и любая, данная схема лишь намечает основные пунк-

ты, которые должны быть отражены в описании. В каждом

конкретном случае меняется порядок описания и степень

подробности характеристики тех или иных структурных эле-

ментов.

Так, если в породе преобладают оолиты, следует назвать

породу известняком оолитовым, описать оолиты, затем дру-

гие скелетные и нескелетные элементы, некарбонатные при-

меси и лишь затем характер цементации этих форменных

элементов. Аналогично, если в породе преобладает кристал-

лическая масса, то сразу же надо отметить породу как из-

вестняк (доломит) кристаллической структуры и дать полное

описание кристаллической массы, а затем описать те скелет-

ные и нескелетные форменные элементы и силикокластику,

если они присутствуют в породе.

Структуры кристаллических разностей карбонатных по-

род, равно как и цементов зернистых разностей, характери-

зуются теми же показателями, что и структуры любых кри-

сталлических пород — размером и формой кристаллов, их

взаимным расположением, однородностью размеров и т.д.

Аналогично описываются и типы цементации. Надо отметить,

что кроме обычных карбонатных минералов — кальцита и

доломита — в кристаллических доломитах и в цементе других

карбонатных пород нередко присутствуют сульфаты — ан-

1974)

гидрит, реже гипс, которые необходимо отметить и описать

отдельно.

Как уже отмечалось, в карбонатных породах существуют и

специфические цементы типа микросталактитовых, мениско-

вых и др.

Некоторые вторичные процессы означены выше в разде-

ле 7.5. При изучении шлифов их необходимо зафиксировать.

Так, при описании перекристаллизации отмечается форма и

размер перекристаллизованных участков (неправильные

гнезда, прослойки и т.п.), размер и форма в этих участков и

т.п. Перекристаллизация может затрагивать и форменные

элементы, например, оолиты, сгустки и т.д. При наличии сти-

лолитов необходимо отметить их амплитуду, по степени сре-

зания форменных элементов попытаться установить величину

усадки и т.п. В случае постседиментационной доломитизации

устанавливается характер замещения форменных элементов,

наличие «теней», «фантомов» первичных структур, особенно

следов органических остатков. К вторичным образованиям

относятся трещины; отмечается их густота, толщина, откры-

тость или заполнение минеральным веществом; в последнем

случае описывается минералогия заполнения.

Для геологов-нефтяников важное значение имеет выделе-

ние и описание пустотного пространства карбонатных пород.

Среди первичных пустот можно отметить внутриформенные,

межформенные, среди вторичных — каверны выщелачива-

ния, трещины. Надо, однако, отметить, что далеко не всегда

удается выделить и описать пустотное пространство в обыч-

ных пертрографических шлифах. Для лучшего изучения κολ-

лекторских свойств обычно породу перед изготовлением

шлифа насыщают окрашенными смолами.

7.8. НАУЧНОЕ И ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ

КАРБОНАТНЫХ ПОРОД

Сама значительная распространенность карбо-

натных пород определяет важную роль их в строении страти-

сферы. Карбонаты слагают ряд весьма важных и специфиче-

ских толщ осадочной оболочки Земли.

Карбонатные породы обладают большой геологической

информативностью и позволяют восстановить условия и об-

становки осадконакопления с полнотой, детальностью и дос-

товерностью, которые часто недостижимы при изучении дру-

1974)

гих типов осадочных пород. Поскольку осаждение тех или

иных породообразующих карбонатных минералов происхо-

дит в определенных геохимических обстановках, то их состав

позволяет восстанавливать геохимические среды осадконако-

пления, а изменения вещественного состава карбонатных

пород — и эволюцию этих обстановок в геологической исто-

рии Земли. Неоценимую информативную роль играют частые

в карбонатных отложениях остатки организмов и следов их

жизнедеятельности.

Карбонатные породы относительно легко и, главное, зна-

чительно преобразуются и видоизменяются на стадии катаге-

неза. Это, с одной стороны, затушевывает их первичные се-

диментационные черты, что затрудняет восстановление об-

становок седиментации, но, с другой — позволяет реконст-

руировать вторичные процессы.

Велико и прикладное значение карбонатных пород. По

разным оценкам в карбонатных отложениях сосредоточено

от 35 до 48 % мировых запасов нефти и порядка

23 — 28

% га-

за. При этом средняя величина запасов нефти в них пример-

но в 1,3—1,4 раза больше, чем в месторождениях, приуро-

ченных к терригенным коллекторам (Кузнецов, 1992). С кар-

бонатными отложениями связаны крупные стратиформные

полиметаллические месторождения, богатые месторождения

бокситов, горнохимического сырья (фосфоритов, серы). Кар-

бонатные породы имеют важное значение как сырье для

производства строительных материалов, в химической, ме-

таллургической, пищевой промышленности, в сельском хо-

зяйстве и многих других отраслях народного хозяйства.

Глава

О СОЛЯНЫЕ ПОРОДЫ

Соляные породы, несмотря на относительно не-

большое содержание в стратисфере, имеют важное экономи-

ческое и теоретическое значение, в том числе в геологии

нефти и газа. Их своеобразие обусловило даже некоторое

«организационное» обособление в виде специального науч-

но-исследовательского института — ВНИИ Галургии, разра-

ботку особых физико-химических методов изучения солевых

систем, а также обилие специальной литературы.

Важные сведения по соляным породам, их составу, строе-

нию, механизмам и обстановкам образования, закономерно-

стям распространения, полезным ископаемым изложены в

справочных изданиях и специальных сборниках и моногра-

фиях («Атлас структур...», 1974; Валяшко, 1962; Жарков, 1974,

1978; Иванов, Воронова, 1972; Кореневский, 1973; «Методы

изучения...», 1957; «Осадочные породы...», 1987; «Проблемы

соленакопления...», 1977; «Систематика и классификация...»,

1998; Сонненфельд, 1988; «Справочник по литологии...», 1983;

«Справочное руководство...», 1958; Страхов, 1962; Шрейбер,

1990; Яржемский, 1966; Kendall, Harwood, 1996 и др.).

8.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О СОЛЯНЫХ ПОРОДАХ

И ИХ НОМЕНКЛАТУРЕ

Термином «соляные породы», или «соли», объе-

диняются весьма разнообразные породы — преимущественно

сульфаты и хлориды, реже нитраты (природные селитры),

бораты, карбонаты некоторых щелочных металлов (природ-

ная сода — трона).

Часто используется термин «галогенные породы», что ме-

нее удачно, так как это сочетание ассоциируется с галогени-

дами — соединениями с хлором и другими элементамй-

1974)

галогенами. Нередко эта группа пород выделяется под назва-

нием эвапориты (от лат. evaporatio — испарение). Этот тер-

мин, по сути дела, генетический, так как фиксирует общность

происхождения абсолютного большинства соляных пород за

счет химического выпадения вещества из растворов повы-

шенной концентрации, причем последняя возникает при ис-

парении воды.

По подсчетам А.Б. Ронова (1993) соляные породы состав-

ляют 1,2 % общего объема осадочных пород или 1,1 % объема

осадочной оболочки с учетом наличия эффузивов. Предста-

вители этой группы достаточно многочисленны, но наиболее

распространены лишь три, максимум четыре типа пород —

гипсы, ангидриты, каменная соль и в значительно меньшей

степени — сильвинит. Уже из этого списка видно, что наибо-

лее распространенными являются породы мономинеральные

и название породы и породообразующего минерала часто

совпадает (гипсы и ангидриты как минералы и как породы).

Рис. 8.1. Ангидрито-доломит. Стяжения и кристаллы ангидрита (светлое)

прорастают основную доломитовую массу сгустковой структуры. Без ана-

лизатора. Восточная Сибирь. Нижний кембрий

1974)

При описании из контекста обычно понятно — о минералах

или породах идет речь. Так, «тонкослоистые и нодулярные

ангидриты» — это породы, так как указывается породный

признак — текстура, а если описываются призматические

кристаллы ромбической сингонии ангидрита, то это минерал.

Для более точного и однозначного употребления нередко ис-

пользуется само слово «порода»: гипсовая порода, галитовая

порода (как синоним каменной соли — породы, состоящей из

одного минерала — галита). Это же слово — порода — обыч-

но используется в названиях более редких образований,

например, полигалитовая порода, состоящая из минерала

полигалита (K

MgS0

-2CaS0

-2H

0), лангбейнитовая

порода, состоящая из минерала лангбейнита (K

-2MgS0

а также полиминеральных и смешанных образований,

например, галит-полигалитовая порода, ангидрит-галитовая

порода (или, как вариант, — ангидритсодержащая каменная

соль).

В природе существуют также породы, сложенные в сопос-

тавимых количествах более распространенными минералами,

например, доломитом и ангидритом, и такие породы называ-

ют либо ангидрито-доломитом, если доломита больше, либо

доломито-ангидритом, если соотношения обратные, либо, ре-

же, ангидрит-доломитовой (доломит-ангидритовой) породой

(рис. 8.1).

8.2. ОСНОВНЫЕ ТИПЫ СОЛЯНЫХ ПОРОД

8.2.1. СУЛЬФАТНЫЕ ПОРОДЫ

К сульфатным породам относятся гипсы и ан-

гидриты, состоящие из соответствующих минералов, содер-

жание которых может достигать 90—98 %, однако, как прави-

ло, в тех или иных, иногда значительных, количествах при-

сутствуют и различные примеси. Обычными компонентами

сульфатных пород являются доломит, магнезит, галит, целе-

стин, пирит, (марказит), опал, халцедон, кварц (как обломоч-

ный, так и аутигенный), флюорит, барит, гидроксиды железа,

глинистый, иногда битуминозный материал, эпигенетические

выделения самородной серы — как результат микробиальной

сульфатредукции. Существуют и смешанные сульфатные по-

роды — гипсовые ангидриты и ангидритовые гипсы (гипсо-

ангидриты и ангидрито-гипсы).

1974)

Гипсы обычно светлые породы — белые, светло-серые, го-

дубоватые, розовые, красные — массивной и слоистой тек-

стуры. Породы мягкие, чертятся ногтем (твердость минерала

по шкале Mooca 2,0) и относительно легкие (плотность мине-

рала гипса 2,3 г/см

). Своеобразной разновидностью этой по-

роды является селенит

—

волокнистый или игольчатый гипс с

шелковистым блеском, образующий жилы и прослои в толще

гипсов, причем кристаллы ориентированы перпендикулярно

слоистости или стенкам трещин. Селенит имеет вторичное

происхождение и образуется при перекристаллизации гипса.

Ангидриты — светлые голубовато-серые, серые, иногда

красно-бурые и черные прочные породы массивной, слои-

стой, в том числе тонкослоистой или нодулярной (желвако-

видной) текстуры. Поскольку минералогическая плотность ан-

гидрита достаточно велика

(2,9 — 3,0

г/см

), то и породы по

сравнению с другими осадочными породами относительно

тяжелее.

Структуры гипсов и ангидритов кристаллические; их даль-

нейшее подразделение производится по размерам и форме

кристаллов.

Первичные структуры обычно микро- и тонкозернистые,

однако сохраняются они относительно редко. Вторичные

структуры связаны прежде всего с перекристаллизацией,

которая ведет к укрупнению размеров кристаллов и образо-

ванию кристаллобластовых равномерно-зернистых (гоме-

областовых) и неравномерно-зернистых (гетеробластовых)

структур.

Форма кристаллов гипса обычно ксеноморфная (ангед-

ральная), лапчатая, контакты зерен неправильные, они как бы

прорастают друг друга. Поскольку каждый кристалл имеет

свою оптическую ориентировку, при вращении столика мик-

роскопа при введенном анализаторе они угасают разновре-

менно и образуется характерная мозаичная структура. В слу-

чае очень крупных кристаллов, крупнее площади шлифа или

по крайней мере сопоставимых с ней, что весьма характерно

для гипсов, внутри этих крупных кристаллов нередки выде-

ления более мелких кристаллов, что ведет к появлению пор-

фировидных структур. Своеобразна вторичная структура се-

ленита — волокнистая (нематоморфная) и чешуйчатая (лепи-

доморфная).

Форма кристаллов ангидрита — удлиненная, часто идио-

морфная (эвгедральная), поэтому при малых размерах (с по-

перечником 0,01—0,02 мм) образуются волокнистые — па-

раллельно-волокнистые или спутанно-волокнистые (войлоч-

ные) структуры (рис. 8.2). При вторичной перекристаллиза-

1974)