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

Подождите немного. Документ загружается.

Рис. 9.7. Соотношение окремнения со стилолитовыми швами. Зарисовка

образцов. Северный Кавказ. Оксфорд

секущими слоистость трещинами, и т.п. (рис. 9.7, 9.8). Кон-

такт с вмещающей породой обычно достаточно резкий, хотя

на поверхности кремней, на границе их с вмещающей поро-

дой обычно наблюдается светлая корочка толщиной в не-

сколько миллиметров (иногда до 10 мм), сложенная менее

плотной, чем сами кремни породой, причем под микроскопом

видно, что переход основной массы кремня в светлую короч-

ку хотя и быстрый, но постепенный.

Цвет кремней черный, темно-серый, желтый, бурый, крас-

ный; нередко концентрически-полосчатое агатовидное распо-

ложение различных цветов и оттенков.

Цвет кремней и характер их взаимоотношения со слои-

стостью имеют важное значение при выяснении времени*

механизмов и обстановок их образования, что будет рассмот-

рено ниже.

По составу кремни бывают опаловыми и кварц-халцедо-

новыми, причем последние явно преобладают. Имеются так-

же конкреционные образования смешанного состава, причем

различные минералы либо равномерно «перемешаны», и их

наличие и распределение устанавливается при тонких мине-

ралогических исследованиях, либо обособлены друг от друга,

и отдельные минералы отчетливо определяются визуально.

При этом распределение разных минералов в стяжении

весьма разнообразно. Например, халцедоновый и халцедон-

кварцевый состав внешней части конкреции сменяется чисто

Рис. 9.8. Соотношение кремневых конкреций в доломитах с трещиновато-

стью. Северный Кавказ. Оксфорд. Длина карандаша на нижнем снимке

8 см

460

кварцевым в центре; при этом нередко возникают жеоды с

неполным выполнением пространства внутри конкреции и

образованием правильных чистых кристаллов кварца (горный

хрусталь). Известны и противоположные случаи — ядро сло-

жено округлыми зернышками опала («икряной камень»), сле-

дующая оболочка представлена сливным халцедоном, внеш-

няя сложена кварцем, причем ее поверхность даже обрастает

пирамидальными кристаллами кварца.

Конкреционные кремни известны в отложениях практиче-

ски всех возрастов.

В шлифе под микроскопом видна крипто-, микро- и тонко-

зернистая кристаллическая структура, иногда участками

осложненная сферолитоподобными образованиями, гнездами

более крупно- и разнозернистой структуры.

В ряде случаев устанавливаются реликты кремневых орга-

низмов — спикул губок, раковин радиолярий, а также из-

вестковых — фораминифер, иглокожих и др. (рис. 9.9).

Микроструктура нередко различна и зависит от структуры

вмещающих пород. Так, в микрозернистых известняках (и

меле) кремни имеют крипто- и микрокристаллическую одно-

родную структуру. Эти кремни даже имеют собственное на-

звание — флинт (flint). В известняках первично неоднород-

ных — органоморфных, оолитовых, детритовых, доломитизи-

рованных и т.д. — кремни неравномерно и более крупно пе-

рекристаллизованы, и характер этой неравномерности позво-

ляет иногда восстанавливать первичную структуру породы,

по которой шло окремнение, - имеются «тени», реликты

первичных форменных элементов.

По источнику кремнезема кремни можно с определенной

степенью условности объединить в три основные группы.

В кремнях первой группы источником кремнезема явля-

ются остатки кремневых организмов — радиолярий, губок.

Как правило, эти отложения в той или иной степени глубоко-

водные и обогащены органическим веществом. В связи с

этим и кремни наследуют цвет вмещающих пород — они

темные до черных за счет повышенного количества рассеян-

ного органического материала. В диагенезе опал этих скеле-

тов растворялся, перераспределялся, и формировались колло-

идные стяжения; позднее опал кристаллизовался в халцедон

и кварц. Эти конкреции обычно подчинены слоистости, ино-

гда наследуют тонкослоистую текстуру вмещающих пород

(рис. 9.10), реликты их структур и органических остатков. В

этих толщах происходит и более позднее перераспределение

кремнезема, когда конкреции секут слоистость и связаны с

462

Рис. 9.9. Замещение кремнеземом известняков карбона Подмосковья:

а — овальная конкреция с концентрическим внутренним строением; форма

конкреции и конфигурация концентров указывают направление поступле-

ния кремнезема (показано стрелкой); в конкреции видны прекрасно сохра-

нившиеся кальцитовые членики криноидей;

б — неправильная четырехугольная форма кремневой конкреции; отчетливо

видна более темная периферическая часть и более светлая центральная с

реликтами не замещенных кремнеземом члеников криноидей и обломков

раковин брахиопод

секущими трещинами. Ясно, что трещины могут возникнуть

только в твердой породе и приуроченные к ним кремни так-

же более поздние — катагенетические.

463

Рис. 9.10. Кремневые конкреции в тонкослоистых доломитах.

Отчетливо видно облекание конкреций в результате постседиментационного

уплотнения доломитов. Пример раннедиагенетического образования конкре-

ций. Зарисовка пггуфа и фотография образца. Северный Кавказ. Оксфорд

Примерами окремнения такого типа является доманик

востока Восточно-Европейской платформы, ряд разрезов <

оксфорда Северного Кавказа. Такого же типа окременение

меловых пород Днепровско-Донецкой впадины, севера Гер-

464

мании и других областей развития мела. Меловые толщи в

отличие от отмеченных выше не содержат рассеянного орга-

нического вещества.

Источник кремнезема кремней второй группы также на-

ходится внутри вмещающих карбонатных толщ, но имеет не-

органическое происхождение. К примеру, в доломитовой

толще верхнего титона района Кисловодска обильны светлые,

почти белые конкреции — жеоды, внутренние полости кото-

рых выполнены чистыми прозрачными кристаллами кварца,

кальцита, иногда целестина. Одновременно в карбонатной

толще имеется значительная примесь терригенного кварца.

Видимо, щелочная среда карбонатного осадка способствовала

растворению, хотя бы частичному, обломочного кварца и за-

тем переотложению кремнезема. Дополнительным аргумен-

том является то обстоятельство, что конкреции и жеоды свя-

заны преимущественно с доломитами, рН образования кото-

рых выше, чем известняков. Именно при повышенных рН

растворяется и кремнезем.

Аналогично образование конкреций при наличии пирокла-

стического материала. Подобные конкреции описаны, напри-

мер, в плейстоценовых отложениях Кении и Танзании. Ме-

ханизм образования конкреций здесь несколько более слож-

ный, через ряд промежуточных неустойчивых минералов, но

конечный результат в целом такой же.

В кремнях третьей группы, типичным примером которых

являются кремни подмосковного карбона, кремнезем первич-

но практически отсутствует во вмещающих породах и прино-

сится извне. Во время континентального перерыва терриген-

ные толщи, в частности, юрские глины, покрывающие ка-

менноугольные известняки и доломиты, выветриваются, воды

с появившимся в результате этого растворенным кремнезе-

мом просачиваются вниз, где в карбонатных породах кремне-

зем осаждается, образуя разнообразные конкрекционные

формы и псевдоморфозы.

Многие кремни этой группы тем или иным способом свя-

заны со слоистостью, поскольку проницаемость параллельно

слоистости выше, чем вкрест. Вместе с тем морфология мно-

гих кремней и расположение цветных каемок внутри них от-

четливо показывают пути вноса вещества (см. рис. 9.9, а).

Желтые, бурые и красные цвета этих кремней связаны с на-

личием оксидов трехвалентного железа, что в свою очередь

указывает на окислительную обстановку их образования. В

этих кремнях нередки линзочки и включения неизмененных

неокремнелых вмещающих пород (например, фораминифе-

465

рово-детритовых известняков), реликты фораминифер, чле-

ников иглокожих и других организмов.

Внутри таких конкреций иногда остаются пустые полости,

стенки которых инкрустированы кристалликами кварца, ино-

гда очень чистого (горный хрусталь), нередко окрашенного

гидроксидами железа в желтые и бурые цвета, а иногда даже

фиолетовые — аметистовые. Другими словами, появляются

жеоды.

Одной из форм такого вторичного окремнения являются

псевдоморфозы по органическим остаткам. Так, встречены

окремнелые колонии кораллов Lithostrotion до 1 м и более в

поперечнике, окремнелые ядра крупных гастропод (рис. 9.5,

б) и др. В шлифе под микроскопом можно увидеть, что общее

строение кораллов — их стенки и перегородки сохраняются;

иногда сохраняются и реликты карбонатного материала, а

пустотки, где собственно обитали полипы, выполнены более

крупнокристаллическим кварцем, по сравнению с более тон-

кокристаллическим, заместившим стенки.

9.2.3. КОРКОВЫЕ КРЕМНИСТЫЕ ПОРОДЫ

Кремнистые породы этой группы развиты весь-

ма ограниченно и включают генетически различные образо-

вания.

Гейзериты [geyserite) и кремнистые туфы (siliceous

sinter) — светлые пористые породы опалового состава, обра-

зуют натеки, корки, иногда тела неправильной формы, но

состоящие в целом из отдельных сросшихся корочек. Воды

гейзеров и горячих источников вулканических областей

обычно содержат значительное количество растворенного

кремнезема. Например, в водах гейзеров Исландии и Новой

Зеландии содержание кремнекислоты составляет 509

—

815 мг/л. При выходе этих вод на поверхность давление рез-

ко падает, снижается температура и этот кремнезем «хемо-

генным» путем осаждается в виде опала, растворимость кото-

рого при температуре 25

C составляет порядка

100 —

110 мг/л. При этом образования гейзеров называют соответ-

ственно гейзеритами, а горячих источников — кремнистыми

туфами. В ископаемом состоянии их далеко не всегда удается

разделить, поэтому часто используется общий термин —

кремнистые туфы или их считают синонимами.

Силькреты (silcrete), или кремневые кирасы, — это вто-

рично окремнелые в поверхностных условиях в аридном

466

климате пласты различных, обычно обломочных пород, кото-

рые образуют плотные бронирующие поверхности. Термин

предложен в 1902 г. Дамплугом. Иногда их называют поверх-

ностными кварцитами

(Surface

quartzites), но в отличие от на-

стоящих кварцитов метаморфического происхождения, в них

отсутствуют типичные для метаморфических образований

конформные, инкорпорационные и микростилолитовые кон-

такты зерен.

Как правило, это массивные и брекчированные текстурно

неоднородные образования мощностью

1 — 2

м, иногда до 5 м,

светлой или красной окраски, во многом наследующие тек-

стуры и структуры исходных пород. Механизм их образова-

ния считается в основном инсоляционным. В условиях жар-

кого и сухого климата грунтовые воды подтягиваются к по-

верхности, где и испаряются. В аридных условиях эти воды

обычно имеют повышенную щелочность, что способствует

растворению кремнезема из коренных пород на пути их ка-

пиллярного подъема. При испарении воды на поверхности,

содержащийся в ней кремнезем выпадает в осадок в виде

пленки на частицах коренной породы, что в целом ведет к

окремнению.

Не исключено, что силькреты могут формироваться в про-

цессе химического выветривания и в условиях более влажно-

го климата. В обстановке кислого выветривания кремнезем

также переходит в растворимые формы и затем цементирует

породы, образуя твердые корки.

Таким образом, в обоих случаях корковых кремнистых

пород — туфах и силькретах — кремнезем поступает снизу с

водами и химическим путем осаждается в поверхностных ус-

ловиях. Но в первом случае его источник располагается глу-

боко, условно говоря, он ювенильный, так как кремнезем мо-

билизуется горячими водами под большим давлением и осаж-

дается при снижении температуры и давления. Во втором

случае источник кремнезема располагается неглубоко, по су-

ти дела, им являются сами подвергающиеся окременению

породы, а осаждение происходит при испарении воды, т.е.

без изменения давления, а скорее, при повышении темпера-

туры.

9.3. ПРОИСХОЖДЕНИЕ КРЕМНИСТЫХ ПОРОД

Вопрос о происхождении многих пластовых

кремнистых пород далек от своего разрешения. Если по по-

467

воду формирования конкреционных желваковых, а также

корковых образований принципиальных разногласий, как

правило, нет и основные представления рассмотрены выше,

то мнения о происхождении основной массы кремнистых

пород, а именно пластовых, достаточно разнообразны.

Можно отметить по крайней мере две причины такого по-

ложения. Одна из них заключается в том, что для большинст-

ва этих пород нет сколько-нибудь достоверных современных

аналогов, условия и механизмы образования которых извест-

ны. Даже для таких относительно ясных по происхождению

пород, как диатомиты, современные диатомовые осадки не

являются прямым аналогом. Во-первых, это абсолютно раз-

ные палеогеографические области отложения — мелководные

эпиконтинентальные моря для первых и глубины океана для

вторых. Во-вторых, ископаемые диатомиты — весьма «чис-

тые» породы с содержанием свободного кремнезема до 90

—

95 %, в то время как в самых «чистых» современных диато-

мовых осадках оно, как правило, не превышает 50 %.

Вторая причина сложности восстановления условий обра-

зований кремнистых пород заключается в том, что они имеют

однородный химический состав и такие текстуры и структу-

ры, которые не содержат сколько-нибудь важной генетиче-

ской информации. Напомним, в частности, что в карбонат-

ных породах их структура и характер органических остатков

дают важные сведения о глубине, солености, гидродинамике

и т.д. (см. гл. 7), в обломочных породах состав и структура

обломочной части (размер, форма, отсортированность) ука-

зывают на состав источников сноса, дальность переноса, ди-

намику среды отложения, иногда рельеф и т.д. (см. гл. 5).

В проблеме происхождения кремнистых пород можно

выделить три связанных аспекта — источник кремнезема,

способ осаждения и обстановки накопления кремнистых

осадков.

Поскольку все пластовые кремнистые отложения — обра-

зования водные и почти исключительно морские, ясно, что

кремнезем извлекается из воды, и вопрос состоит в том, как

он поступает в водоемы. Один из возможных путей — внос

растворенного кремнезема реками с суши. А.П. Лисицын

(1978, с. 296) подсчитал абсолютные массы кремнезема, осаж-

дающегося в современных океанах в год, — примерно

270 млн т, и вносимого реками — 452 млн т/год. Близкую по-

следней величину

— 5· 10

т/год

—

приводит А.П. Виноградов

(1967). Эти цифры указывают, что мобилизованного на суше

в результате химического выветривания и вносимого в Ми-

468

ровой океан кремнезема вполне достаточно для образования

всех кремнистых осадков. Другими словами, источник крем-

незема — это области суши. Определенным подтверждением

этого положения является то, что в ряде случаев периоды по-

вышенного накопления кремнистых пород соответствуют

эпохам интенсивного химического выветривания на суше —

появлению каолинитовых кор выветривания и вообще каоли-

нитовых глин, бокситов, железных шамозитовых руд, олиго-

миктовых и мономиктовых кварцевых песчаников и т.д., т.е.

продуктов глубокого химического выветривания.

В то же время ряд авторов большую роль отводит вулкано-

генной поставке кремнезема за счет подводных извержений,

а также выносу его в процессе подводного разложения маг-

матических пород ложа океана и пирокластики. Количест-

венные подсчеты образуемой таким образом массы кремне-

зема крайне противоречивы и вряд ли могут быть аргументом

для той или иной точки зрения. Значительно более весомым

является факт тесной ассоциации некоторых типов кремни-

стых пород, в частности яшм, с подводно-вулканогенными

образованиями. Кроме того, иногда устанавливается син-

хронность проявлений вулканизма и формирования кремни-

стых пород, а также пространственная близость развития

вулканитов и кремнистых пород, хотя последние и не связа-

ны с вулканическими образованиями непосредственно.

Далеко не всегда ясен механизм осаждения кремнезема из

вод. Проще всего он решается для пород с биоморфной

структурой — диатомитов, радиоляритов, спонголитов. Крем-

незем извлекается из вод организмами для построения своих

скелетов и в виде последних образует соответствующие осад-

ки. Правда, возникает вопрос о происхождении бесструктур-

ного опала, связывающего эти остатки в единую твердую по-

роду, количество которого иногда весьма значительно. В еще

большей степени это касается пород с абиогенной структу-

рой — трепелов, опок, кремнистых сланцев, яшм. Тут воз-

можны два варианта. Первый — диагенетическая деструкция

легко растворимых опаловых раковинок и спикул и переот-

ложение этого кремнезема в виде бесструктурного или мик-

роглобулярного опала в трепелах и опоках и дальнейшая его

кристаллизация в халцедон и кварц в кремнистых сланцах,

фтанитах и яшмах. Второй вариант — хемогенная садка

кремнезема, скорее всего, в виде опала с дальнейшей его

перекристаллизацией.

Надо однако сказать, что чисто хемогенное осаждение в

большинстве случаев невозможно, что было отмечено еще

469